渦輪流量計葉輪的加工工藝

孫 靖

（陜西航天動力高科技股份有限公司，陜西 西安 710100）

智能渦輪流量計，是陜西航天動力高科技股份有限公司的一項新開發的民品產品，其機械部分原理是：當流量流入流量計時，在導流體的作用下得到調整并加速，由于葉輪與流體流向成一定角度，此時渦輪產生轉動力矩，在克服摩擦力矩和流體阻力矩后，渦輪開始旋轉。

流量計的結構緊湊，其中葉輪是流量計的關鍵件，是傳感器的檢測元件。葉輪由高導磁性材料硬鋁2A12制成，與表體同軸，葉片數常用12～24片，葉輪幾何形狀及尺寸對傳感器性能有較大影響，葉片的旋轉角度與導程的精確程度，直接關系到渦輪流量計的精度，即檢測線性度的值。型號為150的葉輪的結構尺寸如圖1。

圖1 型號為150的葉輪結構尺寸圖

此種零件在公司為首次加工，。如按一般工藝，在銑加工中心加工最好，但這樣勢必會使加工成本增加好幾倍。考慮到流量計還在研發試制階段，要做到既節約成本，又不影響尺寸精度，因此我們針對車間現有設備的加工能力情況，決定在普通臥銑上加工。

1 葉輪加工的難點

葉輪的加工難點有：

（1）葉輪材料為2A12，零件精度要求高，在機加過程中容易變形；

（2）葉輪的葉片壁厚薄，其壁厚只有1～2 mm，加工過程中，其直徑越大，加工時零件顫動越嚴重，從而對尺寸精度產生很大影響，直接影響氣體的流速及檢測線性度的值；

（3）中心小孔與外圓直徑差大，同軸度要求0.015 mm。

針對以上加工難點，我們制定出相應的措施。

2 制定的兩套工藝方案

我們綜合考慮各方面的因素，制定出以下兩條工藝方案：

（1）方案一。車外圓，幾件為一體—銑削螺旋葉片—鉗工去除毛刺—車斷為單件，鏜沉孔及外圓—銑槽—葉輪做動平衡—表面氧化處理。對方案一試加工一件，其結果不甚理想，因銑削后的葉片厚度只有1 mm，用它來作為定位基準鏜孔，很容易使葉片變形，且內外圓的同軸度難以保證，由此得出改進方案二。

（2）改進方案二。粗車（各面均留量1 mm，左端凸臺加長15 mm，給銑加工預留夾頭）—熱處理（材料具有熱處理強化能力，因此在零件粗加工后安排一次熱處理工序，以消除加工應力）——精車（孔與外圓一刀下，調頭上軟爪，這樣來保證同軸度）——銑（掛輪，借助工裝銑削等速螺旋葉片）—鉗（去除所有毛刺）—銑（銑槽，去夾頭）—葉輪做動平衡—表面氧化處理。

3 專用的工裝夾具

在銑削葉片過程中，為了排除零件顫動，我們做了一套工裝夾具（如圖2）。

圖2 專用工裝夾具

工裝為兩塊夾板，工裝1右端呈凹心狀，左端車A2頂尖孔，這樣可以保證夾板外端受力，有效的減少了振動，降低了表面粗糙度，而且也擺脫了原來加工必須要小切削量，每次切削量不到0.5 mm，耗時（型號150的銑削需16 h）的煩惱，現在加工此零件，效率提高了2～3倍，每次切削量可到1～1.5 mm。

在裝夾零件時，以往采用三爪夾盤夾緊，而三爪夾盤自身精度較低，這樣加工的零件在做動平衡后的數值偏差較大，增加做動平衡的難度，后來我們采取了在工裝上的改進措施。

把工裝2的基準孔與零件配合，用M8頂絲頂住，這樣使加工精度提高到0.01～0.02 mm，動平衡有了較大的改善。

4 其他的工藝措施

為了減少工件在旋轉過程中所產生的阻力，我們采用車床所用的活頂尖，使轉動更加順利。

在銑削過程中，由于銑刀在工件的右側，而螺旋線為右旋，在旋轉過程中，產生一向上的作用力。而普通銑刀底面有凹坑，不能切削，而使銑刀受到一向上的力，使銑削過程變得很困難，造成銑刀折斷。我們采用底齒過中心的銑刀，使底齒也產生切削，使旋轉產生向上的力轉化為切削力。

采用上述工藝對工件加工后，經多次檢測，達到了使用要求，降低了加工成本，同時也保證了螺旋葉片對傳感器精度的影響最小，即檢測線性度值小于1.5%。

5 檢測的改進

在選擇加工葉輪的螺旋導程時，應根據檢測情況加以改進。葉輪的精度，直接影響流量計的精度。當螺旋角過大時，造成螺旋葉片安裝角β 增大,即葉片重疊度增大，從而增加了軸承的工作負荷，使軸承阻力矩增大，減少了使用壽命，同時也使葉輪本身受較大的作用力，使其變形而失去作用；當螺旋角過小時，造成一部分氣流從葉片間的空隙中流失，不能產生使葉輪轉動的力量，從而使流量計的線性度升高。

氣體渦輪流量計的儀表常數K 應為

其中，

β為葉片安裝角；

g為氣體留量；

Z為葉片數；

θ為流體出口角，理想狀態下，無阻力矩存在，則θ為0；

A為進口處的氣體流通面積。

加工的流量計在檢測精度過程中，發現如下問題：

（1）示值誤差（δm）i 過大；

（2）重復性（Er）i 不理想，正常值是小于0.5%；

（3）線性度超出正常值范圍（小于1.5%）。

我們針對所產生的問題，對葉輪的螺旋角重新進行計算，縮小了導程，使葉片重疊度增加，即葉輪所造成的氣體流通空間更加封閉。

6 結束語

經過這樣改進后的葉輪，裝在原固定座上再進行重新檢測。經檢測后，全部達到精度要求，精度提高一級，經用戶使用后，非常滿意。

[1]蔡武昌.新型流量檢測儀表[M].北京：化學工業出版社，2006.