某型機離心葉輪表面粗糙度檢測方法研究

楊興厚　劉金慧

摘 要：離心葉輪表面質(zhì)量對于發(fā)動機的整體性能影響很大，離心葉輪的葉片及內(nèi)流道若存在機加刀痕、劃傷、振紋、橘皮狀拋修痕跡等情況，都可能會導致離心葉輪工作時葉片發(fā)生斷裂，所以對所有主流葉片、分流葉片及內(nèi)流道的粗糙度檢測是離心葉輪檢驗過程中至關(guān)重要的一環(huán)。文章對離心葉輪的表面粗糙度測量方法及流程進行了系統(tǒng)的研究。

關(guān)鍵詞：離心葉輪；表面粗糙度；輪廓儀

1 緒論

我公司加工的某型號離心葉輪作為壓氣機的核心轉(zhuǎn)子零件，其整體表面完整性對發(fā)動機的性能影響很大，所以對于離心葉輪表面質(zhì)量的控制尤其是葉輪關(guān)鍵區(qū)域的表面質(zhì)量控制是至關(guān)重要的，其中關(guān)鍵區(qū)域包括離心葉輪所有主流葉片、分流葉片、內(nèi)流道、外流道、端齒、大端面及葉輪異型孔等等。而對于葉輪表面完整性我們給出下列定義，它是描述、鑒定和控制加工過程在零件表面層內(nèi)可能產(chǎn)生的各種變化及其對零件使用性能影響的技術(shù)。從廣義上說，表面完整性包括兩個組成部分：與零件表面紋理變化有關(guān)的部分，稱為外部效應(yīng)：其中包括表面粗糙度、波紋度、刀紋方向和宏觀缺陷（例如裂紋、壓痕、劃傷和雜質(zhì)等）。粗糙度算術(shù)平均值Ra是表面紋理構(gòu)形要素中最主要的表征參數(shù)。與零件表面層冶金物理特性變化有關(guān)的部分，即內(nèi)部效應(yīng)：其中包括顯微結(jié)構(gòu)變化、再結(jié)晶、晶間腐蝕、熱影響區(qū)、顯微裂紋、硬度變化、塑性變形、殘余應(yīng)力、材料非同質(zhì)性和合金貧化等。

文章將會詳細論述離心葉輪表面粗糙度檢測方法和標準流程，通過各方面的改進，積累離心葉輪表面完整性質(zhì)量控制經(jīng)驗，為加工更優(yōu)質(zhì)的離心葉輪打下堅實的基礎(chǔ)。

2 離心葉輪葉片及流道粗糙度要求

設(shè)計圖紙對離心葉輪零件規(guī)定和定義了關(guān)鍵區(qū)域，關(guān)鍵區(qū)域劃分為A、B和C三個等級，在不同的關(guān)鍵區(qū)域上設(shè)計人員給出了不同的表面粗糙度要求。離心葉輪的葉片及內(nèi)流道部位屬于C級區(qū)域，C級區(qū)域損壞將限制零件壽命100000周以上，因此該區(qū)域是葉輪最為關(guān)鍵的部位，其中對于葉輪所有完整葉片及分流葉片以及內(nèi)流道給出的粗糙度要求為Ra0.4。

3 離心葉輪葉片及流道檢測方法

3.1 粗糙度檢驗標準

按照國際標準和顧客規(guī)范的要求，離心葉輪粗糙度的檢測不僅要測量輪廓的算術(shù)平均偏差Ra，還要測量輪廓的最大偏差，即輪廓上相鄰波峰最高點到波谷最低點之間的距離的最大值Rmax。其中輪廓的算術(shù)平均偏差Ra要求小于等于0.4；最大偏差Rmax必須小于或等于下面兩個數(shù)值中的最大值：

-8×Ra（此Ra為此處的測量值）；

-5×Ra（此Ra為圖紙要求的值），

縮寫為：Rmax≤ max，[8Ra測量值，5Ra圖紙要求]。

3.2 主葉片、分流葉片及內(nèi)流道序號的定義

主葉片：在離心葉輪的機械加工過程中，為了加工和測量的需要，操作者通常會在任意一片大葉片前緣正方10±1mm的流道位置處標記一個“O”點，檢驗人員首先檢查零件上是否標記“O”點。如果標記，即定該葉片為1號主葉片，從進氣端、吸力面順時針方向看去依次為2號主葉片，3號主葉片，依次到10號主葉片。

分流葉片：對于分流葉片序號的定義，在1號主葉片與2號主葉片之間的分流葉片為1號分流葉片，然后按順時針方向依次為2號分流葉片，3號分流葉片，直到10號分流葉片。

內(nèi)流道：對于內(nèi)流道來說，在1號主葉片與10號分流葉片之間的流道為1號流道，順時針依次為2號流道，3號流道。

3.3 目視檢查

進行外觀檢測時，首先保證零件必須完全清潔，檢驗員需佩戴干凈的棉手套方可接觸精加工表面；檢查環(huán)境必須具有足夠的照度，一般要求高于1080LUX，使檢驗人員能夠清晰的觀察離心葉輪表面的加工狀態(tài)；檢驗人員從離心葉輪的1號主葉片開始對葉輪整體表面進行目視檢查，如果檢查中發(fā)現(xiàn)葉片及內(nèi)流道表面存在下列情況（不允許存在的缺陷），檢驗員應(yīng)將零件返回到鉗工工序進行返修，直至目視檢查合格。不允許存在的缺陷如下：

（1）所有葉片及內(nèi)流道表面狀態(tài)應(yīng)一致，不允許存在任何機加刀痕及振紋，并且不允許存在拋光紋理。

（2）所有葉片前緣部位不允許存在任何刀花，并且不允許存在拋光紋理。

（3）葉根處應(yīng)為圓滑轉(zhuǎn)接的R，不應(yīng)有兩個R相連接的紋理，不應(yīng)有弦狀轉(zhuǎn)接，不應(yīng)有直接凹下的R轉(zhuǎn)接，凹下的R轉(zhuǎn)接允許與葉身最大成30°角。

3.4 儀器測量粗糙度

測量離心葉輪表面粗糙度數(shù)值通常使用輪廓儀，在專用測量工裝的配合下進行測量。測量參數(shù)設(shè)置如下：取樣長度（Lc）：0.8；取樣數(shù)量：5；總?cè)娱L度（Ln）：5×Lc=4.0；掃描長度（L）：Ln+2×Lc=5.6；測量速度：0.5mm/min。

目視檢查合格后，表面無任何異常情況，則選擇均布的120°位置上的三個主流葉片、分流葉片及內(nèi)流道在粗糙度測量儀上進行測量，如果存在異常現(xiàn)象，再對異常的部位進行測量，確認是否合格。具體測量位置如下：

（1）葉片。在葉片上選擇均布120°位置，測量3組主葉片和3組分流葉片，在葉片吸力面和壓力面上分別測量，在進氣端測量沿流道和垂直流道兩個方向粗糙度，而在出氣端測量沿流道方向的粗糙度即可。

（2）內(nèi)流道。在距離外輪緣直徑10mm，均布120°位置，控制3處內(nèi)流道。在主葉片壓力面和分流葉片吸力面通道內(nèi)，垂直于內(nèi)流道測量1點；在分流葉片壓力面和主葉片吸力面通道內(nèi)，垂直于內(nèi)流道測量1點。

檢測合格后，測量的粗糙度報告應(yīng)標明具體的測量位置，將每處粗糙度值的測量報告單打印保存。測量完畢，將所有測量數(shù)值整理記錄在《葉輪葉片及內(nèi)流道粗糙度測量匯總單》內(nèi)，匯總報告單模板如表1所示。

表1 檢測記錄表格樣式