淺析中間殼體加工工藝控制方法

李穎，靳蕊，王彤

（哈爾濱廣瀚動力傳動有限公司，黑龍江 哈爾濱 150078）

目前，開式整體葉片作為航空發(fā)動機與汽輪機典型高精密加工零件，多采用五軸坐標加工工藝方法或分布法數(shù)控電解進行加工，而應(yīng)用于風電液力變矩器中的閉式整體葉片多采用整體精密鑄造的加工工藝方法。因鑄造的加工精度遠遠落后于五軸坐標加工，且在產(chǎn)品樣機試驗階段，大批量投產(chǎn)前，大都為單件生產(chǎn)，若采用精密鑄造的方法，模具成本高，時間成本高和市場響應(yīng)時間長。因此，對工藝提出新的要求，采用新的工藝辦法來實現(xiàn)產(chǎn)品加工，快速響應(yīng)市場對液力變矩器裝置產(chǎn)品不斷的更新?lián)Q代。

1 零件功能及結(jié)構(gòu)

液力變矩器工作原理：泵輪旋轉(zhuǎn)，將送入變扭器中的工作油加速，使從柴油機傳給泵輪的機械能轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぷ饔偷膭幽?。工作油沖擊渦輪，又將其所獲得的動能轉(zhuǎn)化為渦輪的機械能以驅(qū)動機車。中間殼體則固定在箱體上以承受泵輪和渦輪的扭矩的差值。中間殼體為液力變矩器中一關(guān)鍵零件。且是閉式整體葉盤零件。如圖1所示。

圖1 中間殼體結(jié)構(gòu)圖

中間殼體材料30鋼，最大厚度160，最大外圓Φ985，最小內(nèi)孔Φ351，共96個葉片，均勻分布，且每個葉片呈23°角向位置，葉片邊界線寬度為43.9mm，如圖2所示。

圖2 葉片位置圖

2 新工藝方法

最后滿足圖紙要求。因前言中提及各種原因，工藝對中間殼體加工提出了新的加工方法，即分體制造。將中間殼體分成若干個組成部分，運用焊接的方式，重新組合，再進行精加工。

從結(jié)構(gòu)上分析，可以將中間殼體拆分為三部分：外環(huán)、內(nèi)環(huán)和葉片（獨立的96個葉片）。如圖3所示。

圖3 中間殼體拆分結(jié)構(gòu)圖

利用焊接技術(shù)將96個葉片與外環(huán)、內(nèi)環(huán)焊接在一起，如圖4所示。最后按圖紙進行精加工。

圖4 內(nèi)環(huán)-葉片-外環(huán)焊接結(jié)構(gòu)

3 工藝難點及控制方法

3.1 連接工件

依據(jù)固有加工思維，此件加工必是先將葉片部分鑄造成型，其他部位留加工余量，而后再對非葉片表面進行精加工，

（1）葉片與內(nèi)環(huán)的定位問題及解決辦法。葉片置于內(nèi)、外環(huán)之間，對葉片結(jié)構(gòu)進行簡化處理，上下端面均為平面，因內(nèi)、外環(huán)的半徑較大，葉片尺寸相對較小，橫剖面尺寸如圖5，接觸時產(chǎn)生的縫隙很小，不會影響焊接組裝后的整體效果。

圖5 葉片橫剖面結(jié)構(gòu)尺寸圖

為實現(xiàn)葉片與內(nèi)環(huán)的定位，首先根據(jù)實際留量情況，確定葉片邊界線與內(nèi)環(huán)端面的位置關(guān)系，然后再在每個葉片上加工出兩個銷孔，在內(nèi)環(huán)上同樣加工出與相應(yīng)葉片配對的兩個銷孔，利用銷子將葉片固定安裝在內(nèi)環(huán)上，兩銷孔中心連線正好滿足圖紙要求的23°。葉片銷孔加工見圖6。

圖6 葉片鏜孔圖

內(nèi)環(huán)上的Φ5銷孔中心線過圓心，臥式加工中心主軸按圖7所示尺寸移動獲得Φ3銷孔中心線位置，且Φ3銷孔中心線與Φ5銷孔中心線平行。

圖7 內(nèi)環(huán)鏜孔圖

如圖8所示，葉片被安裝在內(nèi)環(huán)上。

圖8 內(nèi)環(huán)-葉片組件圖

（2）焊接前內(nèi)外環(huán)定位問題及解決辦法。中間殼體在焊接前需要試裝，首先需要確定外環(huán)與內(nèi)環(huán)端面距離，采用墊等高墊塊的方法即可，如圖9所示。

圖9 內(nèi)環(huán)與外環(huán)位置關(guān)系圖

隨后需要確認葉片高度，如圖10中（a）圖所示，A狀態(tài)下的葉片與內(nèi)環(huán)是線段ab線接觸，且線段ab平行于內(nèi)環(huán)的軸線，但是，實際葉片與內(nèi)環(huán)的關(guān)系是B狀態(tài)，葉片與內(nèi)環(huán)切線呈23°，是線段cd線接觸。如圖10中（b）圖所示，線段a和外環(huán)軸線平行，線段b和c是葉片在與外環(huán)內(nèi)孔點接觸時的極限位置，其寬度為H。

圖10 葉片與內(nèi)、外環(huán)接觸狀態(tài)示意圖

結(jié)合葉片與內(nèi)環(huán)、外環(huán)的接觸狀態(tài)，可以算出葉片的理論厚度，但考慮到加工誤差，故加工葉片時在理論厚度基礎(chǔ)上留磨量，通過試裝，根據(jù)實際情況確定葉片厚度。

3.2 葉片加工及解決辦法

葉片是中間殼體焊前唯一達到精加工尺寸的部分，葉片結(jié)構(gòu)如圖5所示，結(jié)構(gòu)為對稱結(jié)構(gòu)，采用線切割的方法進行加工比較方便，線切割后的工件表面粗糙度僅能達到3.2，后續(xù)采用拋光技術(shù)對葉片進行處理，以滿足1.6的粗糙度要求。

葉片鏜孔圖見圖6，加工銷孔時需要專用工裝，方便鏜孔時葉片裝夾，如圖11所示。為保證裝夾的有效性，用線切割加工出一個葉片后形成的空洞，即可以作為工裝本體，在端面割出2mm寬槽，且將工裝厚度加工去除1mm即可得到銷孔加工工裝。

3.3 焊接質(zhì)量及控制方法

如圖5所示，葉片橫剖面最小邊厚度為0.76mm，焊接時要保證葉片最薄處不被焊穿，焊接質(zhì)量符合圖紙要求，且圓周上焊接數(shù)量較多，內(nèi)外圈加起來有96處需要焊接，從客觀條件來講，對焊接質(zhì)量提出了很高的要求。

因此，為了保證焊接質(zhì)量既穩(wěn)定又美觀，焊接前務(wù)必計算好葉片厚度尺寸，確定合理的焊接控制方法，焊接時要保證焊縫光滑，焊道圓角小于R1,要控制焊接溫度，焊后要注意緩冷、保存以及運輸保護方法等。

4 結(jié)語

本文提出了整體閉式葉片加工的新方法，并結(jié)合理論分析，以實際加工效果證明了該工藝新方法能夠加工出滿足圖紙要求的合格零件，實現(xiàn)了成品供貨的同時，在整機運行試驗中無故障出現(xiàn)。