某型叶片式扩压器的加工工艺概述

孙少玉

摘 要：数控加工技术正逐渐得到广泛的应用， 工艺方案设计对于零件的制造质量起着重要作用。本文通过对此类零件加工工艺进行分析， 给出了对于一般零件数控加工工艺分析的方法，对于指导实际生产具有一定的意义。

关键词：叶片扩压器;工艺方案;数控编程

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.05.024

1 前言

扩压器分为有叶扩压器和无叶扩压器两大类，其工作原理就是利用通流截面积的不同，将速度能转化为压力能。当叶轮出口气流角较小时，通常采用叶片扩压器。扩压器是离心压气机的关键部件，扩压器的好坏决定了能否有效地将叶轮出口的部分动能转化为压力能，而且决定了离心压气机的性能优劣，因此提高扩压器的加工精度对改善离心压气机的性能具有重大意义[1]。

2 叶片式扩压器工艺方案设计

2.1 工艺过程设计的原则及依据

设计的工艺路线和工艺方法，应该根据零件的结构特点、选用的材料和毛坯种类、典型表面特征、尺寸大小、尺寸精度、形状位置公差、表面粗糙度、设计基准、规定的特种加工工艺、关键特性等来设计，首先应保证零件的加工质量，满足设计图样的各项技术条件;应保证有较高的生产效率;应保证较低的生产成本;应优先选用现有的工艺装备，选用先进的加工工艺。

2.2 工艺性分析

（1）叶片扩压器结构，典型特征是直径大，几何精度高，壁厚薄，材料难加工，叶片扩压器叶型的铣削应选用刚性好、精度高、稳定性好的五轴加工中心，以保证产品加工质量的稳定性。（2）叶片式扩压器属于弱刚性零件，加工时易产生切削振动，严重影响切削效率和表面加工质量。加工时，应确定合理的定位、夹紧方式，增强零件切削刚性。（3）叶片式扩压器为薄壁结构，在加工过程中，受夹紧力、切削力、切削热等因素的影响，易产生加工变形及让刀现象，影响零件加工精度。应选择合理的刀具材料、几何角度和切削参数，科学安排走刀方式及走刀路径。（4）在叶型精加工阶段，应尽量保持余量均匀，以利于材料均匀去除，减小零件加工变形。（5）叶片扩压器叶片壁薄，刚性差，零件周转必须有防护措施。

2.3 叶片扩压器工艺路线设计

2.3.1 加工路线的划分

由于零件的型面较为复杂，使得各表面加工余量差异较大，因此，叶片扩压器的加工路线分为粗加工、半精加工和精加工三个部分。粗加工全部为车削加工，去除大部分余量，安排热处理工序淬回火达到设计图纸硬度要求。半精加工继续去除余量，同时粗铣叶型，同时安排消除应力的热处理工序。热处理后，由于应力的释放，零件会产生变形，为此，应安排修复基准工序，以保证零件精加工定位基准的精度，避免由于“误差复映”影响零件的加工精度。精加工完成全部机械加工内容，加工后的尺寸、形位公差满足设计图要求。

2.3.2 热处理、无损检测工序的安排

（1）热处理。在零件正反两面粗车后即安排淬回火热处理，使零件达到设计的硬度要求;在粗铣叶型后安排去应力退火热处理，目的是释放零件开粗后产生的残余应力。（2）无损检测。在精加工及表面抛光完成后安排有磁流检查，目的是用于检查零件表面缺陷，如裂纹、夹渣等。（3）工艺路线安排。

3 工艺方案实施

3.1 夹具结构设计

因叶片式扩压器为薄壁件，刚性差，若夹紧力与支撑力的作用点选择不当，夹紧力会使零件产生弹性变形，加工后扩压器各表面的尺寸精度和形狀、位置精度将受到影响。所以，叶片式扩压器加工时的定位、装夹设计是减小加工变形，保证加工质量的重要因素之一。

夹具设计应从以下几个方面考虑：

（1）选择零件刚性较好的配合表面作为定位面，采用轴向压紧，并保持作用点的位置一致，避免零件在夹紧力的作用下产生变形。（2）由于零件的配合表面表面积很小，无法压紧，所以在工艺方案制定时预留工艺安装边，选择工艺安装边及小端面过定位的压紧方式，同时增加多点辅助支撑来消除振动对铣削的影响，控制零件的加工变形。

3.2 刀具选用

3.2.1 刀具材料及几何参数

某型叶片式扩压器是不锈钢材质，不锈钢有以下切削特点：加工硬化倾向大、切削力大、切削温度高、刀具易磨损、表面质量和精度不易保证。加工不锈钢零件应以硬质合金和涂层硬质合金刀具为主。原则上选用YG类硬质合金牌号。主要原因是YG类硬质合金具有较高的抗弯强度，能保证刀具采用较大的前角和锋利的刃口;另一方面是YG类合金导热性能好，可以避免切削热集中在切削刃部位，使切削温度降低。粗加工选用多刃螺旋铣刀，切削效率很高;半精铣和精铣叶片时选择整体硬质合金立铣刀;流道的半精及精加工一般选择硬质合金球头铣刀。

3.2.2 切削参数选择

在金属切削中，切削参数控制着两个变量，即金属去除率和刀具寿命。在叶片式扩压器粗加工时，在保证加工质量的前提下，要考虑提高生产效率，切削用量可大一些，在满足刀具耐用度的条件下，应加大切削深度，但切削深度不宜过大，避免造成刀具黏刀、烧刀、断裂现象。精加工时，要保证扩压器尺寸精度和表面粗糙度符合设计图要求，兼顾切削效率和加工成本，切削速度应高一些，进给量及切削深度应较小，但切削深度不宜过小，否则，刀刃在硬化层上切削，刀具易磨损。由于零件壁厚薄，切削过程中易产生振动，因此，在选择切削参数时，应考虑机床、刀具、零件的动态特征，进行基于切削稳定性的工艺参数优化，保证系统在稳定状态下工作。

铣叶型加工时选用的切削用量为：粗加工：v=30-40m/min，f=0.05-0.1mm/z，ap=8mm;

半精加工：v=40-50m/min，f=0.03-0.08mm/z，ap=0.2-0.4mm。

4 结论

通过某型号叶片式扩压器叶型的数控加工过程，分析了薄壁结构件的工艺路线设计、工装设计、刀具选用及数控编程。叶片式扩压器加工完成后对其进行了检验，叶型轮廓度、形状位置公差、表面粗糙度等均达到工艺文件的要求。实践证明，本零件加工工艺方法的应用和工艺参数的选择是合理的，为以后此类薄壁结构件的数控加工提供了参考。

参考文献：

[1]张云玲，顾琪.J66叶片扩压器加工工艺分析[J].企业技术开发，2013（02）.