葉輪加工精度影響因素分析及改進(jìn)

王宗榮 季楊洋 李楠 孫鵬程 嚴(yán)金金

摘?要：隨著科技生產(chǎn)的發(fā)展，越來(lái)越多的復(fù)雜曲面零件被要求應(yīng)用于加工中，葉輪作為典型的復(fù)雜曲面零件代表，如何保證其加工質(zhì)量與精度一直是技術(shù)難題。本文針對(duì)整體葉輪加工的一系列步驟，結(jié)合三維軟件對(duì)葉輪加工進(jìn)行模擬，從切削力、切削刀具以及進(jìn)給量等一系列參數(shù)分析葉輪加工的影響因素，從而進(jìn)一步提高葉輪加工的精度。

關(guān)鍵詞：葉輪加工;加工精度;影響因素

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 葉輪加工特點(diǎn)及流程

傳統(tǒng)的葉輪是由葉片均勻的分布在載體上，葉片順這一定方向以曲線形式延伸，[2]葉片本體偏薄，通常采用車(chē)床切削的方式進(jìn)行加工。

葉輪的加工主要針對(duì)于中部鏈接去、葉片整體、流量通道以及葉輪根部倒角四個(gè)部分。在加工的過(guò)程中我們通過(guò)一系列粗加工切除工件中大部分物料，隨后通過(guò)設(shè)定定位基準(zhǔn)、加工工序逐步對(duì)工件進(jìn)行半精加工以及精加工。在所有加工步驟中粗加工主要針對(duì)去除大量預(yù)料，構(gòu)造葉輪基礎(chǔ)輪廓，半精加工主要針對(duì)粗加工中出現(xiàn)的毛刺、凹凸表面進(jìn)行修補(bǔ)，使得葉輪整體更加光滑，精加工是最后針對(duì)葉輪具體部位進(jìn)行加工，[3]確保整體葉輪的精確性以及綜合性能的優(yōu)良。

2 影響葉輪加工因素

2.1 葉輪材料的選擇

在葉輪材料的選擇上，傳統(tǒng)的葉輪制造選取鋁合金作為葉輪加工的主要材料，由于鋁合金密度小，且不易腐蝕，但由于傳統(tǒng)的鋁硬度以及耐磨性較差，因此在葉輪加工時(shí)，常常會(huì)出現(xiàn)葉片變形的情況。因此本次葉輪加工選取7075作為葉輪加工的主要材料。7075是以鋅為主要成分，約占整體成分的6%，相較于6061，7075具有更好的強(qiáng)度，且其耐腐蝕性同樣優(yōu)秀，適用于葉輪這種復(fù)雜曲面零件的加工材質(zhì)。

2.2 刀具的選擇

在葉輪加工的過(guò)程中，機(jī)床上的刀具起到至關(guān)重要的作用。在切削過(guò)程中，加工刀具的硬度與強(qiáng)度常常需根據(jù)加工步驟作出選擇。若刀具整體強(qiáng)度偏小，當(dāng)?shù)毒呓佑|加工件表面時(shí)，受到擠壓力超出負(fù)荷導(dǎo)致刀具的變形，與預(yù)計(jì)切削量相差過(guò)大，從而導(dǎo)致葉輪表面過(guò)度加工或者加工程度低等情況，同時(shí)刀具在產(chǎn)生變形的過(guò)程中，由于刀具表面前后尺寸不一，導(dǎo)致加工表面粗糙，影響葉輪的加工精度。

在葉輪的加工過(guò)程中，由于其步驟目的不同，因此針對(duì)不同的工序，選取不同的刀具進(jìn)行加工。在進(jìn)行粗加工的過(guò)程中，由于需要切除工件上大部分材料，因此選擇切削面較大的刀具進(jìn)行切割，例如立式銑刀，從而提高加工的進(jìn)度。在進(jìn)行半精加工、精加工的過(guò)程中，我們通常選取切削面較小的刀具，提高切削表面光滑度以及切削精度。

2.3 切削參數(shù)設(shè)置

在進(jìn)行葉輪加工時(shí)，我們需要對(duì)例如切削速度、進(jìn)給量、背吃刀量等一系列切削參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。切削速度是指加工葉輪的過(guò)程中銑刀移動(dòng)的速度，若切削速度過(guò)低會(huì)導(dǎo)致葉輪加工效率變低，不利于企業(yè)經(jīng)濟(jì)性要求，若速度過(guò)大則可能會(huì)引起加工刀具過(guò)度磨損或者加工時(shí)出現(xiàn)震顫的情況，從而導(dǎo)致加工表面粗糙度過(guò)高，影響加工精度。進(jìn)給量往往針對(duì)工件加工有關(guān)，過(guò)大的進(jìn)給量會(huì)導(dǎo)致工件形變嚴(yán)重，產(chǎn)生誤差。背吃刀量在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意盡可能使背吃刀量契合加工件需要的切削余量，這樣可以避免參數(shù)設(shè)置偏離正常范圍，從而也能保證加工進(jìn)度以及效率。

3 整體葉輪的仿真與加工

3.1 加工中心的選用

本次仿真加工選取的加工機(jī)床為五軸加工中心，相較于以前的三軸中心，五軸加工中心擁有多種結(jié)構(gòu)形式和運(yùn)動(dòng)模式，隨時(shí)調(diào)整所用刀具以及控制刀具工作角度，從而保障避免刀具使用時(shí)帶來(lái)的干涉以及占位，大大提高整體的效率。

3.2 加工步驟確定及參數(shù)計(jì)算

3.2.1 毛坯余量粗加工切除

在加工葉輪時(shí)我們首先要對(duì)加工毛坯表面余料進(jìn)行切除，由于本步驟僅僅涉及余料切削，對(duì)精度要求低，因此切削速度盡可能大，從而提高切削速度。

刀具線速度Vc=300m/min，n=1000VcπD

轉(zhuǎn)速n=6000r/min，Vf=nZfz

n=6000r/min、Z=4、fz=0.1

解得Vf=3500mm/min。

切削方式采用跟隨式，背吃刀量參數(shù)設(shè)為0.2mm，通過(guò)選取刀具自身長(zhǎng)度的75%來(lái)制定刀具間的距離，切削時(shí)物件的側(cè)面余量為2mm。

3.2.2 葉片半精加工

半精加工的走刀規(guī)劃和粗加工相類(lèi)似，只是用更小的刀具來(lái)進(jìn)行加工，提高葉片的光潔度。取Vc=125m/min，fz=0.04，Z=3

代入公式n=1000VcπD

算得轉(zhuǎn)速n=120000/min，Vf=nZfz，Vf=1000mm/min。

切削過(guò)程中刀的進(jìn)給量設(shè)為刀具自身直徑的30%。

3.2.3 葉片精加工

在之前加工的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)葉片的精加工從而使得葉輪達(dá)到最終的要求成果。

取Vc=125m/min，fz=0.04，Z=3

代入公式n=1000VcπD

算得轉(zhuǎn)速n=10000/min，Vf=nZfz，Vf=800mm/min

完成參數(shù)設(shè)置后導(dǎo)入三維進(jìn)行仿真截圖，將葉輪參數(shù)通過(guò)后置處理程序直接導(dǎo)入生成數(shù)控加工軟件進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)加工，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)加工情況所示，葉輪表面平滑，葉片完整，且加工精度符合產(chǎn)品要求。

4 總結(jié)

本文依靠UG三維軟件對(duì)影響葉輪精度加工因素進(jìn)行分析，從刀具選用、毛坯材料、設(shè)計(jì)參數(shù)等方面提出葉輪加工因素的可行性，從而保證其加工精度。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡憶溈主編.實(shí)用帶壓密封夾具圖集[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998.

[2]朱耀祥主編.組合夾具-組裝，應(yīng)用，理論[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1990.

[3]洪如瑾主編.UG NX2 CAD快速入門(mén)指導(dǎo)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2004.