涡轮增压器叶片加工方法的比较

第５期（总第１７４期）

２０１２年１０月机械工程与自动化

ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ　ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ　＆　ＡＵＴＯＭＡＴＩＯＮＮｏ．５

Ｏｃｔ．

文章编号：１６７２－６４１３（２０１２）０５－０１９５－０

２涡轮增压器叶片加工方法的比较

张占贵

（太原安吉尔机械工业有限公司，山西　太原　０３００２４

）摘要：通过对两种涡轮增压器叶片加工方法的比较，确定了线切割加工叶片的新方法，并取得了满意的生产效果。

关键词：涡轮增压器叶片；榫齿；线切割加工

中图分类号：ＴＧ４８∶ＴＫ４７４．７＋

１ 文献标识码：Ｂ

收稿日期：２０１２－０７－１６；修回日期：２０１２－０７－２

３作者简介：张占贵（１９７６－）

，男，山西应县人，助理工程师，本科。１　概述

叶片是涡轮增压器涡轮驱动组件中极为重要的零件，发动机工作时高速旋转产生的离心力和高温工作条件使涡轮叶片承受较大的拉应力和热应力，因此，涡轮增压器叶片须具有足够的屈服强度、抗拉强度以及高的抗高温蠕变、高温氧化及燃气腐蚀性能。

叶片主要由叶身和榫头两个部分组成。叶身具有复杂的空间形状，由许多不同截面的型面组成。各截面间扭成一定的角度，最后形成扭转的叶身。榫头通过榫齿使叶片安全可靠、准确合理地固定在涡轮盘上，以保证涡轮驱动组件的正常工作。榫齿形状有Ｔ形、圆柱形、叉形、枞树形等。

叶片的加工难度很大。其一是材质为耐热合金钢，

强度、硬度、韧性都很高，对加工刀具要求很高，生产效率低；其二是叶身形状复杂，为变扭截面，一般机械加工难以胜任；

其三是精度要求高，特别是榫齿，采用成形铣削加工达不到要求的精度，目前广泛采用蠕动进给磨削加工。

太原安吉尔机械工业有限公司使用美标牌号

７１３ＬＣ、７１３Ｃ、７１３等低碳镍基合金，

采用无余量真空精铸成形涡轮叶片毛坯，叶身型面不需要进行机械加工，主要加工枞树形榫齿部分。由于榫齿的尺寸精度及形位公差要求很高，其材料又是难切削的耐热合金，加工榫齿时的定位基准只能用叶片曲线型面，而加工榫头其他部位时又是以榫齿

作为定位基准的，

依据工艺的特殊性，必须有一系列的工艺保证措施，故需要有专用的叶片机械加工生产线。２　传统加工方法

传统加工方法是蠕动进给磨削加工，此方法又称

强力成形磨削加工，此工艺采用大切削深度、缓进给速

度，一个工作循环即可磨削成形。它的优点是：①生产效率高，不仅比普通磨削高，而且胜过了铣削；②简化了加工工艺，不受工件表面状况的影响，因此可直接由精铸毛坯磨削成形；③改善工件表面质量，表面粗糙度可达Ｒａ０．８μｍ～Ｒａ０．４μｍ；④可加工难以切削的高强度合金。

２．１　加工设备

主要加工设备为缓进成形强力磨床（含两套滚轮

支架及砂轮反靠装置），配套加工设备为光学曲线磨

床、平面磨床等。

该缓进成形强力磨床，系统刚性好，精度高，操作方便，加工效率高。机床上配有高压冲洗和冷却系统，以保证磨削过程中工件、砂轮的冷却，且冷却液通过过滤系统充分过滤之后，可重新输送到冷却和冲洗喷嘴循环使用。２．２　工装

工装包括磨榫齿大夹具、磨榫齿小夹具、磨榫齿端（底）面夹具、磨榫齿侧面夹具、磨榫凸缘夹具、榫齿标准检具等。２．３　加工工艺

磨削加工时，以叶身型面为定位基准，叶片在专用夹具上安装、定位并夹紧之后直接在蠕动磨床上磨削成形。

为了验证缓进磨用砂轮几何尺寸的正确性及加工

工艺参数的可行性，

先试加工样件。样件加工后用光学投影仪检测榫齿型面几何尺寸，用荧光渗透法检测磨削表层状况，在确定合格后方可批量加工。２．４　砂轮

所使用的砂轮包括缓进磨用砂轮（粗磨用砂轮、精

磨用砂轮）、普通平磨砂轮、钢挤轮。该榫齿的加工工艺为成形磨削，

所以加工产品是否合格的关键是磨削砂轮的轮廓是否正确，为保证砂轮轮廓正确无误，故配备有光学曲线磨磨制的标准钢挤轮来修整“

硬砂轮”，以硬砂轮修整磨削用的“砂轮”。３　新的加工工艺

电火花线切割加工是电火花加工的一个分支，是一种直接利用电能和热能进行加工的工艺方法。线切割加工技术一般用于以下情况：①加工硬质材料和特殊合金；②加工具有极复杂几何形状的零件；③加工小型、高精度、价格昂贵的零件；④加工采用常规加工时要求贵重刀具的工件；⑤加工采用其他方法难以加工的零件等。

依据线切割加工技术的特点和优势，我们尝试采用了线切割加工叶片榫齿的新方法。

３．１　加工设备

主要加工设备为日本三菱公司生产的线切割机床ＲＡ９０，该机床精度高，操作方便，加工效率高。机床上配有高压冲洗和冷却系统，

以保证切割过程中工件的冷却，且冷却液通过过滤系统充分过滤之后，可重新输送到冷却和冲洗喷嘴循环使用。３．２　工装

所采用的工装是切榫齿自制夹具。

３．３　加工工艺

加工时，以叶身型面为定位基准，叶片在专用夹具上安装、定位并夹紧之后直接在线切割机床上按照输入程序自动切割成形。制件加工后用光学投影仪检测

榫齿型面几何尺寸，

在确定合格后批量加工。３．４　表面处理

线切割后对榫齿部位进行电化学抛光。

４　结束语

蠕动进给磨削加工需要许多复杂的工装、夹具、量

具和专用机床，

设备价格昂贵，专用性很强，不可能兼顾生产其他的产品，且工装制造周期长、费用高，同时

需要不停地对砂轮进行修整，消耗量很大。线切割加工所需工装简单且数量少，设备为通用机床，可兼顾生产其他的产品，灵活方便。新方法现已在生产中得到应用，并取得了满意的效果。

参考文献：

［１］　陆家祥．车用内燃机增压［Ｍ］．北京：机械工业出版社，１９９９．［２］　郭文有．

航空发动机叶片机械加工工艺［Ｍ］．北京：国防工业出版社，１９９６．［３］　刘晋春，

赵家齐，赵万生．特种加工［Ｍ］．第４版．北京：机械工业出版社，２００４．

Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　ｏｆ　Ｔｗｏ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　

Ｍｅｔｈｏｄｓ　ｆｏｒ　Ｔｕｒｂｏｃｈａｒｇｅｒ　ＢｌａｄｅＺＨＡＮＧ　Ｚｈａｎ－ｇ

ｕｉ（Ｔａｉｙｕａｎ　Ａｎｇｅｌ　Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ　

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ｇ（上接第１９４页）

参考文献：

［１］　江苏省特种设备安全监督检验研究院，

国家质检总局特种设备安全监察局，中国特种设备检测研究所，等．起重

机械安全技术监察规程———桥式起重机ＴＳＧ　Ｑ０００２－

２００８［Ｓ］．北京：国家质量监督检验检疫总局，２００８：１－３５．［２］　上海市特种设备监督检验技术研究院，

国家质量监督检验检疫总局，中国特种设备检测研究所，等．起重机械定期检验规则ＴＳＧ　Ｑ７０１５－２００８［Ｓ］．

北京：国家质量监督检验检疫总局，２００８：１－１３．［３］　辽宁省安全科学研究院，北京起重机械设计研究院．起重机械安全规程第１部分：总则ＧＢ　

６０６７．１—２０１０［Ｓ］．北京：中国标准出版社，２０１１：１－

４０．Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｇｒｏｕｎｄ　Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｆｏｒ　Ｈｏｉｓｔｉｎｇ　

ＭａｃｈｉｎｅｒｙＬＩ　Ｚｏｎｇ

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６９１·机械工程与自动化 ２０１２年第５期