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钳工技师论文论文


国家职业资格全省统一鉴定

钳工技师论文
(国家职业资格二级)

论文题目

不锈钢分级叶轮的结构改进 及其制造工艺



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******

不锈钢分级叶轮的结构改进及其制造工艺

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不锈钢分级叶轮的结构改进及其制造工艺
*** (****************) 摘要:简要介绍了常规气流粉碎机的种类、存在的缺点及新产品——流 化床式粉碎机的优点,循序渐进地介绍了流化床式粉碎机关键零件——不 锈钢分级叶轮的制造工艺。 关键词:气流粉碎机 工 工装 组装 1 前言 我公司是专业生产气流粉碎设备的中日合资企业。气流粉碎机的种类繁 多,有流化床,循环式、靶式、扁平式等基本类型,这些粉碎机在各个不 同领域,特别是在农药、化工、食品、军工等行业起了很大的作用。但他 们或多或少都存在各种各样的问题,如扁平式粉碎农药会粘壁;循环式细 度要求低;特别是目前国内军工企业对粉碎机要求能防静电,而这恰好是 扁平式、循环式、靶式等都无法满足的。 在消化国外新型气流粉碎机的基础上,结合国内实际情况,我公司(宜 兴清新粉体机械有限公司,简称宜兴清新) ,自行设计开发、制造了流化床 式气流粉碎机,该粉碎机具有结构简单、粒度分布窄、整机采用不锈钢制 造、物料污染小,同时导电性能好等优点,深得国内外用户的好评。 不锈钢分级叶轮是其中的一个关键零件,它的好坏将直接影响到粉碎机 整机的性能及其破碎效果。 在国外该零件一般采用整体一次性加工而成,为节省制造成本,提高产 品的市场竞争力,我公司采用了镶嵌焊接结构,就Φ 210×185 的叶轮而言, 如采用整体结构,其自重 51Kg,而采用镶嵌焊接结构,只有 10 Kg,每只 就节约材料 41 Kg,按每公斤 28 元计算,合 41×28=1148 元,如每年按 30 台生产量计算,共计节省 1148×30=34440 元;另外,如采用再整体一次性 加工,其铣加工的出料槽表面光洁度差,在流化床高速旋转时,对出料有 一定的影响。 2 不锈钢分级叶轮的结构及其要求 不锈钢分级叶轮 镶嵌焊接结构 车加工 铣加 焊接

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镶嵌焊接不锈钢叶轮的结构如下图 1: 主要有圆盘 (1 件) 、 左压圈 (1 件) , 右压圈 (1 件) , 2mm 叶片 (90 件) , 底盘 (1 件) 组成, 材料全部采用 OCr18Ni9 制成。 在圆盘及底盘上在圆周方向分别均匀布置有 90 个深 13mm, 宽 2mm 的叶片 槽 (以下称 90-2 槽) , 2mm 叶片用小锤轻轻打入槽内后两头套上左、 右压圈, 焊接完成后再车两端面(留 1mm 加工余量) 。 技术上要求与空气及粉料接触的表面抛光处理,叶轮转速为 6000~8000 转/分,平衡精度需达到 G6.3 级。
叶片 左压圈 右压圈 圆盘

底盘

70

8

图1 3 不锈钢分级叶轮的制造工艺 考虑到该零件的重要性及其加工的复杂性,我们专门对此编制了详细的 工艺文件,并配套了一系列的工装及夹具。根据加工形式的不同,本制造 工艺主要有车加工工艺、铣加工工艺、工装设计、组装工艺、焊接工艺五 部分内容组成。 1)车加工工艺 ① 车加工底盘 图 2 中,除 A 面留 1mm 加工余量(焊接后加工至 70mm)外,其余内孔、 外圆等加工至图纸要求,并抛光处理。键槽暂不加工。

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图2 图 2 中 4mm 凸台为工艺凸台,主要是为和圆盘配对铣槽 90-2 准备。 ② 车加工圆盘 如图 3 中,圆盘车加工时, B 面留 1mm 余量,其余全部精加工至图纸要 求,并抛光处理。

B
图3 ③ 车加工左、右压圈 车加工左、右压圈内孔及两端面至尺寸要求,外圆粗车并各放 1mm 焊接 后加工余量。 ④ 加工叶片 叶片成组加工,每片重量相等,长度两端各放 1 mm 余量,其余精加工 至图纸要求尺寸,并抛光处理。 2)铣加工工艺 ① 如下图 4 车一长螺杆作为铣加专用工装,用于固定底盘和圆盘,由三爪 固定螺杆后部,螺杆前部穿过分度头中心孔,最后用螺母吊紧。 ② 装夹完成后,铣 90-2 均布槽,宽度和深度与叶片协调(以叶片用小锤 可轻轻打入,外缘应齐平或叶片露出外缘小于 0.02mm 为宜) 。 铣槽时圆盘和底盘成对加工,并作对应槽标记,如图 4。 ③ 铣槽完成后,将底盘上车床,车掉工艺凸台,修光毛刺等。

9

71

4

凸台

A

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反爪

圆盘

标记

底盘

螺母

螺杆

螺杆前部

螺杆后部

分度头

图4 3)组装工装的设计 本组装工装由工装一、盖板及压紧螺母组成,如图 5。
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ

ΦE

中心孔 GB145-1985

ΦB

ΦC

ΦA

ΦD

压紧螺母

工装一

LB LA

LE LC LD 盖 板

图5

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① 工装一 工装一可采用焊接件拼成,加工时顶端必须留中心孔,焊接后一次加工 完成,以便保证工装各段轴的同心度。各段轴外圆Φ 及长度 L 要求如下: Ⅰ 外圆Φ A 与圆盘外缘齐平,厚度 LA 以 16~18 为宜。 Ⅱ 外圆Φ B 与圆盘内孔紧配,以圆盘能转动为宜,高度 LB 和圆盘厚度 配,略低于圆盘,以便脱卸工件方便。 Ⅲ 外圆Φ C 无特殊要求,一般比底盘内孔大 20mm 便可,高度 LC 必须 严格控制,以便保证叶轮的底盘和圆盘之间的尺寸。 Ⅳ Φ D 外圆与底盘内孔紧配,以能转动为宜,高度不超出底盘高度为 宜(一般低 1~2mm) 。 ② 盖板 如图 5,外圆Φ E 小于底盘槽的根部 2 mm 为宜,厚度 LE 以 16~18 mm 为 宜。 4)组装工艺 如图 5 所示: ① 首先将圆盘套入工装,套入时需注意方向,留有有加工余量的一头为外 侧。 ② 将底盘套入工装,找到底盘的标记和圆盘标记上下对齐。 ③ 按四等分插入一个叶片,并用角尺校垂直,点焊固定。 ④ 套上盖板,并用拧紧压紧螺母,压紧为止。 5)焊接工艺 ① 焊接分析 由于不锈钢热导率小,热膨胀系数大,焊缝冷却收缩后会导致其它部位 产生严重的翘曲或波浪变形,同时由于焊接对象厚度不同,变形后难以修 复,或车加工后致使底盘、圆盘的两边厚度不均匀影响外观,及做动平衡 时难度大,另外考虑到工件间隙小,无法使用压板,大力钳等控制工件焊 接变形,因此我们采用氩弧焊,点固焊、堆焊等方法。氩弧焊焊接没焊渣 飞溅,同时焊缝均匀、美观;点固焊不仅能保证焊接间隙,而且具有一定 的抗变形能力。

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② 焊接方法 Ⅰ 将圆盘和工装一在外圆的结合处点固焊 8 处,采用对称等分的形式 进行。 Ⅱ 盘和盖板也在结合处点固焊 8 处,方法相同。 Ⅲ 将叶片用用小锤轻轻拍入,5 片一组,分别上下点焊对称进行,直至 嵌入完毕。 Ⅳ 对叶片进行固焊,由于 90 片叶片都需要焊接,并且焊接时既要提高 焊接效率,又要防止工件升温过快,故采用交替焊接法,既先把 5 个叶片 焊好,再在对面 5 个叶片焊好,再在另一端也同样进行,直两端固焊完成。 Ⅴ 将工装和工件一起上车床,对两端外圆作适当修正,倒 6×600 的角, 以便压入左右压圈。 Ⅵ 将左右压圈分别套上工件,并校正平面和两端对齐,点固焊固定, 再堆焊,在焊接时应适当添加焊丝,交替对称焊接,然后采用 2mm 焊丝, 将焊缝焊饱满。 Ⅶ 如图 6 上车床,在底盘叶片槽根部圆周上,倒 5~6×900 的角,然后 采用对称点固焊,堆焊、直至焊接完毕,有利于增加叶轮的强度。

5~6 左压圈 90°

叶片

底盘
图6 Ⅶ 待工件完全冷却后,上车床将圆盘和工装焊接处车掉焊缝,卸下工 装,在圆盘叶片槽根部圆周上,倒 4~5×90°的角,焊接,焊接方法类同。 此时因整个叶轮基本焊接成一体,自身有较大的抗变形能力,但要注意不 要使工件升温太快,焊缝步骤可分两次完成。 3) 焊后检验 焊后用 5 倍放大镜检查焊缝,正反两端的焊缝应饱满,不允许有开裂凸

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陷,叶轮内叶片的焊缝要平直光滑,不允许开裂。 6)精加工工艺 ① 把叶轮重新装上工装上, 上车床利用四爪固定一端, 另一端由顶尖固定, 校工装外圆,叶轮外圆粗车,然后卸下工装。 ② 四爪固定叶轮外圆校正内孔,车叶轮两断平面。 ③ ④ 再上工装,精车叶轮外圆。 线切割加工键槽。

7)做动平衡试验及探伤 ① 做动平衡试验,平衡精度需达到 G6.3 级。 ② 进行着色探伤。

4 结论 按该工艺进行制造的不锈钢分级叶轮,我们对其进行 100%着色探伤,至 今未发现裂痕。并且我公司为航空航天部西安 7K16 厂、江河化工厂等军工 企业,四川中昊晨光等国内十几家中小型企业配用该类叶轮,至今七、八 年运转正常,未曾发现焊缝开裂,叶片扭曲、断裂等现象。 实践证明,该不锈钢分级叶轮的结构及其制造工艺是切实可行的,可完 全满足流化床式气流粉碎机整机性能的要求,可完全替代国外昂贵的整体 结构的叶轮,填补了国内该领域的一项空白。 5 结束语 随着新兴科技的发展,各种新的制造方法、新的原材料及新的传动结构 不断涌现,相信在我们共同的努力下,流化床式气流粉碎机及其它破碎机 的结构、性能也会随着不断的完善和优化,以争取更高的性价比。 参考文献

1 铸铁水阀叶轮的补焊,鲁兴 2 焊接技术,2005.4.3(34)


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