陳亮亮

摘 要：該文以某渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)葉輪為例，對(duì)該葉輪的選材和成型方法進(jìn)行分析，通過(guò)分析選擇銑削加工方式生產(chǎn)葉輪，對(duì)加工葉輪的主要加工工序進(jìn)行詳細(xì)的分析，提出了一套實(shí)際方便的加工方案，并將所編制的數(shù)控程序在vericut7.2中進(jìn)行模擬仿真及在機(jī)床中實(shí)際加工驗(yàn)證了此加工方案的正確性。

關(guān)鍵詞：葉輪 加工 vericut7.2

中圖分類(lèi)號(hào)：TK263 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）12（c）-0150-03

Research of an Turbocharged Engine Impeller on Manufacturing Technologies

Chen Liangliang

（Yizhen Haitlan Alumintum Corportion.Co，LTD，Yangzhou Jiangsu，211400，China）

Abstract：Based on the impeller of a turbocharged engine as an example，to analyze the material and forming method of the impeller，the impeller by analyzing the way of choosing milling production，for a detailed analysis of impeller of the main machining process，put forward a set of practical and convenient processing scheme，and will be compiled nc program in vericut7.2 simulation and practical in the machine tool processing verifies the correctness of the processing scheme.

Key Words：Impeller；Machining；Vericut7.2.

隨著當(dāng)今時(shí)代的迅速發(fā)展，渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車(chē)、船舶的行業(yè)，渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)主要元件為渦輪增壓器，而渦輪增壓器的核心部分是渦輪葉輪，在整個(gè)過(guò)程中，由渦輪吸入發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣，在經(jīng)過(guò)葉輪進(jìn)行空氣壓縮進(jìn)而轉(zhuǎn)換為機(jī)械能增加動(dòng)力[1]。在整個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，為了輸出動(dòng)力的穩(wěn)定性，必須保證葉輪的正確性，其中包括葉輪的選材、制造精度等。為此，該文對(duì)某渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)葉輪在成型方法、材料選擇、主要工藝環(huán)節(jié)進(jìn)行了分析。

1 葉輪成型方法及材料選擇

由于葉輪處于中間轉(zhuǎn)換功能的角色，經(jīng)常在高溫、高壓、高轉(zhuǎn)速環(huán)境下工作，所以對(duì)其內(nèi)部組織和成型精度要求較高，目前，制造葉輪的主要生產(chǎn)方法有如下幾種[2]。

（1）鑄造葉輪。

采用傳統(tǒng)的工藝方法，使用砂型鑄造方式鑄造成型，但是在鑄造生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)氣孔、砂眼、夾渣等缺陷。并需要二次加工。在鑄造過(guò)程中，經(jīng)常采用鑄鋁ZL1401。

（2）銑削加工方式。

銑削加工選用圓柱型整體棒料，選擇硬鋁合金LY11，在加工過(guò)程中，采用車(chē)床與五軸機(jī)床相結(jié)合的方式進(jìn)行加工，但是，此方法對(duì)編程人員的要求較高。

（3）3D打印方式。

目前3D打印處于盛熱時(shí)代，可以采用激光燒結(jié)技術(shù)，應(yīng)用堆積原理對(duì)葉輪進(jìn)行直接打印，但由于3D打印技術(shù)并不是很成熟的技術(shù)，打印速度非常慢，導(dǎo)致生產(chǎn)效率低，不適宜批量生產(chǎn)。

2 葉輪的加工工藝分析

該公司是大批量生產(chǎn)，所以采用方法二銑削加工方式進(jìn)行加工，如圖1所示為葉輪三維模型圖，該葉輪共有9個(gè)葉片組成，兩葉片之間柵距短，葉片與輪轂之間光滑過(guò)渡，葉片曲率大，在加工過(guò)程中主要采用以下工序[3]（見(jiàn)表1）。

2.1 主要工序分析

（1）車(chē)削包覆面。

根據(jù)葉輪包覆面的幾何尺寸，進(jìn)行自動(dòng)編程，加工過(guò)程中采用先粗后精的原則，保證包覆面的尺寸精度和表面粗糙度。

（2）粗銑流道。

葉輪的流道較深且狹長(zhǎng)，采用普通的三軸加工中心無(wú)法加工，必須采用五軸機(jī)床進(jìn)行加工，編寫(xiě)此流道的粗加工程序采用高級(jí)CAM軟件UG10.0，采用直徑為10 mm的硬質(zhì)合金球刀，每層切削深度為0.6 mm，考慮到葉片易發(fā)生變形，主軸轉(zhuǎn)速S為2500 r/min，進(jìn)給速度F1500 mm/min。編程時(shí)只需編寫(xiě)一個(gè)流道的程序，剩余其它流道只需在機(jī)床內(nèi)部改變機(jī)床的初始角度即可，生成的流道粗加工刀軌圖以及仿真圖如圖2所示。

（3）半精、精銑葉片。

此渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)葉輪是整體式葉輪，葉片與輪轂部分為一體，葉片的前緣厚度為0.8 mm，后緣厚度為1.6 mm，而且葉片曲率非常大，加工過(guò)程中容易發(fā)生形變。采用直徑為8 mm的錐形硬質(zhì)合金球頭刀，切屑深度為0.15 mm，半精余量為0.1 mm，要注意葉片的前緣部分為圓角過(guò)渡，刀位點(diǎn)位置變化小刀軸矢量變化大，應(yīng)在UG10.0中設(shè)置在拐角處進(jìn)行減速，避免出現(xiàn)機(jī)床抖動(dòng)現(xiàn)象。生成的刀軌圖及仿真圖如圖3所示。

（4）半精、精銑流道。

輪轂部分屬于狹窄曲面，加工時(shí)應(yīng)注意刀軸與葉片間的避讓?zhuān)娤髁鞯罆r(shí)將兩側(cè)葉片設(shè)為檢查體，采用直徑為8 mm的錐形硬質(zhì)合金球頭刀，切屑深度為0.1 mm，余量為0 mm，主軸轉(zhuǎn)速S為3000 r/min，進(jìn)給速度F1800 mm/min。生成的刀軌圖及仿真圖如圖4所示。

3 葉輪虛擬仿真和實(shí)際加工

在UG10.0中，經(jīng)以上工序的數(shù)控編程、生成刀軌、輸出CLSF文件，再用五軸雙擺頭機(jī)床專(zhuān)用后置處理器進(jìn)行后置處理[4]，得到未經(jīng)仿真的NC代碼。下面將使用VERICUT仿真軟件對(duì)為仿真的NC代碼進(jìn)行仿真[5]，具體步驟如下：

（1）建立機(jī)床模型，根據(jù)五軸雙擺頭機(jī)床的結(jié)構(gòu)與尺寸在三維軟件中進(jìn)行建模，按照順序輸出VERICUT7.2所識(shí)別的.STL格式文件，最后按次序逐個(gè)導(dǎo)入VERICUT即可。

（2）調(diào)用機(jī)床的控制系統(tǒng)，在軟件內(nèi)找到機(jī)床庫(kù)的控制文件，找到SIEMENS840D系統(tǒng)并調(diào)用。

（3）建立刀具庫(kù)，根據(jù)在UG10.0中使用的刀具參數(shù)（如直徑、刀長(zhǎng)、刀號(hào)）與實(shí)際機(jī)床上的刀柄，在軟件內(nèi)建立與上述的信息一致的刀具、刀柄，保存到刀具庫(kù)。

（4）調(diào)用夾具、毛坯，夾具與毛坯的模型可以在該軟件內(nèi)直接建模，也可在三維軟件中建好在導(dǎo)入，根據(jù)葉輪毛坯尺寸，在軟件內(nèi)直接建模即可。

（5）建立坐標(biāo)系與G代碼偏置，在本軟件內(nèi)添加一個(gè)新的坐標(biāo)系，使這個(gè)坐標(biāo)系與編程坐標(biāo)系重合，在驅(qū)動(dòng)G代碼偏置按鈕，設(shè)置成從刀具相對(duì)新建的坐標(biāo)系。

（6）調(diào)入NC程序、仿真，將轉(zhuǎn)換好的NC代碼放大指定路徑處，在軟件內(nèi)找到該程序，先選擇“單步仿真”，觀察是否有撞刀及過(guò)切處[6]。

采用XH2440五軸機(jī)床，該機(jī)床配有SIEMENS 840D系統(tǒng)。將仿真后的數(shù)控代碼用U盤(pán)傳入XH2440五軸機(jī)床加工。加工后的實(shí)物圖如圖5所示。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)某渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)葉輪實(shí)體模型進(jìn)行分析，提出三種加工方案，針對(duì)本公司的生產(chǎn)量選擇方案二，并對(duì)方案二的主要加工工序進(jìn)行分析，采用該分析方案對(duì)此葉輪進(jìn)行了虛擬仿真和實(shí)際加工，通過(guò)實(shí)物與三維模型對(duì)比驗(yàn)證了該加工方案的正確性和實(shí)用型。

參考文獻(xiàn)

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[2] 范智廣，沈玉琢，呂建忠.UG在三元葉輪加工中的應(yīng)用及研究[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2011（7）：120-121.

[3] 趙世田，孫殿柱，孫肖霞.基UGPOST五軸聯(lián)動(dòng)加工中心專(zhuān)用后置處理器的研發(fā)[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2006（1）：26-29.

[4] 唐清春，吳漢夫.基于CimatronE的四軸后置處理軟件開(kāi)發(fā)[J].設(shè)計(jì)與研究，2010（6）：15-17.

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[6] 唐清春，吳漢夫.葉片五坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)加工后置處理開(kāi)發(fā)及應(yīng)用[J].汽輪機(jī)技術(shù)，2009，51（6）：475-477.