夏靖原 鄒 洋 李艷玲/沈陽透平機械股份有限公司

0 引言

軸流壓縮機的靜葉調(diào)節(jié)機構(gòu)中有一種叫連桿的零件，是調(diào)節(jié)中央機殼上500余個靜葉角度的連接零件[1]。中央機殼上靜葉角度調(diào)節(jié)的精準(zhǔn)度直接影響到機組內(nèi)介質(zhì)的流量[2]、影響到整個機組的性能和效率[3]，因此對調(diào)節(jié)靜葉的連接零件——連桿的加工精度有嚴(yán)格的要求[4]。如果在數(shù)控加工中心設(shè)備上進行連桿零件關(guān)鍵連接孔的鉆鉸加工，可以保證加工精度滿足圖紙的要求；但由于一個靜葉連接一件連桿，每臺軸流壓縮機中使用的連桿零件需要500余件，連桿零件的加工效率和加工成本是加工過程中必須要重點考慮的因素。因此，在加工工藝流程中，考慮應(yīng)用普通鉆床、利用模具完成對連桿零件的關(guān)鍵連接孔的鉆鉸加工；模具的結(jié)構(gòu)和精度成為連桿零件加工能否滿足圖紙要求的關(guān)鍵[5]。

1 FV520B鋼高速銑削試驗

壓縮機上的連桿零件結(jié)構(gòu)和形狀見圖1。

該零件的關(guān)鍵尺寸是對φ10H7 孔的位置精度要求，該尺寸精度直接關(guān)系到機殼上靜葉角度的調(diào)整精度[6],具體要求是：

圖1 連桿零件結(jié)構(gòu)形狀示意圖

①φ10H7 孔與φ20H7 扁孔的中心距達(dá)到70±0.1；

②φ10H7 孔與14.5H7 扁兩側(cè)邊的位置度達(dá)到0.1。

按照加工工序的安排，步驟如下：

第一步，零件外形全部按圖加工完成后，劃線，鉆φ14.5底孔；

第二步，在鉆好的φ14.5底孔的基礎(chǔ)上，在拉床拉削φ20H7和14.5H7扁孔，一次成型完成；

第三步，在鉆床利用鉆孔模具鉆鉸φ10H7孔。

每步工序完成連桿零件加工的結(jié)構(gòu)形狀見圖2。

圖2 連桿零件每步工序完成的結(jié)構(gòu)形狀示意圖

在上述工序安排的第三步中，應(yīng)用鉆床利用鉆孔模具鉆鉸φ10H7孔時，φ10H7孔的位置精準(zhǔn)度是完全依靠鉆孔模具[7]來保證的。此時，鉆孔模具需要依據(jù)產(chǎn)品圖紙的精度要求確定設(shè)計精度[8]。表面看，產(chǎn)品圖紙對φ10H7 孔的精度要求似乎并不高，公差值要求也不是很小，相應(yīng)的，對鉆孔模具的精度要求也不會很高。但理論分析與實際加工效果卻有較大的差異。

按照產(chǎn)品圖的精度要求作為鉆孔模具的設(shè)計要求，并適當(dāng)考慮加工的效率，原始設(shè)計鉆孔模具的結(jié)構(gòu)示意圖見圖3。

此鉆孔模具的結(jié)構(gòu)特點是：

1）在連桿零件的φ20H7 值和14.5H7 值已經(jīng)準(zhǔn)確拉削完成的前提下，以連桿零件的φ20H7和14.5H7 做為鉆鉸φ10H7 孔時的定位基準(zhǔn)——鉆孔模具設(shè)置與連桿零件的φ20H7 和14.5H7 相配合的定位扁軸結(jié)構(gòu)；

圖3 鉆孔模具結(jié)構(gòu)示意圖

3）為便于連桿零件在鉆孔模具上鉆鉸孔時的裝拆操作，鉆模板設(shè)計成可拆卸式結(jié)構(gòu)，并利用兩個錐銷與底座聯(lián)接定位，以保證鉆模板位置的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性；

4）為適當(dāng)提高效率，同時設(shè)計兩個鉆孔位，一次裝夾可以同時鉆鉸兩個連桿零件。

理論上認(rèn)為，此鉆孔模具的結(jié)構(gòu)完全能滿足連桿零件的圖紙要求，但實際的鉆孔效果卻并不理想。

在鉆孔模具本身的結(jié)構(gòu)精度符合工裝設(shè)計圖紙的前提下，經(jīng)多次鉆孔試驗，鉆鉸連桿零件的合格率只有60%～70%，遠(yuǎn)低于工藝要求的95%的合格率。其中，主要是φ 10H7 孔與14.5H7 兩側(cè)邊位置度0.1 的不合格率占比較大，數(shù)值的誤差也最大；其次是70±0.1的誤差。表1中的數(shù)據(jù)，是應(yīng)用原結(jié)構(gòu)鉆孔模具加工連桿零件完成后，在三坐標(biāo)測量設(shè)備測量的不合格連桿零件的具體數(shù)據(jù)值。

表1 原結(jié)構(gòu)鉆孔模具加工連桿零件測量數(shù)據(jù)值表

針對超差的數(shù)據(jù)，經(jīng)多方分析，問題原因最直接的有以下兩點[9]：

1）70±0.1 的數(shù)值超差較小，經(jīng)測量最小值為69.86，超差0.04mm。分析原因：一是φ20孔與軸的配合間隙值直接影響70±0.1 值的大?。欢怯捎诙ㄎ换鶞?zhǔn)φ20H7 與鉆孔板的鉆孔位置不在同一平面上，有60±0.15的高度差，鉆孔時，鉆頭對連桿零件有個向下的壓力，使得連桿零件的φ10H7孔端產(chǎn)生了向下“沉”的彈性變形，即60±0.15 的高度發(fā)生了彈性變小；鉆孔完成后，彈性變形又恢復(fù)原樣，但連桿零件形狀恢復(fù)后的70±0.1數(shù)值卻不能是鉆孔模具的數(shù)值了。因此造成了70±0.1值不符合產(chǎn)品設(shè)計數(shù)據(jù)。

2）誤差較大的連桿零件φ10H7 孔與14.5H7兩側(cè)邊的位置度，相差的數(shù)值沒有明顯的規(guī)律性可循。分析認(rèn)為定位基準(zhǔn)14.5H7 的間隙對此現(xiàn)象的影響較大。φ20H7、14.5H7 雖然是定位基準(zhǔn)，但為保證連桿零件與鉆孔模具上定位軸的順利裝拆，連桿零件的φ20H7、14.5H7 孔與定位扁軸的φ20 直徑、扁14.5 的軸必須是間隙配合，14.5H7 的間隙值對此位置度有一定的影響，且70±0.1 的距離對此影響還有放大的作用，經(jīng)計算：14.5H7 的設(shè)計間隙值在0.006～0.035mm 之間，經(jīng)過孔距70±0.1 的放大，其位置度誤差在0.03～0.17mm 之間；如果14.5H7 定位基準(zhǔn)的間隙值再大于0.035mm，則產(chǎn)生的位置度誤差就更大了，例如表1中3#件的實測數(shù)據(jù)。

為解決上述問題，我們修改了鉆孔模具的結(jié)構(gòu)方案：

1）為解決70±0.1 的數(shù)值超差問題，在鉆孔模具上增加對連桿零件的定位約束,增加了可調(diào)整高度的支撐點，如圖4 所示。在鉆鉸連桿零件φ10H7 孔時支撐在零件的懸空處，避免連桿零件可能產(chǎn)生的彈性變形。鉆孔模具調(diào)整高度的結(jié)構(gòu)示意圖見圖4。

圖4 鉆孔模具調(diào)整高度結(jié)構(gòu)示意圖

2）為解決φ10H7 孔與14.5H7 兩側(cè)邊位置度相差較大的問題，首先改進了模具與連桿零件的配合方式，尤其控制與14.5H7 兩側(cè)邊的配合為小間隙配合；又在連桿零件的鉆孔模具上增加了側(cè)邊壓緊結(jié)構(gòu)，如圖5 所示。此結(jié)構(gòu)可以控制和調(diào)整14.5 兩側(cè)邊的間隙量不會因連桿零件70mm 的距離和60mm 的高度而被放大，保證位置度在0.1mm 之內(nèi)[10]。鉆孔模具側(cè)邊壓緊結(jié)構(gòu)見圖5。

圖5 鉆孔模具側(cè)邊壓緊結(jié)構(gòu)示意圖

鉆孔模具通過以上方案的結(jié)構(gòu)改進后，批量鉆鉸連桿零件的合格率可以達(dá)到96%以上，在整機試車運行中，靜葉的調(diào)整滿足機組流場的分布要求[11]，達(dá)到工藝設(shè)計目標(biāo)。

2 結(jié)論

在進行不規(guī)則形狀零件的加工、尤其是批量生產(chǎn)的過程中，盡可能地應(yīng)用普通設(shè)備進行零件的加工是降低制造成本的有效方案；為保證加工質(zhì)量，開發(fā)和設(shè)計加工過程中專用模具是工藝程序中必不可少的手段和步驟[12]。針對不規(guī)則形狀零件結(jié)構(gòu)特點和嚴(yán)格的精度要求，模具的最佳設(shè)計結(jié)構(gòu)與技術(shù)細(xì)節(jié)的處理[13]在模具的開發(fā)過程中越來越突顯出來，并且需要開發(fā)人員認(rèn)真研究探討與反復(fù)的實驗認(rèn)證。上述鉆孔模具結(jié)構(gòu)的探討過程，就是不斷改進結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)、不斷在實踐中反復(fù)認(rèn)證的過程。

[1]李超俊，余文龍.軸流壓縮機原理與氣動設(shè)計[M].北京：機械工業(yè)出版社，1987.

[2]劉力源，李志平.完全可逆軸流風(fēng)機的設(shè)計與優(yōu)化[J].風(fēng)機技術(shù)，2013（5）：48-53，57.

[3]陳哲，劉應(yīng)征.軸流壓氣機抽氣對下游葉排流場影響的數(shù)值研究[J].風(fēng)機技術(shù)，2012（3）：22-25.

[4]昌澤舟.軸流式通風(fēng)機實用技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005.

[5]張紀(jì)真，陸瑪玲.機械制造工藝標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，1997.

[6]潘素霞.冷凝式汽輪機軸流壓縮機組安裝技術(shù)改進[J].風(fēng)機技術(shù)，2012（5）：82-84.

[7]范孝良.機械制造技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：電子工業(yè)出版社,2008.

[8]梁炳文.機械加工工藝與竅門精選[M].北京：機械工業(yè)出版社,2005.

[9]夏祖印，張能武.機械加工實用手冊[M].安徽：安徽科學(xué)技術(shù)出版社,2008.

[10]劉曉明，蘇莫明，田琳.單級軸流風(fēng)機準(zhǔn)三維設(shè)計[J].風(fēng)機技術(shù)，2011（6）：26-28，35.

[11]田斌，席德科，徐燕飛.軸流風(fēng)機內(nèi)部流動數(shù)值研究[J].風(fēng)機技術(shù)，2004（5）：10-13.

[12]田琳，蘇莫明.雙向軸流通風(fēng)機設(shè)計方法的研究[J].風(fēng)機技術(shù)，2010（5）：32-34，39.

[13]吳秉禮，楊柳.軸流通風(fēng)機最佳結(jié)構(gòu)設(shè)計與技術(shù)細(xì)節(jié)處理[J].風(fēng)機技術(shù)，2012（4）：34-38.