張寶榮 馬強(qiáng) 靳峰 郭巨壽 張錦

摘要： 兩套葉輪機(jī)械加工工藝的方案設(shè)計(jì)有著明顯的差異，方案1將葉輪加工工藝的“以前后蓋板內(nèi)側(cè)流道面當(dāng)作軸向找正基準(zhǔn)且以葉輪的進(jìn)口直徑作為徑向?qū)ふ艺鶞?zhǔn)”的找正當(dāng)作關(guān)鍵;而對(duì)于方案2來說，則是將 “以前后蓋板內(nèi)側(cè)流道面當(dāng)作軸向找正基準(zhǔn)且以葉輪的進(jìn)口直徑作為徑向?qū)ふ艺鶞?zhǔn)”的找正操作難度降低，僅僅依靠工裝和加工工藝編排等方法，來使葉輪的質(zhì)量得到保證。

Abstract： There are obvious differences in the scheme design of the two sets of impeller machining processes. Scheme 1 takes the alignment of the impeller machining process of "taking the inner channel surface of the front and rear cover plates as the axial alignment datum and the inlet diameter of the impeller as the radial alignment datum" as the key; For scheme 2， the alignment operation of "taking the inner channel surface of the front and rear cover plates as the axial alignment reference and the inlet diameter of the impeller as the radial alignment reference" is reduced， and the quality of the impeller is guaranteed only by means of tooling and processing technology arrangement.

關(guān)鍵詞： 水泵葉輪;加工工藝;制定原則;關(guān)鍵環(huán)節(jié)

Key words： water pump impeller;processing technology;formulate principles;key link

中圖分類號(hào)：U464.138+.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）24-0041-03

0? 引言

柴油機(jī)水泵葉輪中葉輪是其中的核心部件，其組成部分包括前后蓋板和中間的葉片。葉輪在受到力的作用下，就不再能夠進(jìn)行液體的吸入，反而要吸進(jìn)相應(yīng)的液體。柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)水泵葉輪工作的整個(gè)過程，實(shí)質(zhì)上就是葉輪中的液體圍繞著葉片流動(dòng)的過程，繞流運(yùn)動(dòng)中會(huì)帶動(dòng)相關(guān)的液體進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，這個(gè)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的力會(huì)作用在葉片上，產(chǎn)生一定的力作用，這時(shí)的力度作用說明對(duì)葉片產(chǎn)生了力作用，并且這個(gè)力的作用特點(diǎn)是方向相反的和大小相等的，這個(gè)力被稱為功，產(chǎn)生功的作用就說明液體受到了一定的能量作用，這才導(dǎo)致液體流出葉輪[1]輸送中性介質(zhì)液體的水泵主要使用的材料是鑄鐵葉輪，如清水離心泵。鑄鋼葉輪主要包括油泵、高溫高壓泵等。本文探討的是鑄鐵和鑄鋼葉輪的機(jī)械加工工藝，具體內(nèi)容如下：

1? 柴油機(jī)水泵葉輪的加工工藝制定原則

從柴油機(jī)水泵葉輪中水泵葉輪材質(zhì)是鑄鋼及鑄鋼葉輪的加工工藝來說，鑄鐵以及鑄鋼葉輪的鑄造成型一般都是普通砂型，型砂的種類也是多種多樣的，通常包括水泥自硬砂樹脂砂。葉片的開式、半開式葉輪加工工藝一般都不需要型砂發(fā)揮作用，依靠模型造型直接進(jìn)行澆鑄即可完成。而對(duì)于閉式葉輪和復(fù)雜空間扭曲葉片的開式、半開式葉輪來說，需要依靠單獨(dú)的型芯，之后再將其放置在沙型腔里進(jìn)行澆鑄[2]。閉式的葉輪前蓋板和后蓋板內(nèi)表面的作用是能夠形成流動(dòng)的通道，在其中間分布的葉片呈現(xiàn)的是沿著圓周方向的形狀。水力模型鑄造而成的葉輪前蓋板、后蓋板的內(nèi)側(cè)和中間的葉片形狀，不用再實(shí)施機(jī)械加工。進(jìn)一步加工處理前蓋板的外側(cè)、前口環(huán)、吸入口端面、后口環(huán)、平衡孔和軸孔以及鍵槽和后蓋板外側(cè)等的表面。在進(jìn)行切削加工時(shí)，要遵循產(chǎn)品圖樣上的具體要求，如葉輪產(chǎn)品的大小和尺寸以及外形等。形位公差的也要依據(jù)圖樣上的具體要求。最后，利用靜平衡實(shí)驗(yàn)來對(duì)葉輪進(jìn)行檢測(cè)。

柴油機(jī)水泵葉輪加工工藝的制定原則，要能夠保證前后蓋板形成的流道和中間葉片圍繞理論軸心線旋轉(zhuǎn)。通過對(duì)加工工藝制作原則的掌握，才能夠使葉輪前蓋板和后蓋板有一個(gè)均勻的厚度。保持葉片的長(zhǎng)度一致，圍繞軸心線沿著圓周的方向進(jìn)行均勻的分布，保證有均勻的液流從葉輪中流出，從而使水泵的水力性能保持在良好的狀況下。假設(shè)前蓋板和后蓋板有不均勻的厚度，中間的葉片長(zhǎng)度就不能達(dá)到一致，這樣一來就不能圍繞軸心線沿著圓周的方向進(jìn)行均勻的分布就會(huì)導(dǎo)致液流從葉輪中流出時(shí)，呈現(xiàn)出左右搖擺的情況。液流對(duì)葉片的反作用力也會(huì)變得不平衡和不均勻，會(huì)在很大程度上影響水泵水力性能的發(fā)揮，使水泵在進(jìn)行工作時(shí)不僅會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，還會(huì)伴隨著刺耳的噪音，從而引起水泵的運(yùn)行穩(wěn)定和可靠性大大降低。

柴油機(jī)水泵葉輪的機(jī)械加工工藝在制定時(shí)，還考慮四大方面的切削加工要求。第一點(diǎn)，要遵循先粗糙再精細(xì)的原則。在對(duì)相關(guān)的零件進(jìn)行加工處理時(shí)，如果對(duì)精度的要求比較高，那么在進(jìn)行加工時(shí)要經(jīng)過的加工過程就會(huì)比較多，如粗加工、半精加工、精加工和光整加工等[3];第二點(diǎn)，要遵循基準(zhǔn)面先行的原則，也就是說有精基準(zhǔn)表面的可以進(jìn)行先加工;第三點(diǎn)，要遵循先面后孔的加工切削原則，因?yàn)閷?duì)于孔的加工來說，需要在有了一個(gè)平面的基礎(chǔ)上;第四點(diǎn)，要遵循先主要后次要的原則。這表明在進(jìn)行具體的切削加工時(shí)，需要先進(jìn)行主要表面的切削加工，再進(jìn)行次要表面的加工處理。

2? 柴油機(jī)水泵葉輪的加工工藝制定

鑄鐵及鑄鋼水泵葉輪的切削加工需要在特定的環(huán)境和條件下進(jìn)行，需要在特定的車床上進(jìn)行切削加工。切削加工處理之后，還要保證符合相應(yīng)的要求。如，保證水泵葉輪的前后蓋板內(nèi)表面形成的通道和中間葉片圍繞著理論軸心線旋轉(zhuǎn)、保證前后蓋板的厚度均勻過渡、水泵葉片的長(zhǎng)度相同，并且還要圍繞軸心線沿著圓周方向均勻分布。同時(shí)，對(duì)于水泵葉輪的尺寸、精度和形位公差等的加工工藝處理來說，都要與產(chǎn)品圖樣的要求和標(biāo)準(zhǔn)之間不存在誤差。通過水泵葉輪加工工藝的制定原則，可以用圖1的柴油機(jī)水泵葉輪的圖樣產(chǎn)品生產(chǎn)加工作為具體的案例，并且對(duì)柴油機(jī)的水泵葉輪的機(jī)械加工工藝進(jìn)行具體和詳細(xì)的分析[4]。

在對(duì)柴油機(jī)水泵葉輪進(jìn)行切削加工工藝處理時(shí)，對(duì)于水泵葉輪的前蓋板和后蓋板內(nèi)側(cè)表面和中間的葉片表面不做任何調(diào)整和改變，對(duì)其他部分進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整和加工處理。柴油機(jī)水泵葉輪產(chǎn)品在進(jìn)行加工處理時(shí)，也有一些要求比較高的加工處理，如，對(duì)前口環(huán)和后扣環(huán)的外圓表面加工，在加工之后及時(shí)查看兩者的尺寸公差和油孔中心線的圓跳動(dòng)公差，確保它們符合圖樣產(chǎn)品生產(chǎn)的具體要求。注意前蓋板和后蓋板的厚度能夠均勻的過渡。對(duì)于軸孔的精度和尺寸的要求也相當(dāng)高。鍵槽的要求也要符合對(duì)軸孔中心線的對(duì)稱要求。這種情況下，設(shè)計(jì)的水泵葉輪機(jī)械加工工藝便成為方案1，具體的加工工藝內(nèi)容如下：

工序1：用前后蓋板的內(nèi)側(cè)流道表面作為軸向找正基準(zhǔn)且以葉輪的進(jìn)口直徑作為徑向?qū)ふ艺鶞?zhǔn)，使用的是四爪卡盤，將水泵葉輪中的后口環(huán)（或者外徑）夾持上，將位置找正后夾緊。車葉輪進(jìn)口端面、對(duì)車刀進(jìn)行校正，水口內(nèi)圓并且倒角，車葉輪前口環(huán)、車前蓋板外表面和車軸空前斷面以及葉輪外徑。仔細(xì)的找正“以前后蓋板內(nèi)側(cè)流道面當(dāng)作軸向找正基準(zhǔn)且以葉輪的進(jìn)口直徑作為徑向?qū)ふ艺鶞?zhǔn)”，使葉輪前蓋板和后蓋板的內(nèi)表面流道和中間葉片能夠圍繞理論軸心線進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，保證前蓋板有均勻的厚度來做過渡處理。

工序2：主要是對(duì)前口環(huán)外圓和口環(huán)端面的加工處理，需要利用三爪卡盤這一工具，發(fā)揮其夾緊作用，找正水泵葉輪中的前口環(huán)找正部件。車后蓋板外表面、葉輪后口徑和端面、平衡孔凹槽、軸孔后端面以及軸孔和葉輪外徑等。對(duì)葉輪軸孔、口環(huán)和外徑的同心度的工藝處理來說，不能隨意的進(jìn)行加工工藝處理，除了遵循一定的加工工藝原則之外，還要盡可能使其符合圖樣產(chǎn)品生產(chǎn)中的相關(guān)要求。同時(shí)，保證后蓋板有均勻的厚度來做過渡處理。

工序3：把握軸孔這個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，在進(jìn)行水泵葉輪的緊固處理的時(shí)候，要利用芯軸進(jìn)行精車葉輪前口環(huán)的加工處理。保證對(duì)葉輪前口環(huán)和內(nèi)孔同心度的工藝處理，使其能夠符合相關(guān)的要求和標(biāo)準(zhǔn)。

工序4：利用葉輪打造平衡孔。這個(gè)步驟可以使用鉆模進(jìn)行操作，將平衡孔的位置打造處于一個(gè)兩個(gè)葉片的中間位置，并且呈現(xiàn)均勻分布的狀態(tài)。

工序5：水泵葉輪的靜平衡試驗(yàn)。其中關(guān)鍵內(nèi)容就是保持離心泵的葉輪處于平衡的狀態(tài)，這是因?yàn)樗玫钠胶庵苯雍退玫男阅芙⑵鹈芮械穆?lián)系，能夠?qū)λ玫恼駝?dòng)情況、噪音的制造、水泵自身的穩(wěn)定性和可靠性都產(chǎn)生影響。葉輪靜平衡的試驗(yàn)需要在葉輪靜平衡試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行操作，具體的操作流程如下：

首先，需要在葉輪中裝入芯軸，并且將其放置在靜平衡實(shí)驗(yàn)臺(tái)的水平軌道上，如圖2所示。

其次，因?yàn)槿~輪本身的不均勻質(zhì)量，導(dǎo)致芯軸在水平軌道上運(yùn)行時(shí)，其自身的轉(zhuǎn)動(dòng)方向會(huì)更加偏向于比較重的地方。在較重的地方施加帶有重力的鐵塊，這樣一來，就能夠保證葉輪無論處于什么位置，都能夠停止運(yùn)動(dòng)，這時(shí)就達(dá)到了靜平衡。

再次，要將鐵塊的質(zhì)量稱量出來，這樣就能夠得出葉輪的靜不平衡量。

最后，當(dāng)葉輪出現(xiàn)了向一側(cè)偏移的情況，就要對(duì)比較重的這一側(cè)進(jìn)行減重處理。在減重時(shí)，可以利用銑床來對(duì)其進(jìn)行銑削處理。在進(jìn)行銑削的時(shí)候，還有注意掌握一定的要求和標(biāo)準(zhǔn)，銑削的深度不能夠超過葉輪蓋板的厚度的三分之一。對(duì)葉輪進(jìn)行銑削加工處理之后，將芯軸重新安裝上，再次進(jìn)行靜平衡試驗(yàn)。如果仍舊沒有達(dá)到理想的狀態(tài)，還要對(duì)葉輪進(jìn)行重復(fù)性的加工處理，直至符合相關(guān)的要求和標(biāo)準(zhǔn)。

工序6：在對(duì)后口環(huán)和口環(huán)端面進(jìn)行加工工藝的處理時(shí)，需要找準(zhǔn)兩者的具體定位，利用三抓卡盤來對(duì)葉輪后扣環(huán)進(jìn)行夾持，將軸孔插鍵槽的位置找正，并且使鍵槽的位置保持在一個(gè)對(duì)稱的狀態(tài)，呈一定的對(duì)稱度。

方案1的整個(gè)加工工藝在葉輪的尺寸和形位公差與葉輪圖樣上的要求上沒有出現(xiàn)誤差和不相符的情況，因此這個(gè)方案符合葉輪圖樣的生產(chǎn)要求。方案1的柴油機(jī)水泵葉輪的靜平衡實(shí)驗(yàn)中的銑削的重量比較少，這些都充分說明了方案1的可行性和加工工藝制定的科學(xué)性和可靠性。

在方案1中，工序1的內(nèi)容提到仔細(xì)的找正“以前后蓋板內(nèi)側(cè)流道面當(dāng)作軸向找正基準(zhǔn)且以葉輪的進(jìn)口直徑作為徑向?qū)ふ艺鶞?zhǔn)”，做好了這一個(gè)關(guān)鍵性的內(nèi)容，能夠使葉輪前蓋板和后蓋板的內(nèi)表面流道和中間葉片能夠圍繞理論軸心線進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，對(duì)葉輪的靜平衡實(shí)驗(yàn)來說，實(shí)驗(yàn)本身比較簡(jiǎn)單，并且去重比較少。這個(gè)過程本身也不具有很高的難度，能夠在很大程度上保證水泵葉輪有良好的水力性能，使水泵的振動(dòng)和帶來的噪音能夠大大的降低，從而提升水泵的穩(wěn)定性與可靠性。但是找正這個(gè)環(huán)節(jié)本身就具有一定的難度，要想做好這個(gè)環(huán)節(jié)，不僅需要操作者具備良好的操作技術(shù)，還要保證操作者的具有良好的工作態(tài)度和工作的責(zé)任感和使命感，這樣才能夠保證方案1的柴油機(jī)水泵葉輪能夠得到良好的加工生產(chǎn)?；诜桨?存在的這種問題，為了保證克服這一困難，因此制定了另外一套找正的水泵葉輪加工工藝，即方案2。

工序1：將定位基準(zhǔn)確定為葉輪前蓋板和后蓋板的內(nèi)側(cè)表面，利用特制三爪卡盤進(jìn)行夾持。

工序2：對(duì)葉輪的前水口內(nèi)圓和葉輪進(jìn)水口環(huán)端面進(jìn)行加工工藝處理時(shí)，要將兩者的定位找準(zhǔn)，使用三爪卡盤支撐葉輪的進(jìn)口內(nèi)圓。同時(shí)，還涉及對(duì)車后蓋板外表面、葉輪后口環(huán)和端面以及軸孔和葉輪外徑等的加工處理。對(duì)葉輪后口環(huán)、外徑和軸口的同心度的工藝處理，要符合相關(guān)的要求，保證后蓋板有均勻的厚度來做過渡

處理。

工序3：對(duì)葉輪的外圓和葉輪后蓋板端面進(jìn)行加工處理時(shí)，要找準(zhǔn)兩者的基準(zhǔn)定位位置，對(duì)葉輪的外圓進(jìn)行夾持處理。車前蓋板外表面和車軸孔前端面。使葉輪的前蓋板厚度保持在均勻的狀態(tài)下。

工序4：對(duì)葉輪的軸孔進(jìn)行加工工藝處理時(shí)，要做好緊固處理，借助芯軸的作用精車葉輪前口環(huán)。

工序5：利用葉輪打造平衡孔。這個(gè)步驟可以使用鉆模進(jìn)行操作，將平衡孔的位置打造處于一個(gè)兩個(gè)葉片的中間位置，并且呈現(xiàn)均勻分布的狀態(tài)。

工序6：對(duì)水泵葉輪進(jìn)行靜平衡試驗(yàn)的操作。對(duì)水泵的葉輪實(shí)施相應(yīng)的減重處理，之后在進(jìn)行靜平衡實(shí)驗(yàn)，直到靜平衡實(shí)驗(yàn)獲得的結(jié)果能夠滿足產(chǎn)品制作的相關(guān)要求和標(biāo)準(zhǔn)。

工序7：將定位確定在葉輪后口環(huán)和口環(huán)端面上，利用三爪卡盤來對(duì)葉輪后扣環(huán)進(jìn)行夾持，將軸孔插鍵槽的位置找正，并且使鍵槽的位置保持在一個(gè)對(duì)稱的狀態(tài)，呈一定的對(duì)稱度。

柴油機(jī)的水泵葉輪加工工藝方案2和方案1相比，方案2的前兩道加工工藝和方案1相比的優(yōu)勢(shì)更加明顯，能夠最大限度內(nèi)滿足葉輪的加工質(zhì)量和水平。方案1和方案2相比，方案2還有一個(gè)差異是在特制三爪卡盤上。對(duì)于方案1來說，與方案1的加工工藝比較類似的方案產(chǎn)品生產(chǎn)，只要處理好其中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，做好了這一環(huán)節(jié)也就意味著滿足了保證輪前蓋板和后蓋板的內(nèi)表面流道和中間葉片能夠圍繞理論軸心線進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。

對(duì)柴油機(jī)水泵葉輪的機(jī)械加工工藝方案制定，葉輪產(chǎn)品批量的大小是首要考慮的因素。一般來說，試制品或者批量比較小的葉輪，需要盡可能選取一些通用型的設(shè)備或者夾具來進(jìn)行加工處理。對(duì)于一些比較大批量的葉輪生產(chǎn)來說，要盡可能的選用專用型的夾具，并且這些夾具還應(yīng)當(dāng)是特制的，這樣才能夠提升葉輪的實(shí)際生產(chǎn)產(chǎn)量和保持產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。除了對(duì)葉輪產(chǎn)品批量的考慮之外，還應(yīng)當(dāng)考慮葉輪的外形和葉輪的尺寸大小，結(jié)合葉輪生產(chǎn)的具體情況，使各工序的定位基準(zhǔn)確定下來，及時(shí)的調(diào)整和選擇夾持的位置，從而保證葉輪機(jī)械加工工藝制定的合理性。

3? 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于柴油機(jī)水泵葉輪來說，水泵的性能直接受到葉輪的影響。一般情況下，水泵葉輪的加工工藝需要保證葉輪前蓋板和后蓋板的內(nèi)表面流道和中間葉片能夠圍繞理論軸心線進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。柴油機(jī)水泵葉輪的水力性能和水力設(shè)計(jì)要處于相符合的狀態(tài)，柴油機(jī)水泵葉輪的運(yùn)行要具有穩(wěn)定性和可靠性，并且還要保證水泵本身有較小的振動(dòng)和噪音。

對(duì)于水泵來說，本身具有相當(dāng)多的型號(hào)和種類，再加上水泵產(chǎn)品的大小批量不同、形狀尺寸和外貌特點(diǎn)不同以及葉輪后口環(huán)和平衡孔的有無和安裝位置都有差異，所以水泵的制造廠家對(duì)于水泵的加工工藝也并非相同。但是對(duì)葉輪的生產(chǎn)來說，不變的原則就是保證輪前蓋板和后蓋板的內(nèi)表面流道和中間葉片能夠圍繞理論軸心線進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。

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