1、 内燃机 1999 年第 2 期径流式涡轮增压器关键件加工工艺及设备机械工业部第三设计研究院 王 仲摘 要对径流式增压器“三壳两轮”等关键件现代机械加工工艺及制造、检测设备进行论述 , 供制造厂及设计院工艺人员商讨。关键词 : 径流式涡轮增压器 关键件 加工工艺 设备1 概述内燃机采用涡轮增压是提高其动力性和经济性 , 降低环境污染 , 补偿高海拔地区发动机功率下降的有效措施 , 因此 , 涡轮增压技术在内燃机行业得到广泛使用。目前国外大功率柴油机 100% 增压 , 中小功率柴油机在发达工业国家 80% 采用增压技术 , 汽油机增压在这些国家达 15% 以上。世界增压器年产量已超过 400
2、万台。我国现有增压器生产厂约 20 家 , 其中美国 Garrett 公司在上海投资的一家独资厂工艺水平较为先进 , 另有两家合资企业在“八五”期间引进国外先进技术及设备 , 产品及工艺水平也得到一定提高 , 其余各厂与国际先进生产水平仍有较大差距 , 产量及质量都难以满足发展中的内燃机行业配套要求 , 这主要体现在产品开发、制造工艺、设备及试验、检测手段等方面。涡轮增压器按进气方式分为径流式及轴流式。径流式增压器的主要零件为“三壳两轮” , 即涡轮壳、中间体 (壳 )、压气机壳、压气机叶轮及涡轮轴部件 , 这五个零件均以回转面为主 , 具有肩胛多、内外形面 (腔 ) 复杂、定位及夹紧面不规则
3、的特点 , 而且形位精度要求也很高。目前国内大部分生产厂家的设备及根据这些设备制定的加工工艺很难在批量生产时确保这些零件的加工精度。以下简要介绍径流式增压器五个关键件的加工工艺及设备。2 径流式增压器五个关键件的加工工艺及设备根据这几个零件的特点 , 在制定大批量生产的加工工艺时 , 应尽量采取工序集中的原则 , 以减少装夹次数 , 主要工序选择高精度数控设备 , 从而减少人为误差 , 同时应加强在线检测手段及最终检测手段 , 并重视辅助工序 , 如去毛刺、清洗等 , 保证产品的清洁度及装配精度。此外 , 设备选型时应考虑一定的柔性 , 以满足增压器生产厂多品种生产的要求。2. 1 中间体该零
4、件是增压器的支承转子部件 , 是联接压气机壳和涡轮壳的关键零件 , 主要加工部位精度见表 1。表 1 中间体主要加工部位精度主要项目 一般精度要求轴承孔圆 度直线度二段轴承孔平行度表面粗糙度0. 001 0. 0030. 0015 0. 00250. 002 0. 0025R a0. 4压机气端端面对轴承孔垂直度外圆对轴承孔的跳动0. 025 0. 050. 025 0. 05涡端轮 端面对轴承孔垂直度外圆对轴承孔的跳动0. 04 0. 050. 025 0. 05密环封孔圆 度对轴承孔的跳动0. 0050. 04 0. 052. 1. 1 端面加工及内孔精加工、安装面及周61加工技术 199
5、5-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.内燃机 1999 年第 2 期边孔的加工当产量在 5 万台以内时 , 建议采用单主轴 CN C 车床分两端进行加工 ; 当产量在 5 万台以上时 , 建议采用双主轴车床车端面、外圆、镗内孔并加工周边各孔。中间体加工精度很高 , 能否保证这些精度要求 , 在产品使用性能上有非常直接的表现 , 如密封环孔圆度要求 0. 005, 对轴承孔的跳动为 0. 04, 目前国产 CN C 车床很难在批量生产时保证这一精度 , 这将导致使用过程中直观的漏油现象 , 轴承底底
6、孔的加工精度也直接影响增压器这一高转速产品的使用性能 , 因此 , 承担这部分加工的 CN C 车床建议从德国或美国引进。如果选用单主轴 CN C 车床分别加工两端 , 各安装面及周边孔的加工建议采用美国HA SS 或 FADAL 公司经济型加工中心来完成 , 从而使生产线具备一定柔性。该设备主机价约 9 万美元 , 具有优良的性价比。如产量较大时 , 建议选德国 TRAUB 公司或 G ILD EM E IST ER 公司的双主轴车床 ,该车床有两个主轴 , 双刀盘可同时进行切削加工 , 工件由第一主轴进入第二主轴自动进行 , 动力刀架配置 C 轴可进行钻削及铣削加工 , 可以完成安装面及周
7、边孔的加工。该种设备加工后的工件尺寸公差和形位公差的分散度很小 , 质量稳定可靠。2. 1. 2 轴承孔的精加工轴承孔的精加工目前大多采用珩磨工艺 , 以德国 GEHR IN G 或 NA GEL 公司及英国 Jb. 应具有大流量切削液强力冷却和清洗 , 切削液的过滤精度应小于 15Lm , 并带有冷却液温控装置 ;c. 计算机内存大 , 能适应多品种的加工 ,并具有故障诊断显示等功能 ;d. 具有多功能的砂轮修正系统 ;e. 最好是采用永不磨损主轴系统。目前质量较好、价格较高的涡轮轴专用宽砂轮切入式磨床为德国 SCHAUD T 公司生产的 PF4S75 型 , 德国 K. K. K 公司全部
8、采用该型号 CN C 机床磨削涡轮转子部件。国内已引进的英国 J&S 公司 10 Ea 型 CN C 磨床使用情况也较好 , 该机床宽砂轮切入一次完成粗、精磨 , 尺寸分散度 0. 002, 圆度小于0. 00038, 粗糙度小于 0. 00017, 各轴平行度小于 0. 0015, 生产率 55s 件。除 上 述 两 种 磨 床 外 , 德 国 BA H 2M ULL ER 公司 A SP650CN C - K 型磨床也能满足零件的加工要求 , 但主轴不是永不磨损型 , 该机床价格也较前两种机型略为便宜。2. 2. 3 密封环槽的磨削该工序主要是砂轮的宽度及寿命问题 ,目前国内砂轮最小厚度可
9、达 1mm , 可以满足要求 , 考虑到其使用寿命 , 建议采用金刚石或CBN 砂轮替代常用的刚玉砂轮。2. 2. 4 辅助工序a. 采用超声波清洗机对零件进行清洗 ,以保证其清洁度。b. 涡轮与轴部件不平衡量小于或等于0. 69g mm 时 , 采用西德申克公司 202UBR S型动平衡机平衡去重 , 节拍为 3. 5m in 件。2. 3 压气机叶轮压气机叶轮叶背形面复杂、子午面加工刚性较差 , 内孔为 IT 6 级 , R a0. 5Lm , 端面对轴线的垂直度为 0. 01。该零件加工工序集中 , 需车外圆、端面、子午面 , 钻、镗、铰、滚光内孔 , 加工余量较小 ,要求刀架的重复性高
10、 , 建议采用高精度 CN C车床或车削中心来完成加工。国产设备以济南第一 机 床 厂 M J 50 - CN C 型 车 床 或J 1H 6150CN C 车削中心为好 , 如资金许可 , 也可考虑进口设备。压气机叶轮动不平衡量小于或等于0. 125g. mm 时 , 可 采 用 德 国 申 克 公 司123UBR S 动平衡机 , 生产率为 1. 5m in 件。采用超声波清洗机清洗零件 , 保证零件的清洁度。2. 4 压气机壳及涡轮壳两种零件虽然材质不同 , 但结构相似 , 均为回转体 , 肩胛多、内弧面形状复杂 , 因此二种零件均采用工序集中的工艺方案 , 以缩短工艺流程、减少多次装夹
11、和重复定位误差。主要加工工序 : CN C 车床一次装夹完成端面、内外圆及圆孤面的加工 , 法兰面及周边孔采用经济型加工中心完成 , 以实现生产线的柔性。2. 5 检测为严格控制产品质量 , 提高工效 , 将人为因素造成的废品率控制在最低限度 , 必须提高计量器具的自动化、智能化程度 , 关键工序如 CN C 磨床、珩磨机等设备均配置自动测量、自动补偿装置 , 主要工序相应配置数控、数显量仪。此外 , 在加工车间应设置检测站 ,配置小型三座标测量机、圆度仪、便携式粗糙度测量仪等 , 从而实现加工零件的在线检测及最终检测 , 对生产过程进行适时控制 , 确保零件的加工精度。81加工技术 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
