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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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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：气流粉碎机不锈钢分级叶轮镶嵌焊接结构车加工铣加工工装组装焊接
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Φ210×185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
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，平衡精度需达到级。

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。

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。

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。

反爪底盘
圆盘螺杆
螺杆前部螺母螺杆后部
标记分度头
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。

图5
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ΦA与圆盘外缘齐平，厚度LA以16~18为宜。

Ⅱ外圆ΦB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ΦC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。

ⅣΦD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ΦE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。

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。

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再上工装，精车叶轮外圆。

④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，（34）。