渦輪增壓器殼體銷孔工藝研究
2020-5-21 來(lái)源：天津科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 作者：趙小燕
摘要: 渦輪增壓器耐熱鋼殼體是汽車渦輪增壓器的關(guān)鍵零部件之一。本文針對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的耐熱鋼渦輪殼在加工過(guò)程中由于工序分散及形位公差難以保證等問(wèn)題，通過(guò)修改加工工藝流程，解決由于中間殼側(cè)銷孔漏加工導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量不合格、客戶抱怨等一系列問(wèn)題; 用帶動(dòng)力刀座的數(shù)控車床替代銷孔專用機(jī)從而消除由于現(xiàn)場(chǎng)管理松散、員工意識(shí)淡薄等因素引起的銷孔漏加工問(wèn)題。并通過(guò)專用檢具檢測(cè)銷孔的尺寸公差及形位公差。合理的工藝方案是保證產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)品合格率的最佳途徑。
關(guān)鍵詞: 渦輪增壓器; 耐熱鋼渦輪殼; 銷孔加工; 工藝方案
渦輪增壓器位于發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)排氣系統(tǒng)，通過(guò)壓縮空氣來(lái)增加進(jìn)氣量。利用發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣慣性力來(lái)推動(dòng)渦輪室內(nèi)的渦輪，帶動(dòng)同軸的葉輪，葉輪壓送空氣，使之增壓進(jìn)入氣缸。空氣的壓力和密度增大進(jìn)而可以燃燒更多的燃料，相應(yīng)地增加燃料量和調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，即可增加發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率［1］。
1 、存在的問(wèn)題與原因分析
渦輪增壓器殼體( 簡(jiǎn)稱渦輪殼) 是汽車渦輪增壓器的關(guān)鍵部件之一。
渦輪殼是連接排氣管和中間殼的過(guò)渡元件也是合金葉輪的保護(hù)罩。渦輪殼形狀復(fù)雜，要求材料具有良好的鑄造 性 能，同時(shí)，因其與發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管相連接，直接接受從發(fā)動(dòng)機(jī)排出的高溫廢氣［2］，所以也需要渦輪殼具有良好的高溫穩(wěn)定性、抗氧化性及高溫力學(xué)性能，由于渦輪殼內(nèi)部的合金葉輪轉(zhuǎn)速超過(guò) 1萬(wàn)轉(zhuǎn) /分鐘，其還需要有著極高的尺寸精度和表面質(zhì)量要求，用于制造渦輪殼的材料必須具有良好的工藝性能。其中渦輪殼銷孔尺寸公差和位置度要求也較高( 圖①) ，加工時(shí)由于工藝能力不穩(wěn)定，不合格品率高，質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)高。
圖① 渦輪殼結(jié)構(gòu)及銷孔主要要求
如上圖 ① 所示渦輪殼銷孔的加工要求: 尺寸公差為( Φ2.40 ± 0.05) mm; 位置度為 Φ0．25mm: 相對(duì)于基準(zhǔn) A 面、Φ49．60 基準(zhǔn) C 孔及基準(zhǔn) D 面。依據(jù)《機(jī)械加工工藝》中基準(zhǔn)重合的原則( 設(shè)計(jì)基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)重合，定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合) 這一理論基礎(chǔ)，根據(jù)該渦輪殼圖紙中銷孔尺寸公差及形位公差要求，按照現(xiàn)有的機(jī)械加工設(shè)備條件及以往類似產(chǎn)品的加工經(jīng)驗(yàn)，編制出量產(chǎn)用的加工工藝，如下表①所示：
表① 渦輪殼加工工藝
按照以上加工工藝流程，最后一道工序即 OP6 用專用鉆床加工 Φ2． 40mm 銷孔，定位基準(zhǔn)選取 A 面、C 孔及 D 面，完全符合基準(zhǔn)重合原則，在實(shí)際測(cè)量中的定位基準(zhǔn)也選取 A 面、C 孔及 D 面得出的銷孔尺寸公差及形狀公差均 100% 合格。但由于現(xiàn)場(chǎng)管理不規(guī)范、銷孔尺寸太小不易觀察等因素致使銷孔漏加工問(wèn)題頻出，即使在最后的全尺寸檢查中也未察覺，不合格產(chǎn)品出貨的現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生，造成客戶抱怨，給公司帶來(lái)不可挽回的經(jīng)濟(jì)損失及聲譽(yù)影響。
2 、解決方案
2． 1 調(diào)整加工工藝
鑒于銷孔加工生產(chǎn)現(xiàn)狀，對(duì)渦輪殼整體的加工工藝做出相應(yīng)調(diào)整: 用帶動(dòng)力刀座的數(shù)控車床替代銷孔專用機(jī)，從而消除人為因素導(dǎo)致的銷孔漏加工問(wèn)題。加工工藝參照表②:
表② 調(diào)整后的渦輪殼加工工藝
2． 2 調(diào)整切削用量
切削用量是指切削速度 ( Vc) 、進(jìn)給量 ( f) 、背 吃 刀 量 ( ap)三者的總稱，也稱作切削三要素。切削用量選擇是否合 理，對(duì)能否發(fā)揮機(jī)床潛力與刀具切削性能，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量高效率的生產(chǎn)加工有很重要的作用［3］，因此切削用量的合理選擇是加工銷孔是否合格的關(guān)鍵。
根據(jù)刀具樣本設(shè)定初始切削三要素:
根據(jù)實(shí)際加工的產(chǎn)品質(zhì)量修正切削參數(shù):
首先渦輪殼屬于難加工材料，其次銷孔直徑僅為Φ2． 40mm，最后合金鉆頭伸出部分超過(guò) 40mm，因此該刀具在加工過(guò)程中極易震刀，主軸鉆速及進(jìn)給速度不能太快。在對(duì)實(shí)際切削參數(shù)進(jìn)行反復(fù)多次工藝試驗(yàn)后，最終確認(rèn)銷孔加工的切削用量如表③所示:
表③ 調(diào)整后的切削參數(shù)
2． 3 檢測(cè)銷孔 ，確保產(chǎn)品質(zhì)量
在批量生產(chǎn)過(guò)程中，每班次的第一件產(chǎn)品使用三坐標(biāo)檢測(cè)設(shè)備檢驗(yàn)銷孔位置度及尺寸公差，并設(shè)計(jì)專用檢具 100% 全檢銷孔確保符合設(shè)計(jì)圖紙要求。專用檢具詳見圖②:
圖②
3、 結(jié)語(yǔ)
按照以往的工藝流程，銷孔加工定位方式雖然符合圖紙要求也遵循基準(zhǔn)重合原則，但未考慮工廠實(shí)際狀況致使銷孔漏加工現(xiàn)象普遍且難以控制，通過(guò)調(diào)整加工工藝合理選用機(jī)床既滿
足了產(chǎn)品質(zhì)量要求又完全消除了工廠內(nèi)管理松散、員工意識(shí)淡薄等外界因素的影響。通過(guò)一批零件的加工驗(yàn)證，新加工工藝完全符合渦輪殼批量生產(chǎn)要求。
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