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钳工技师论文论文

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国家职业资格全省统一鉴定

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

姓名：***

身份证号：**************

准考证号：******

所在省市：******

所在单位：*************

不锈钢分级叶轮的结构改进及其制造工艺

***

（****************）

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10Kg，

每只就节约材料41Kg，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。

叶片

底盘

左压圈右压圈圆盘

708

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。

7

1

4A

凸台

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。

9

B

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1mm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。

中心孔

GB145-1985

ΦAΦB

ΦDΦC

工装一盖板

压紧螺母

LA

LB

LC

LD

ΦE

LE

ⅠⅡⅢⅣ

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2mm为宜，厚度LE以16~18mm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。

90°

5~6叶片左压圈

底盘

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）