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正文內(nèi)容

機(jī)械工程及自動(dòng)化本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(編輯修改稿)

2025-01-06 20:18 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 的加工方案。 3. 壓氣機(jī)葉輪毛坯的確定 葉輪材料的選擇 20 世紀(jì) 40 年代末, 7 系 鋁合金 ( AlZnMgCu)材料就已應(yīng)用于飛機(jī)制造業(yè),以其超高強(qiáng)度變形、輕等特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于飛機(jī)、汽車、船舶等現(xiàn)代工業(yè)。鋅是 7 系 鋁合金 中的主要合金元素,加上鎂元素可使材料能受熱處理,達(dá)到非常高強(qiáng)度特性。 7075 是鋁合金中最優(yōu)良的產(chǎn)品的產(chǎn)品之一, 其特點(diǎn)有: 可熱處理的高強(qiáng)度鋁合金材料; 具有良好的機(jī)械性能,易于加工; 質(zhì)量輕,價(jià)格適中; 耐磨性好,抗腐蝕能力強(qiáng); 非常適用于高壓結(jié)構(gòu)零件的高強(qiáng)度材料。代表用途有航空航天、模具加工、機(jī)械設(shè)備、工裝夾具,特別用于制造飛機(jī)結(jié)構(gòu)及其他要求強(qiáng)度高、抗腐蝕性能強(qiáng)的高應(yīng)力結(jié)構(gòu)體。綜合分析葉輪的使用性能及材料特性,本文選用 7075 鋁合金作為葉輪材料。 7075 鋁合金機(jī)械性能分析 8 機(jī)械性能分析( Typical Mechanical Properties) 鋁合金牌號(hào) 及狀態(tài) 拉伸強(qiáng)度 屈服強(qiáng)度 硬度 延伸率 (250℃ MPa) (250℃ MPa) 500kg 力10mm 球 (1/16in)厚度 ALLOYAND TEMPER Ultimate Tensile Strength Yield Tensile Strength Hardness Elongation 7075T651 572 503 160 11 葉輪毛坯的選擇 毛坯的選擇要從機(jī)械加工和毛坯制造兩方面綜合考慮,以求得最佳效果。確定毛坯包括選擇毛坯種類、尺寸及制造方法等內(nèi)容。常用毛坯的種類有鑄件、鍛件、壓制件、沖壓件、焊接件、型材和板材等。選擇毛坯種類的方法有:( 1)根據(jù)圖紙要求的材料及機(jī)械性能選擇毛坯;( 2)根據(jù)零件的功能選擇毛坯;( 3)根據(jù)生產(chǎn)類型選擇毛坯;( 4)根據(jù)具體生產(chǎn)條件選擇毛坯。選擇毛坯形狀和尺寸總的要求是毛坯形狀要力求接近成品形狀,以減少機(jī)械加工的勞動(dòng)量,如前所述,毛坯的形狀、尺寸越接近葉輪的設(shè)計(jì)造型,所消耗的材料和 加工工時(shí)越少,但過度追求形狀逼近會(huì)增加了制造毛坯的費(fèi)用。因此將葉輪物 理 性 能 分 析 ( Typical Physical Properties) 鋁合金牌號(hào) 及狀態(tài) 熱膨脹系數(shù) ( 20100℃)um/ 熔點(diǎn)范圍(℃) 電導(dǎo)率 20℃( 68 176。 F )( %ACS) 電阻率20℃( 68176。F) m ㎡ /m ALLOY AND TEMPER Average Coefficient Of Thermal Expansion Melting Range Electrical Conductivity Electrical Resistivity 7075T651 475635 33 9 的材料定位 7075 鋁合金鑄件 棒料。根據(jù)葉輪的幾何模型和加工過程中裝夾的需要,在普通車床上對(duì)棒料進(jìn)行預(yù)加工,預(yù)加工后部分尺寸到位,毛培如圖 4 所示。 圖 4 4. 壓氣機(jī)葉輪加工工藝路線設(shè)計(jì) 加工方法的選擇 加工壓氣機(jī)葉輪的關(guān)鍵和難點(diǎn)是葉片、流道及根部圓角的精加工。 精加工工序是壓氣機(jī)葉輪加工過程中最重要的環(huán)節(jié),此工藝的合理與否,直接影響到整個(gè)零件的加工效率和成本,以及渦輪增壓器最終的產(chǎn)品性能。壓氣機(jī)葉輪加工,最常采 用的就是高速銑削,高速銑削機(jī)床的特點(diǎn),采用主軸運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)載荷的平穩(wěn),減小工作臺(tái)由于運(yùn)動(dòng)的慣性,提高加工精度和效率。采用 UG 中的可變輪廓銑可以完成葉輪的曲面加工,但可變輪廓銑對(duì)于壓氣機(jī)葉輪的加工存在著許多的不足,如參數(shù)的設(shè)置過于復(fù)雜、驅(qū)動(dòng)方式的多樣化不利于選擇、對(duì)刀軸的控制不是很穩(wěn)定等。 UG 中針對(duì)葉輪的加工,專門開發(fā)了葉輪加工模塊( MILL_MULTI_BLADE),使用起來非常方便。 加工階段的劃分 葉輪需要加工的部分主要為頂部開闊區(qū)域、流道、葉片、根部圓角四 個(gè)部分。頂部開闊區(qū)域和葉片之間有大量的材料需要去除,但由于各個(gè)面的質(zhì)量要求有所不同,因此在安排工序時(shí),為了保證加工質(zhì)量、生產(chǎn)效率、經(jīng)濟(jì)性和和加工可行性,要按照工序集成、基準(zhǔn)先行、先粗后精、先主后次和分面加工的工藝標(biāo)準(zhǔn)來執(zhí)行。 根據(jù)工藝原則的要求,將葉輪的加工劃分為三個(gè)階段:粗加工、半精加工和精加工。粗加工的目的是快速的切除葉輪各個(gè)表面大量的多余材料,分為頂部區(qū)域粗加工、流道開槽粗加工、葉片粗加工、根部圓角粗加工,加工出葉輪基本形狀。半精加工主要為了平滑 10 粗加工留下的粗糙表面,去除拐角處多余的材料,生成加工余量 比較均勻的表面,為精加工作好準(zhǔn)備,主要有葉片半精加工、流道半精加工。精加工階段包括葉片、流道、根部圓角的精加工,它主要保證葉輪尺寸精度、形狀精度、位置精度和表面粗糙度,是決定葉輪加工質(zhì)量的關(guān)鍵階段。 考慮到工序集成、基準(zhǔn)先行等原則, 本文 采用立式五軸數(shù)控高速銑削加工,因此可以將零件的粗、精加工放在同一臺(tái)機(jī)床上完成,提高加工效率,縮短加工時(shí)間,減少裝夾次數(shù),有利于減少裝夾誤差,提高表面精度,保證葉輪的加工質(zhì)量。 5. 壓氣機(jī)葉輪的工藝設(shè)計(jì) 機(jī)床選擇 現(xiàn)如今,能夠完成整體葉輪加 工的機(jī)床很多,如九軸車銑加工中心、五軸加工中心。本文 采用米克朗公司的 HSM 400U 立式五軸聯(lián)動(dòng)高速銑削加工中心,數(shù)控機(jī)床主要參數(shù) X軸行程 300mm , Y 軸行程 180mm, Z 軸行程 300mm, C 軸旋轉(zhuǎn)范圍 0176。 — 360176。, B 軸擺動(dòng)范圍 110176。 — 110176。, C 軸回轉(zhuǎn)直徑 180mm,主軸功率 15kw,主軸最高轉(zhuǎn)速 42021rpm,定位精度 ,重復(fù)定位精度 , 刀庫容量 30 刀位,最大承重 100kg,數(shù)控系統(tǒng)為海德漢,如圖 5 所示。 圖 5 HSM 400U 定位基準(zhǔn)、夾緊方案 高速銑削對(duì)工裝要求,使用安全可靠、體積小、質(zhì)量輕、裝卸工件要簡(jiǎn)潔方便,以減小加工時(shí)的慣性力矩對(duì)工件加工精度的影響。本文采用通用夾具:三爪卡盤。對(duì)毛培預(yù)處理后,葉輪平面基準(zhǔn)已經(jīng)到位,在葉輪下表面墊一塊表面光潔的墊塊,用探頭找平,并將此平面設(shè)置為 Z0。將葉輪平放在墊塊上, 然后用三爪 卡盤將葉輪緊夾牢,保證曲面部分全部露于三爪以上,使其在正確位置上保持不變,為了保證加工精度,葉輪的軸線必須與工 11 作臺(tái)的回轉(zhuǎn)中心保持一致,即 C 軸找正考毛培外圓圈正,并設(shè)為 Z0。最后Φ 的中心孔為基準(zhǔn),設(shè)置加工坐標(biāo)系的 X0、 Y0,最后完成加工加工坐標(biāo)系的創(chuàng)建。用 M5 的螺釘從葉輪中心孔穿過,旋入墊塊中,然后將螺釘拉緊,入裝配示意圖所示。 裝配示意圖 刀具選擇 刀具材料對(duì)刀具的使用壽命、加工效率、加工質(zhì)量和加工成本都有很大影響,特別是對(duì)于曲面加工顯得尤為重要。 為提高流道開粗和流道半精 加工的效率,可以選用大直徑球頭銑刀,但也要注意兩葉片間的最小距離,防止刀具干涉其他葉片;在對(duì)流道和相鄰葉片的交接部分進(jìn)行清根時(shí),選擇的刀具半徑小于流道和葉片相接部分的最小倒圓半徑。米克朗 HSM 400U 采用的是 HSK 高速刀柄,由于加工時(shí)葉片的紋理要求所使用的刀具切削刃長(zhǎng)度應(yīng)大于 70mm,刀具總長(zhǎng)度應(yīng)大于 120mm。 在數(shù)控機(jī)床中,從經(jīng)濟(jì)性、適應(yīng)性、多樣 12 性、工藝性及現(xiàn)有的生產(chǎn)條件等各方面考慮,本文采用整體硬質(zhì)合金涂層刀具進(jìn)行加工。硬質(zhì)合金刀具綜合效果都優(yōu)于陶瓷、立方氮化硼、聚晶金剛石等。由于鎢系 硬質(zhì)合金 刀具的強(qiáng)度、韌性和 導(dǎo)熱性 較好,所以適于加工產(chǎn)生斷續(xù)切削的脆性材料脆性材料,如 鑄鐵 、有色金屬 及合金、 膠木 及其他 非金屬材料 。所以葉輪粗加工時(shí)可選用碳化鈦含量低的鎢系硬質(zhì)合金;精加工時(shí)選用碳化鈦含量高的鎢系硬質(zhì)合金。粗、半精、精加工時(shí)為復(fù)雜的不規(guī)則曲面,選用球頭 銑刀事半功倍, 其刀具頭部加圓弧有利于加工成型葉根過渡面及流道面。球頭銑刀選用錐形球頭銑刀,它有利于提高刀具的剛性,彎曲厲害的葉片可以采用鼓形刀加工。 進(jìn)給路線和工步順序的確定 加工前的準(zhǔn)備 一、 初始化環(huán)境創(chuàng)建 打開葉輪模型,單擊“開始”按鈕,在下拉菜單中選著【加工】命令,彈出“加工環(huán)境”對(duì)話框,然后在“ CAM 會(huì)話配置”中選擇“ cam_general”,在“要?jiǎng)?chuàng)建的 CAM 設(shè)置”中選擇“ mill_multi_blade”,單擊“確定”,完成初始化環(huán)境創(chuàng)建。 二、創(chuàng)建加工父及組 ( 1) 創(chuàng)建加工幾何組 創(chuàng)建加工坐標(biāo)系,加工坐標(biāo)系按照定位基準(zhǔn)、夾緊方案的敘述執(zhí)行。加工坐標(biāo)系、設(shè)計(jì)坐標(biāo)系、檢驗(yàn)坐標(biāo)系一致,如圖 6 所示。創(chuàng)建安全平面,以葉輪頂面為基準(zhǔn)偏置 50mm設(shè)為安全平面。創(chuàng)建部件幾何體( WORKPIECE),選著葉輪為部件幾何體;創(chuàng)建毛培幾何體,毛培幾何體選擇車床預(yù)處理過的毛培,如圖 6 所示。 在 WORKPIECE 組下創(chuàng)建葉輪幾何體( MULTI_BLADE_GEOM),選擇葉轂、包裹、葉片、葉根圓角和分流葉片,如圖 7 所示。 ( 2) 按工序表的要求創(chuàng)建刀具組,特別注意區(qū)分粗加工刀具 和精加工刀具的管理。 ( 3) 設(shè)置加工方法組設(shè)置粗加工( MILL_ROUGH)、半精加工( MILL_SEMI_FINISH)、精加工
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