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氮压机导流盘改造性修复加工专用夹具应用易小虎攀钢集团工程公司维检公司 摘 要：本文介绍了利用车床的加工特点，设计了一套特殊的专用加工夹具，经过复杂的加工工艺，改造性修复了一台美国生产的中压氮气透平压缩机导流盘的过程，在氮压机导流盘没有备件的情况下，通过对导流盘的修复，达到了使用要求，从而保证了攀钢生产所需氮气的供应。关键词：氮压机导流盘 专用加工夹具 压整加工 平行度 加工精度 1、引 言：氧气厂是新钢钒下属的工厂，主要负责攀钢的气体生产，以供攀钢炼铁、炼钢、热轧、冷轧的需要；主要产品有氧气、氮气、氩气等生产供气。该厂一台美国生产的中压氮气透平压缩机，在生产过程中发生了异常，2006年11月设备因故障被迫停机，解体检查发现，4级导流盘定位销被剪断，导流盘内孔径向受工作轮磨损约130角。在没有备件的情况下，要对变形的导流盘进行修复，恢复正常生产。针对这一难题，为了达到修复目的，保证设备正常运转和各项生产指标，我们设计了一套特殊合理的专用加工夹具。经过精心的加工，修复后的导流盘装配到设备上，在设备上试车。各项技术指标和生产指标均达到了设计要求。2、存在的问题及分析：2.1存在的问题：生产中发现异常，停机打开设备检查，发现氮压机的第4级导流盘定位销被剪断，导流盘内孔径向被工作轮磨损约130角，径向深约12mm,轴向深约3mm的月牙槽；导流盘底平面略成波浪式变形；在导流盘圆周均匀分布的导流叶片端面上，冲刷约有1 mm高低不平的伤痕，如图一所示：图12.2问题形成原因：这台离心式氮压机，是整体从美国进口的整体组装设备，由于设计和装配缺陷，装配导流盘的蜗壳上，没有控制导流盘径向自由度的止口，组装导流盘时精度不够，没有紧力，导流盘在径向上形成摆动，完全依靠钟摆式的定位销定位，如图一所示：设备在大致两年高速运行、中压氮气的冲刷和高频振动的工作情况下，造成定位销被剪切，导流盘逐渐往下移动，与高速旋转的离心式工作轮摩擦磨损，导流盘整体材料是铝镁合金，而工作轮是不锈钢，导流盘材质与工作轮材质相比软硬度差别太大，所以导流盘沿内孔圆周130径向磨损深约12 mm，纵向深约3mm的月牙槽。导流盘松动后，工作轮还是以30000r/min的高速运转，气流的线速度达到408.2 m/s，高速气流不断冲刷导流盘叶片，导流盘叶片端面，磨损的最深处约有1 mm的伤痕。导流盘与工作轮摩擦，产生高温使导流盘成波浪式变形。2.3解决方案：这台氮压机是我们厂2005年新建的，型号为：HMH81.25290，其输出量为10000立方米/小时，转速为30000r/min。设备整体从美国进口，导流盘也是设备上的关键配件。当时出问题后没有备件，美方也不能及时提供备件，必然影响攀钢的正常生产。我们厂和公司当时没有这方面的加工能力，所以没办法重新加工导流盘，因为导流盘的流道面上，如图一所示，有均匀分布的导流叶片，精度很高，表面粗糙度很低，导流叶片流线形轮廓是我们没办法加工的，即使加工了，达不到精度要求的导流叶片也会影响气流气压。我们唯一的出路就是想办法修复导流盘，保证我公司的正常生产。所以我们在修复导流盘时要考虑以下问题：2.3.1修复后的导流盘装在设备上以后，可以控制自身径向的自由度，避免导流盘在设备中位移，发生同类的事故，从而需要改进导流盘在蜗壳内的定位方式，又要考虑导流盘与其它材质膨胀系数不一致的因素。我们为了解决设备设计上的缺陷，就重新设计了定位导向环与导流盘配置。2.3.2导流盘有波浪式变形，修复后要保证导流盘总体厚度在12.32mm。2.3.3导流盘叶片端面磨损后通过加工，与导流盘底平面的平行度误差0.015mm。2.3.4被工作轮磨损的月牙槽，要车削成标准圆，形成导流台阶的圆滑过渡。如图一所示，我们可以知道，这类工件在机械加工行业里算是薄壁圆盘类工件，加上材料是铝镁合金。比重较轻，本身有一定的强度，但是强度不高，所以加工起来比较麻烦！因为在车床上没办法直接装夹。如果以这种材料，直接在车床上装夹，夹紧力大了工件容易变形，夹紧力不够工件很容易飞出，造成工件报废，对操作者也是有安全危害。导流盘本身的强度不够，如果你给它一个较小力量，它本身就会产生压缩弹性变形，外力消除后会自动复位，达不到修复的效果；如果力量大了，超出了弹性极限，就产生了塑性变形，反而容易造成导流盘报废；再加上导流盘有波浪式变形，必须把波浪式变形校平整后才能加工，用手工校正方法是难达到平整的目的，这就形成导流盘加工的难题。3、为导流盘的特殊结构设计了一套科学的专业加工夹具： 3.1加工导流盘的背面止口的夹具：图2根据工件的结构要求，我们要给导流盘加工一个定位导向环相配，如图二所示那样的尺寸，要在导流盘背面加工一个止口，其主要目的就是，要改变导流盘原来在蜗壳里的径向定位方式，定位导向环是在车床上加工，上面钻6个均布的沉孔，先将定位导向环用沉头螺钉固定在蜗壳底平面上，再将导流盘装配到定位导向环内孔里，达到控制导流盘径向定位的目的。定位导向环形状如图二所示：在导流盘背面加工一个长度3mm，直径为3440.02mm的止口时，我们要设计一组专用夹具，能够保证变形后的导流盘受外力压平后再加工的专用夹具，从而保证导流盘加工后的平行度。夹具结构如图三所示：图3我们在加工这组夹具的时候有几点要注意，一是先加工压板和螺杆；二是最后加工基准盘，基准盘用50mm厚的钢板，在车床上加工成形后，不下车床，这样才能保证基准盘的强度，及利用一刀车削成形的高精度，作为夹具的精基准；三是基准盘和压板都有平面度和表面粗糙度要达到技术要求；四是把导流盘叶片方向装进基准盘槽内，平面贴合好；五是再装上压板后，拧紧螺杆给压板加力，通过压板把变形的导流盘强行压平后再加工3440.02mm的止口。工件下车床后存在复原，但能保证导流盘在压平状态下的平行度，组装到蜗壳内时，蜗壳盖板的压紧力会把导流盘压平，从而达到使用目的，保证装配工艺和装配精度的技术要求。3.2导流盘月牙槽修复：图4导流盘的正面方向，被工作轮高速旋转而磨损的内孔径向约12mm,纵向约3mm深的月牙槽，如图一所示，我们在修复它时，就只能沿它磨损的径向、纵向方向车削成标准圆，尺寸为238.2mm的圆，深度为3mm,以及238.2mm到256mm的圆滑过渡面，如图二所示。要保证导流盘在平整状态下车削，就要求设计另一组夹具，装夹方式如图四所示：我们在加工这组夹具时有几点要注意，一是基准盘就是利用第一组夹具的基准盘改用，主要是要利用一次装夹，一刀车削的高精度特点，保证定位基准的精度；二是基准盘和压整帽有平面度和表面粗糙度要求；三是导流盘在被压整帽压平整后才能加工。3.3导流盘导流叶片端面车削：导流盘松动后，导流盘导流叶片受高速气流不断冲刷，导流叶片端面以被冲刷磨损不平，磨损的最深处约有1 mm的伤痕。我们要把叶片端面加工平整，又要设计另一组夹具，这组夹具同时也要利用图四里的基准盘，重新在外圆处加工一个内外螺纹连接的压整帽，再加工一个内圆中心带紧固螺栓孔的压板，当压整帽和压板紧固螺栓同时拧紧，来保证导流盘内外圆压平的目的。夹具的结构如图五所示：图5这套夹具在加工时也有几点要求注意，一是继续利用图四里的基准盘来加工，导流盘在修复完月牙曹后，换上另外加工的压整帽，外面压整帽要拧紧，内孔压板也要用螺丝拧紧；二是压整帽和压板的一面有平面度和粗糙度要求；三是导流盘同样是在被压平整后才能加工。3.4氮压机蜗壳底平面镶上定位导向环：上面的所有加工工序，是导流盘在专用加工夹具的帮助下完成的。我们这一步，主要就是要利用机械加工特点，加工出一套专业定位夹具，把定位导向环固定在氮压机的蜗壳底平面上，定位导向环的形状如图二所示。前面我们讲过了，定位导向环的目的就是控制导流盘的中心位置，我们的具体办法是，在不改变设备原状的情况下，把定位导向环固定在蜗壳底平面上。如图六所示:图6我们先设计一根M20长190mm的顶丝；再设计一块定位条作为顶丝的螺帽，两头450mm距离的地方钻20mm孔，中心加工M20的内螺纹作顶丝孔；还要设计一个中心定位压板，定位压板图中100mm的尺寸，是按照氮压机蜗壳气封镗孔的内径加工的，344mm的尺寸是按照定位导向环内径加工的，从装配图中我们可以看出，定位压板的主要用途是以气封镗孔内径为基准，保证定位导向环在蜗壳上的中心位置。氮压机蜗壳外端平面上有均匀分布的盖板螺丝孔，定位条通过螺丝紧固在蜗壳外端平面上，顶丝通过定位条的内螺纹把定位压板顶紧，通过定位压板把定位导向环压紧。定位导向环已经加工了均匀分布的6个沉孔，如图二的放大图所示。随后我们用手电钻在蜗壳上套钻6个M6的螺丝孔，再用6颗M6的开口沉头不锈钢螺丝，而且头部厚度小于2mm，主要目的是让螺丝头部低于定位导向环上平面。把六颗不锈钢螺丝拧紧，钢圈就固定在窝壳底平面上了，卸了定位夹具，把导流盘装配到定位导向环内，调整蜗壳端盖与导流盘的紧力间隙。此时导流盘通过专用加工夹具的改进性修复后，使导流盘的使用参数达到了各项技术要求。4、结束语：导流盘的修复是在事故发生后抢修的情况下进行的，我们是通过导流盘改进性修复方案来设计的专用加工夹具，这套专用加工夹具设计合理，技术新，加工方便快捷，完全保证了导流盘的各项技术要求和加工精度，较快较好的完成了工作任务，导流盘组装到设备上，经试车检验优于各项生产技术指标，得到了美国驻上海总部和美国到场专家的赞扬。氮压机导流盘至今1年的时间里，运行一切正常，这说明我们设计的这套专用加工夹具是合理的，方案是正确的；技术是成熟的。保证了6氧气厂中压氮气的供应，维护了公司的正常生产，同时创造了很高的经济效益！参考文献1、 肖继德主编.机床夹具设计.北京：机械工业出版社，2004.2、 张俊生主编.金属切削机床