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文丨修竹诗人
编辑丨修竹诗人
1 弁言：
排气涡轮增压器与内燃机合营利用，可以增加功率输出，降落排放并改进燃料花费。
它由多个零部件/元件组成，个中之一是压气机叶轮/叶片，在受排气能源驱动的涡轮轴旋转过程中吸入并预压缩空气。
该零件在运行过程中以高速率运转，最高可达150,000转/分钟，并且在操作过程中承受高应力和高温（排气温度约200°C）[2, 3]。
图1：涡轮增压器（a）整体组件和（b）剖面视图
图2：压气机叶轮（a）铸造和（b）加工完成
种类：
压气机叶轮的加工操作、设计和种类与其他工程零件一样，铝制压气机叶轮须要按照规定的公差进行加工，以确保安全和功能性。
涡轮轴的适当合营哀求孔面粗糙度小于0.2µm Ra，圆度小于5µm，以确保叶轮-涡轮总成的适当平衡。
基本上，压气机叶轮采取铝合金（美国铝协会）C355或P354制造，硅含量分别为5%和9%，工件硬度为114-117HB和129-138HB。
在生产过程中对压气机叶轮进行质量掌握和考验。
在加工过程中和加工后可见的毛病包括铸造过程中产生的夹杂物、正面/气孔、气孔，以及由于缺点的设置和不符合哀求的工具/夹具（多销、后挡等）引起的机器毛病，如受困切屑引起的零件痕迹、毛刺、波折叶片等。
图3显示了铸造和加工毛病的示例，在Doncasters Sterling，压气机叶轮的生产直径范围为40mm-70mm，涉及共九个加工工序。
这些工序的分解如图4所示，压气机叶轮的加工流程图，给出了操作序列。这包括由ALMA卡盘/工件夹持单元（WHU）卖力将零件从机器主轴装卸到反主轴进行1-5号操作，以及卖力进行6-9号操作的逆主轴。
Figuer：3: 铸造和机器毛病的细节 (a) 铸造夹杂物，(b) 正面毛病，(c) 气孔
目前，Doncasters Sterling利用由Geo Kingsbury Machine Tools Ltd.于2000年供应的两台Index G200中央车床进行所需压气机叶轮的加工，拜会图6中的示例。
这些是水平CNC中央车床类型的机器，具有双对置主轴，每个主轴功率为20千瓦，并且具有双刀塔。图7 [4]和图8显示了主轴和刀塔的示意图和照片细节。
每台机器每个事情周能够生产约6000个压气机叶轮。生产一个零件的整体机器循环韶光约为1.15分钟，机床在湿润/冷却状态下运行，并配有一个运送带，可以在操作过程中自动打消切屑，它们定期由内部掩护工程师和外部承包商进行掩护，以避免不必要的机器停机和昂贵的维修。
这两台Index G200中央车床是由Geo Kingsbury Machine Tools Ltd.于2000年供应的，它们是水平CNC中央车床类型的机器，具有双对置主轴和双刀塔，每个主轴功率为20千瓦。
图6展示了压气机叶轮的示例。这两台车床具有高产能，每个事情周能够生产约6000个压气机叶轮。每个零件的整体加工周期大约为1.15分钟。
这些机床在湿润/冷却条件下运行，并配备了自动打消切屑的运送带，为了避免不必要的机器停机和昂贵的维修，机床定期由内部掩护工程师和外部承包商进行掩护。
它们的可靠性和稳定性对付担保生产的连续性至关主要，Doncasters Sterling非常重视机床的掩护和保养，以确保其性能和寿命，这样可以最大程度地减少生产中的机器故障和停机韶光，提高生产效率和产品质量。
Index G200 CNC中央车床、
Index G200的示意布局[4]
Index G200上主轴和刀塔的视图
机床夹具为了保持叶轮铸件的刚度和工件夹持位置的准确性，在切削操作1至5期间，利用一个弹簧套装与多针单元一起夹持铸件。
这些夹具被固定在机床主轴上，工件的前端在弹簧套装中以液压办法夹持（可根据不同叶轮直径选择不同尺寸的弹簧套装），而其叶片则位于多针单元（工件夹持单元）之间。
同样，在操作6至9期间，利用一个由后止挡单元和弹簧套装组成的工件夹持装置在对副主轴上进行事情。图10显示了对副主轴的工件夹持装置和单元的示例。
Figure 9: 主轴工件夹持装置 (a) 组件和 (b) 用于操作1至5的卡盘和多销单元
Figure 10: 反向主轴工件夹持装置 (a) 组件和 (b) 用于操作6至9的退却撤退止挡单元和卡盘
2.5 切削工具和参数项目开始时，紧张的切削工具供应商是MSC Industrial Supplier Co.，其供应由Kennametal制造的标准硬质合金刀具。
其他硬质合金刀具直接从Walter Titex和Mapal UK购买，而PCD产品由Exactaform供应。切削工具按照机加工车间每三个月的花费量进行批量采购，以防止库存短缺，库存存放在供应商处，根据须要随时交付/开具发票。
当标准硬质合金刀具无法再生产符合哀求的公差、孔径、表面精度等时，它们被废弃。而利用过的PCD产品则被送回供应商（Exactaform）进行刀具研磨，常日可以进行最多三次研磨，并以较低价格供应（比新刀便宜约40%）。
就供应商的质量而言，常日在收到切削工具时不进行检讨，但在机器上利用新刀具时会定期检讨零部件。由于Mapal产品的高工具本钱，这些工具会被隔离并保留以备在产生不合格零件时进行进一步调查。
对现有机加工操作进行评估可以理解整体机加工过程，剖析还为后续的切削工具开拓事情（评估替代切削工具材料、工件可加工性测试等）和项目中进行的工具试验供应了现有机加工性能的基线。
每个机加工操作利用的切削工具以及列出刀具详细信息的表格将在以下小节中供应， 2.5.1 第一操作（1a和1b）：粗车背面和外径图11详细描述了硬质合金刀片，而表格1详细列出了产品和工艺信息。
图11：硬质合金粗车刀片
6 对Doncasters Sterling目前的铝合金压缩机叶轮生产的备注：
创造机器停机韶光由于刀具破坏、主轴的掩护/保养、缺点的机器设置等缘故原由，是Doncasters Sterling生产效率低下的一个主要成分。
刀具（钻头和铰刀）的破坏以及钻孔操作的永劫光设置是导致机器停机韶光的紧张成分。刀具的破坏紧张是由于缺点的刀具设置或者含有缺陷的铸件所导致的。
吹孔导致刀具常常改换和加工本钱高昂，建议在零件加工前对叶轮铸件进行检讨（超声波/无损检测）的方法改进，以减少这个问题，但这方面超出了当前事情的范围。
在改换硬质合金铰刀时，很难实现孔面光洁度（<0.2µm Ra），导致加工参数（切削速率和进给速率）和浮动刀架的调度变得冗长和繁琐。减少加工韶光的一个部分办理方案是利用固定/标准化的刀具改换/设置程序和为每个事情定义的操作参数。
目前在Sterling利用的工具是高速钢、未镀覆钨碳化物和PCD切削工具的组合，所有这些工具都由不同的供应商/制造商供应。通过利用更得当的刀具几何形状，估量可以在粗车/粗铣（重切削）操作中利用PCD刀具，并且可能使机床在较永劫光内连续运行，无需停机改换刀具或调度参数。
常常改换/切换刀具供应商被不雅观察到是该公司的常见但不明智的做法，这种做法是试图将成本本钱降至最低，但缺少科学依据和系统评估，这不仅毁坏了供应商关系，而且危害了技能性能，并在机加工车间中生产的产品质量上产生了不一致性。此外，刀具和操作参数常日是根据操作员的心血来潮而不是根据评估程序进行改换。
总体而言，目前的机床、现有的刀具和夹具具备生产高精度、高公差产品的能力。
操作员须要定期接管计量/丈量设备（Surftest、Talyrond、Go-No Go规等）的教诲和培训，以便更好地理解设备及其利用方法。
在处理和存储高精度刀具（如铰刀和PCD刀具）时，不适当的保护方法也会导致切削刃的破坏、剥落，零件的不符合哀求和不必要的停机韶光。
由于刀具断裂、主轴掩护/做事、缺点的机器设置等缘故原由，机器停机韶光被创造是Doncasters Sterling生产效率低下的一个主要成分。刀具断裂（钻头和铰刀）以及钻孔操作的永劫光设置是导致机器车间停机的紧张成分。
刀具断裂紧张是由于禁绝确的刀具设置或含有吹孔的次品铸件引起的，这导致须要常常改换刀具并进行昂贵的加工。
建议在零件加工前对叶轮铸件进行检讨（超声波/无损检测）的方法改进，该当能够最大程度地减少这个问题，但这方面超出了当前事情的范围。
在改换硬质合金铰刀时，不雅观察到很难实现孔面光洁度（<0.2µm Ra），导致须要对加工参数（切削速率和进给速率）和浮动刀架进行冗长/繁琐的调度。
减少加工韶光的部分办理方案是采取固定/标准化的刀具改换/设置程序，并为每个事情定义明确的操作参数。
目前在Sterling利用的工具是由不同的供应商/制造商供应的高速钢、未镀覆的钨碳化物和PCD切削工具的组合。
认为通过利用更得当的刀具几何形状，该当可以在粗车/粗铣（重切削）操作中利用PCD刀具，并且有可能使机床连续运行更永劫光，而无需停机改换刀具或调度参数。
不雅观察到频繁改换/切换刀具供应商是公司普遍存在但不明智的做法。这种做法是为了降落成本本钱，但没有经由科学的系统评估。这不仅毁坏了与供应商的关系，还危害了技能性能，并导致机加工车间生产的产品质量的不一致性。
此外，刀具和操作参数常日是根据操作员的主不雅观决策而非根据评估/程序进行改换。
结论：
综上所述，铝制压缩机叶轮的生产和哀求须要高度的技能和精密的制造过程。精确选择材料，采取适当的加工工艺，并进行严格的质量掌握，可以确保叶轮具备精良的性能和可靠的事情效果。铝制叶轮在压缩机制造领域中的广泛运用将为各行各业供应高效可靠的压缩机办理方案。
参考文献：
Mohan Lal，M.和Ravi，K.（2016）。离心式压缩机铝叶轮的设计与剖析。国际机器工程与技能杂志，7（1），162-169。
Zhang，Y.，Wang，H.和Hu，Z.（2018）。离心式压缩机铝合金叶轮的设计与优化。机器工程进展，10（8），1-11。
Le，Q.T.和Lai，M.（2019）。离心式压缩机铝叶轮的优化设计。《国际机器工程与机器人研究杂志》，8（6），912–916。
Suresh，S.和Balasubramanian，K.（2019）。铝合金离心压缩机叶轮的优化设计。今日材料：会议记录，18（第2部分），805-810。
