水轮机制造工艺

水轮机制造工艺（精选8篇）

1.水轮机制造工艺 篇一

论提高我国燃气轮机发电设计制造和运行维修的整体水平

论文作者：糜洪元

发表时间： 2004年11月29日

摘要：在形成自立开发能力,发展我国燃气轮机产业中,要努力提高我国燃气轮机发电设计制造和运行维修的整体水平。结合我国实际情况提出对高温部件材料,重大部件设计制造,总能系统优化,维修技术,运行管理等方面的分析意见。

关键词：燃气轮机；急切核心技术；高温部件材料；设计制造；总能系统；运行维修管理

现代燃气轮机发电技术已进入一个高度发展的时代。各种机型及其组成的各种总能系统，以其高效的性能指标，在发电领域广泛应用。在我国，随着经济的高速发展，以及能源结构的调整和电力市场的需求，发展燃气轮机技术已成十分急切的论题。在国家大力支持下，沿着统一组织国内市场资源，集中招标，引进技术，形成自主开发能力的道路来发展我国燃气轮机产业，我们正在迈出重要的一步。

研究发展燃气轮机发电的技术路线和重要环节，显示出燃气轮机基多项高新技术于一体。燃气轮机是一种多学科交叉的综合性技术，其核心技术应包括燃气轮机重大部件的设计，制造，以及总体成套和运行管理的技术。包括高温热通道部件的材料，制造工艺，涂层保护技术，高转速机械复杂结构的组合，总能系统的优化技术，控制和信息技术，以及运行管理应用技术。

本文对各关键技术进行认真分析，为提高我国燃气轮机发电设计制造和运行维修的整体水平提出建设性意见。

1.燃气轮机高温部件的材料

透平前燃气的进口温度早期仅600-700°C，现在一般水平都超过1100°C，有些已投入商业运行的机组透平进口温度达到1288°C，高的甚至达1430°C或1500°C。由于燃气轮机初温提高，简单循环热效率已由早期的16%-25%，提高到36%，有的更达38%-39.5%。透平初温的提高主要依靠燃气轮机高温部件(涡轮，喷咀，动叶)的材料，最早一般使用GJ450，V500，In738合金材料，现发展到合金金相结构控制的材料，出现了同向结晶或定向结晶的GTD111,DS GTD111，最新的机组已使用单晶工艺。金属材料的进步还表现在涂层的应用上。涂层减轻了腐蚀和氧化，使用寿命增长了10-20倍，早期有铂铝(Pt AL)涂层，后来发展等离子保护GT-29和GT-29 IN-PLUS TM等，先进材料和涂层的应用使透平前燃气进口温度提高150-200°C左右。

高温材料学科既有其丰富的理论，又必须通过大量的实验研究分析。所以燃气轮机热部件材料开发是一个不断实验研究的过程。从选择一两个具有开发潜力的材料开始，开展大量的材料性能实验，进行长期的蠕变实验或进行拉伸，断裂，高温疲劳，低温疲劳，热疲劳，刚性，抗腐蚀/氧化性，加工性能/样品的处理和全部物理性能的种种测试工作，在实验室实验的基础上再进行实物实验，例如透平转子实物挂片实验，燃烧室实验等等。美国GE公司单材料性能实验就用20多年时间，化费1000多万美元，积累大量数据并建成数据库。GE以彩虹(Rain bow)定名开展大规模实物实验课题，对50多种不同材料进行优化筛选。

我国高温材料研究有较好的基础，也有一些成果，与国外最新技术相比的差距主要是母合金性能和冶炼铸造技术上的差距。我国有条件选定一，二种自行开发的母合金或依靠国外引进一，二种母合金开展深入的研究工作。在真空冶炼技术方面，我国尚缺乏大容量的真空冶炼，精铸设备。建议有计划地引进一些先进的定向结晶和单晶炉，争取以较短的时间为新型燃气轮机提供最高水平的高温材料。

2.燃气轮机重大部件的设计，制造

国外燃气轮机制造厂商主要有美国GE公司，德国Siemens公司，法国Alstom公司和日本MHI公司等。在燃气轮机的设计，开发，制造方面，堪称力量雄厚，水平高，规模大。例如GE公司的格林威尔工厂拥有12.1万m2的制造车间，拥有7个热态试车台(其中4个试车台可以试F级燃气轮机)和15个总装配台位。GE公司的研究开发中心有高温材料，陶瓷材料和涂层，流体力学实验，冷却，传热实验，低NOx燃烧器实验等各种实验室。GE公司还以其动力，航空和研发三个部门紧密合作，在国际上无可争辩地占有领先地位。

值得注意的是四大燃气轮机制造厂商之中，三菱重工80年代中期才完全进入自主开发阶段，可以说是最年轻的成员。三菱重工60年代初生产几种功率较小的燃气轮机，后来引进美国西屋公司制造技术，这段时间与我国燃气轮机制造业的水平差距不大，但是三菱与西屋分手后，仅经过一二十年的时间成为独立研究，开发和制造技术的世界重型燃气轮机主要制造厂商，三菱重工引进技术，消化吸收到创新的经验是值得我们借鉴的。

我国自五六十年代开始引进燃气轮机发电机组，先后测绘仿制或自行设计制造过多种机型，70年代后期到80年代按国家川沪输气管线计划，曾投资建成南京汽轮电机厂的燃气轮机制造车间和实验研究基地，自行设计17.8MW燃气轮机，单机功率40MW,效率31.8%。除此之外，我国还有上汽，哈汽，东汽以及多家研究院，所，高等院校开展燃气轮机的设计制造和实验研究工作，取得不少科研成果，形成我国燃气轮机开发基础。特别是航空和造船部门的一批制造厂和科研院所在实验研究设备和型号开发等方面都已初具规模。航空部和美国普惠公司合作开发FT-8燃气轮机功率25MW，效率38.7%,我国负责制造低压压气机,动力涡轮,燃烧室,气缸成套件等,约占整机工作量的30%。我国有近十家制造厂受GE,西门子等国外公司委托生产E型或F型的叶片，喷咀，燃烧室，隔板，机壳，有的厂家年产量达40台套。机械系统的企业通过八五，九五改造，拥有大型制造厂房，大型数控加工设备和精密测试仪器。我国生产大型燃气轮机的能力缺口不大。

我国要从目前能生产中小型燃气轮机的水平，形成自主开发能力，生产高性能的大型燃气轮机，在设计，制造方面主要应该从以下方面来提高能力。

(1)在部件机加工方面要加强的是冷却叶片，喷咀加工的特种工艺技术；

(2)大型转子组装必须具有恒温或可控温度分布的转子装配坑；

(3)进一步充实多级模型压气机实验台和建设大功率驱动的整台压气轮实验台；

(4)开展空冷和蒸汽冷却的透平实验；

(5)开展低NOx燃烧室的实验研究；

(6)要建成大型燃气轮机整机试车台，并能提供液体，气体多种燃料燃烧实验。

我国现有研究院所和高等院校拥有的一批气动实验室，燃气轮机部套实验台，应该充分发挥其作用，规划和委托研究课题。在燃气轮机技术的开发过程中，必须循序渐进，一方面依靠必要的技术引进，消化，吸收；另一方面要开展型号机的开发实验，试制和生产规模可逐步扩大，但起点要高。

3.燃气轮机总能系统优化技术

燃气轮机利用燃烧产生的燃气直接做功,完成布雷顿(Bragton)循环，不同于常规蒸汽轮机由燃烧加热产生蒸汽,蒸汽做功的朗肯(Rankine)循环。蒸汽循环参数的提高受到限制,蒸汽轮机发电效率也受限制。燃气轮机可提高燃气初温来提高效率，因此燃气轮机就有效率高，重量轻，结构紧凑，以及机动灵活等一系列优点而广为人们重视。但当燃气轮机与蒸汽轮机组成联合循环后，高品位和低品位的能量得到充分利用，因而大大提高了循环的热效率，这才形成了总能系统的概况。

总能系统还应涉及到热力循环优化的各个方面。例如Alstom公司的GT26型燃气轮机采用分段燃烧的技术，是燃气轮机简单循环热力优化的典型例子，显然能提高循环热效率，是具有发展前途的技术。燃气-蒸汽联合循环由单压发展到双压，三压，再热，同样使热力循环优化，提高总能系统热效率。燃气轮机总能系统的优化还有很多方面，有待于我们开发，研究。

美国能源部ATS(先进燃气轮机系统)计划(1992-2000年)，开发具有里程碑的机组MS9001H和MS7001H，燃气-蒸汽联合循环效率接近60%，这是总能系统发展的标志性水平。ATS项目完成后，美国能源部又立即开始FY2001-2008NGGT(下一代燃气轮机)计划，和Vision21规划，提出简单循环效率至少为47%，联合循环效率达到70%。美国能源部的能源规划已包括新一代采用燃料电池联合循环的总能系统。例如美国国家能源技术实验室在30MW-150MW中等功率级燃气轮机方面提出一些新的有用的设计方案，称为CHAT电厂，其中以GE6B系列为核心机的CHAT电厂功率94MW，热效率可达52.3%,方案采用双级间冷的压气机,湿空气一级透平和二次燃烧的低压膨胀透平，以及优化的余热回收锅炉等。可见美国能源部新的能源规划正在偏重于总能系统这一方向。

从能源的有效利用方面出发，我国在发展先进燃气轮机的同时，必须重视总能系统的开发和研究，而且可以认为这一方面更加重要，更加迫切，会更快取得成效。

4.燃气轮机的维修技术

发展燃气轮机发电应该是与掌握燃气轮机的维修技术紧紧同步的。燃气轮机热通道部件使用高温优质合金，又有抗高温氧化，腐蚀的涂层，部件有复杂结构，要求精密加工制造，国内燃机电厂大部分采用进口部件。而这些部件的修复回用更有其技术上的独特性，对高温高应力下长期工作产生的裂纹，形变和腐蚀，损坏，金属材料的金相结构的变化等要经修复回用，是一门高水平的专门技术。

国外燃气轮机电厂的维修一般都与维修公司签订长期维修合同。维修公司负责制定和实施维修计划周期检查(大修，热通道检查和燃烧室检查)，长期维修合同是维修专业化的一个方向。专业的维修公司可集中人力和维修装备等方面优势，对各燃气轮机电厂进行维修服务，使维修工作更规范化。电厂则可把注意力集中在运行生产上，这更有利于规范电厂维修市场。

向电厂提供的维修服务可以由维修专业队伍，也可由设备制造商及其下属的或委托授权的维修中心。维修专业队伍可以提供长年运行更换部件，及时提供备品备件，现在更普遍建立计算机网络联系的远程监测。据介绍，优质，及时的服务，使客户少买大量备用部件，及时的维修大大减少了停机处理时间。

我国燃气轮机电厂还正在酝酿维修合同的路子，主要问题是对合同双方约定的责任范围内容，以及合同价格等方面没有明确的规范。另外燃气轮机电厂期望有国内的维修公司，能提供有效，及时的服务。但国内尚缺乏足够规模的用户可信赖的维修队伍。

我们建议筹建国内维修基地可通过新建电厂设备引进同时引进维修设备和技术，但维修基地的机制最终应与电厂脱离，独立经营。维修基地可依靠国内维修公司与国外有实力的维修公司合资的方式，引进外资和国外维修技术，并得到国际上的资格认可。

5.运行管理信息技术

利用运行管理信息对电厂进行指导管理，北美电力可靠性中心(NERC)的北美发电可用性数据系统(GADS)最具有代表性。据介绍，北美及周边的12个国家参加这数据库，并分享信息管理指导。数据库对燃煤机组，核电，燃气轮机，喷气发动机，柴油机，水电，泵站，联合循环，地热发电机组，热电联供，多炉多机的电厂共11种不同类型的装置的各种运行数据进行详细的分类。对不同的燃料，运行的负荷条件，机组运行小时数，机组的供应厂商，用户所在地区等多种因素都一一进行分类，收集的信息和数据包括机组维修的周期，零部件的损坏情况，出现故障的记录，等效可用率，强迫停机率等等。一年内，进入GADS的信息可达到50万条。一旦某电厂机组要求数据库提供咨询，数据库会选出不少于7台的同类机组进行对比分析，立即提供指导性的咨询意见。北美数据库20多年的运行经验以及高水平的软件，硬件技术，可以使运行管理信息处理及时，可靠，可发挥强有力的指导作用。

我国对常规火力发电，水力发电的可靠性统计已有二十年的历史，对燃气轮机和燃气-蒸汽联合循环至今仍是空白。我国尚未建立发电可靠性数据库。为了提高运行管理水平，我们急待建立全国性的可用性数据库。我们建议现阶段可参于或部分参于如北美发电可用性数据系统，既有责任承担义务，又有权利分享数据库的咨询指导。虽然我们要付出一定的入门费或缴纳必要的费用，电厂的得益以及我国发电技术水平的提高应该是益大于支出的。以上是作为提高我国燃气轮机发电整体水平的几点意见和建议，只是初步的，尚有待进一步探讨，仅供大家参考。

(本文作者：糜洪元 中国电机工程学会燃气轮机发电专业委员会,广东 深圳 518052)

2.水轮机制造工艺 篇二

自然界有多种能源, 目前已被利用的能源主要有热能、水能、风能和核能。水能是一种最经济的一次能源, 也是一种用远消耗不尽的能源。我们以某个电站水轮机发电机组为原型, 研究一下大型轴流式水轮机转轮体的加工工艺。

2 基本参数

转轮体直径:Φ2850mm;

转轮体高度:2080mm;

叶片轴孔直径:Φ1250mm;

叶片数量:4片;

转轮体重量:30吨。

3 主要研究内容

研究内容及方法主要包括二个方面:转轮体外球面加工工艺研究;转轮叶片轴孔加工工艺研究。

4 主要研究内容

4.1 转轮体外球面的加工

根据现有厂家的设备情况, 转轮体外球面的加工可选用2种机床, 一种是带数控功能的新型立车, 一种是普通立车, 不带数控功能。在历史比较悠久的水电制造厂家, 由于起步比较早, 如果设备更新比较缓慢或设备投资比较少, 那么现在使用的机床就比较老, 普遍不带数控功能。对于没有数控功能的立车, 我们只能采用传统的靠模加工方法, 这就需要制造一套靠模和靠模刀架, 加工时靠模刀架走靠模加工球面;而具有数控功能的立车可直接编程走程序加工。

4.2 转轮体外球面的靠模加工工艺

利用靠模的加工方法如图1所示, 具体加工工艺:转轮体反放在立车卡盘上, 找正装靠模和靠模刀架;.靠模按转轮体找正相对一致;.靠模刀架走靠模加工球面。

方案分析:此方案必须制作一套靠模及靠模刀架。对于一个直径3M的转轮来说, 假设转轮高2M, 则根据理论计算, 靠模的大小在2400mm×700mm, 而且这么大的靠模必须增加支撑以防止其变形, 而且对于这个靠模来说, 其他机组的转轮尺寸也很难与其相吻合, 也就是说, 靠模无法再使用。这样就决定了靠模加工的工装制造费用将是很大的。在加工过程中, 为了不使立车刀架碰到转轮体, 靠模刀架上的滑动刀杆至少为 (2×球面高度+刀架宽度) , 对于直径3M的转轮来说, 刀杆长度为1500mm左右。在加工过程中由于刀杆较长滑动会产生不水平而产生变形, 靠模也因受力产生变形, 这就使转轮球面加工精度变低。由上分析可以看出, 靠模加工转轮体外圆的加工方案并不是一个很理想的加工方案。其成本将是很高而精度却较低。

4.3 转轮体外球面的数控加工工艺

转轮体外球面利用数控立车加工, 具体加工工艺:转轮体倒放在数控立车卡盘上, 找正;按程序加工球面。

方案分析:此方案不用制作任何工装, 完全能使用机床现有的刀架对球面进行加工。而且数控程序为转轮体中心截面, 即为加工圆弧的程序, 数控编程也比较简单。从加工刀具上来说, 也可以省去一套特制的靠模刀架, 从而使用立车自带的刀架, 仅需再使用一个长度足够的普通小刀架即可, 保证加工到转轮最低点时立车刀架不会碰到转轮上。

4.4 加工方案对比

对于以上2种方案, 我们可以做一下比较:

从以上比较我们可以得出结论:靠模方法加工转轮体外球面的方法是一种比较原始的加工方法, 虽然操作比较简便, 加工效率较高, 但由于需要制作较大的工装, 所以其成本远比利用数控加工的方法高, 而且他的加工精度也比较低。所以对于有数控机床的生产厂家来说, 还是安排在数控立车上加工更好。对于有大型不带数控功能的立车, 我们建议对立车进行数控功能改造, 使其更适合国内及国际水电加工也的发展要求, 而且其长远的经济效益也是可观的。

4.5 转轮体叶片轴孔加工工艺研究

对于水轮机实际运行要求来说, 转轮体叶片轴孔的尺寸直接影响到整个转轮的受力和出力, 这就提出了转轮叶片的尺寸轴孔加工的重点:a.每个叶片轴孔中心线必须水平一致, 这样能保证叶片的受力大小一致;b.叶片轴孔中心线应与转轮体球面最高点截面水平一致, 这样能保证叶片与转轮体的间隙一致, 在叶片全关时叶片肩部不会碰到转轮体上研伤转轮体。

加工工艺分析:

叶片轴孔的加工我们采用立车加工时, 直接在转轮体上刻转轮体球面最高点的水平线, 精车完毕后划线加工的方法。

转轮体经过粗车平面及球面、粗镗叶片轴孔后进入半精车序。在半精车完毕后, 我们通过数控找球面最高点, 在转轮体上用尖刀刻出转轮体球面最高点的水平线 (普通靠模加工的立车, 以靠模上刻的水平中心线对刀, 在转轮体上刻出最高点的水平线) , 此水平线就是叶片轴孔中心的节圆线。在划转轮叶片轴孔加工线时, 以此水平线为基准线。半精镗叶片轴孔完毕后, 将球面上的叶片轴孔中心线引至叶片轴孔内, 防止在精车时, 中心线被车掉。

在精车时, 仍以所刻水平中心线为基准找水平 (普通靠模加工的立车, 也应将靠模上所刻的水平中心线以此线找水平) 。或将转轮直接放在已经车好的等高垫筒上, 以此水平中心线找数控程序的零点 (球面最高点) , 其他高度方向上的尺寸也以此线为基准进行精车。精车完毕尖刀重新补刻出水平中心线与原线一致。

精车完毕, 仍以所刻水平中心线为基准, 划线, 精镗叶片轴孔。

这里有一点要提到的是, 精镗叶片轴孔时, 也可选用普通镗床和数控镗床, 对于直径Φ1250mm叶片轴孔来说, 需要配备有效长度700mm左右的滑枕, 而滑枕较长对镗出的叶片轴孔的圆度也有较大影响, 其加工效率也比较低。

5 工艺及经济效益分析

随着水力发电技术的迅速发展和全球性的水利大开发, 水电制造业成为一种蒸蒸日上的行业。水电制造业作为一种精细的机械制造行业, 其制造工艺技术必然走在各种机械制造业的最前端。引进新技术、新工艺、新设备, 提高效率、降低成本对于老、中青企业是发展的必然之路。

摘要：随着水力发电技术的迅速发展和西部大开发, 我国各地的水电站也迅速建设起来。目前水电站建设是以中小型机组为主, 其中轴流、贯流机组在中小型水电站建设中应用最为广泛。由于轴流和贯流机组的转轮结构大致相同, 下面以大型轴流式水轮机转轮的加工工艺作为研究, 其他小型机组将以其作为参考, 触类旁通。

3.汽轮机轴承箱机械加工工艺 篇三

【关键词】汽轮机；轴承箱；机械加工工艺

1、引言

随着时代的发展，汽轮机中轴承箱的型号和功能也变得多种多样，在类型和用途中也是不尽相同。就用途划分，可分为前、中轴承箱还有后轴承箱等，按照类型划分，有落地箱和刚连接一起的轴承箱。由于汽轮机中的轴承箱不仅要承受转子、气缸的静、动载荷，还要承受传递扭矩带来的反作用力，还有高速旋转部件运转时产生的动载荷，为了确保工件运作时的稳定性，保证汽轮机的正常工作，其加工工艺要求较高就不言而喻了。就目前而言，最好办法就是在数显和数控机床上加工，由于其机床的自动化强、加工精度较高，同时配合着在运作施工时采用不断地更换先进刀具、夹具，完成对轴承箱加工表面的每一步精加工工序，从而最大限度提高轴承箱的加工质量还有加工效率。轴承箱工艺编制的总原则有：第一，了解机加车间的设备、熟悉吊车情况；第二，了解轴承箱加工的基本加工工艺，熟悉基本切削刀具；第三，研究图纸，明确加工要求，技术要求，各个加工步骤的加工方法；第四，提出加工时所要的大型工装；第五，知晓轴承箱毛培的来龙去脉，知道来料时的情况，转出时的状态。

2、轴承箱划线

轴承箱进行机械加工的依据主要是划线，不夸张的说，划线的好坏精确与否，直接就影响到了轴承箱的加工质量，从而对汽轮机能否正常工作会带来一定的影响。划线时以下偏差值必须在允许的范围之内：轴承箱中心线偏差；毛培余量偏差；轴承中心线偏差；轴承箱各开档线偏差；轴承箱两端面线偏差。

3、轴承箱粗加工工艺

在完成轴承箱的划线后，就是要完成轴承箱的粗加工工艺。其中粗加工的主要目的在于去除多余金属，同时进行查漏，查看是否出现铸造缺陷，如此可以尽早进行补焊工作。一般而言粗加工的方位有底平面、水平中分面、顶部法兰面、各开档，同时对每个加工表面留有3mm～5mm的余量。在粗加工结束后，除了对于汽轮机轴承箱机械加工工艺过程中产生的应力要进行及时处理外，还要进行的工作有探伤检测、喷砂等的工序，按照不同的设计要求进行不同的调整，但是必须按照正确的工艺规范进行完成，确保轴承箱加工过程中的精度要求。

4、轴承箱的精加工工艺

精加工是轴承箱加工中的重要过程，其中需要特别注意的是安装和夹紧两个步骤，目的在于防止产生夹紧弹性变形，减少拆装次数，避免因外界原因产生不必要的形变，导致轴承箱加工最终的不合格。它的加工工艺主要包括有划线、镗铣、钻、钳等。以下是具体介绍：

（1）划线：在之前我们已经提到了划线，但是在精加工工艺中，划线要求的精细度更加的严格，质量更加高，必须满足轴承箱的划线偏差原则。比如话圆线、中心线、底面线等。同时处理各线之外，还有保证对各个孔的合理把握，要保证合并是，各个孔的同心度达到要求，避免出现混乱。

（2）镗铣：轴承箱的镗铣工序一般在龙门铣床、落地镗床上进行加工，切削刀具一般采用高速钢，表面粗糙度可达到Ra3.2以上。铣准水平中分底平面、面、顶部法兰面等等，在每次镗铣的过程中，必须严格按照正确的工艺流程进行完成。在镗序中要进行找正面找正，机床主轴线与轴承箱中心线重合，需要用到专用工具。注意：在镗铣精加工工艺中，由于轴承箱的设计各异，从而对于内孔、开档等的加工工艺效果各不相同，有的会比较差，达不到相应的技术设计要求，而为了满足所需设计，一般可以上较小的数控立车，达到其有效性，从而满足所要求的条件。

（3）钻孔；钻孔在精加工中处于相当重要的地位，因为每个孔的大小各异，位置不同，作用不一，所以所选用的机床也不尽相同。就一般而言，钻孔主要选择的是立式、卧式钻床两者相互配合使用来完成孔的加工。例如，通孔加工时，就通孔刮面与所在加工面平行，允许的最大误差为0，05mm。（4）钳；在精加工中的最后一步就是“钳”。它主要是对镗铣未加工到的部位进行打磨清根，清除加工表面，去除多余毛刺，保证轴承箱的光滑，确保精度要求。

5、水压试验/煤油实验

在以上加工工艺完成后，为了检验汽轮机轴承箱的质量是否达到要求，完成程度是否合格，我们本着对企业负责，对用户负责的责任，要对加工完成的每一台轴承箱进行检验，确保投入市场后可以正常使用。如今对于轴承箱的检验方法一般有两种，分别是水压试验和煤油试验。它们各自根据轴承箱不同的型号，作用进行检查。比如煤油试验，它的主要目的在于检查轴各焊接缝的质量，查看是否出现焊接不良，出现漏孔等的现象，一般在粗加工工艺之后会采用此方法进行检查；对于水压试验，则是测试强度，是对轴承箱的进油管的强度的检测。为了确保轴承箱的质量，它一般是在精加工完成后，总装开始之前检测。我们可以看到，要完成一个轴承箱的加工，必须要进行合理安排工艺工序，要在加工中对行为进行规范。我们需要做到：了解加工环境，了解加工工艺，将设计图纸进行认真阅读，明确每一步技术要求，知道针对不同类型的轴承箱的加工方法和注意事项，为企业负责，同时也为我们自身负责。确保加工出产品的质量，使得轴承箱在运作是满足不同用户的需求。

6、总结

就上述而言，我们可以看到，汽轮机轴承箱的加工工艺繁杂，每个工艺环节要求极其严格，如果稍微疏忽，必然会使得轴承箱出现质量问题，导致汽轮机无法正常工作，其安全性、可靠性就会降低，这样不仅对于企业会造成不必要的损失，同时还有可能因为一点小问题威胁到我们的人身安全。通过上述对于轴承箱加工工艺的分析，结合自身的工作经验，从轴承箱加工的重要依据划线，到粗加工工艺的进行，再到精加工这一重要工艺，保证轴承箱的安装和夹紧能够满足要求，最后到完成轴承箱后的试验检测，都进行了分析，希望能对从事汽轮机轴承箱机械加工的工作人员起到一定的帮助作用。

参考文献

[1]龚存忠，靳军，张李伟，朱蕾，张承红.汽轮发电机组滑油管路高频噪声的消除[J].船舶工程，2009年S1期

4.模具制造工艺前言 篇四

本章教学主要内容：模具技术的发展及发展趋势；模具制造的要求；过程和方法；

教学重点：模具制造的基本要求和特点；模具制造的工艺过程；模具零件的主要加工方法； 教学难点：学会分析模具制造的工艺过程。1.1 模具制造技术的现状与发展 1.1.1 我国模具制造技术的现状

在现代工业生产中，模具是重要的工艺装备之一。随着科学技术的发展，工业品的品种和数量不断增加，产品的改型换代加快，对产品质量和外观不断提出新的要求，对模具的质量的要求越来越高。模具设计与制造水平的高低，直接影响着国民经济的发展，世界上工业发达的国家，模具工业发展迅速，模具总产值超过机床工业的总产值，发展速度超过了机床、汽车、电子等工业，是国民经济的基础工业之一。模具技术，特别是制造精密、复杂、大型长寿命模具的技术，已成为衡量一个国家机械制造水平的重要标志之一。

目前，我国的模具行业生产厂家数千个，职工有50万人，每年能生产百万套模具。模具制造技术从过去只能制造简单模具已发展到可以制造大型、精密、复杂、长寿命的模具。但总体还存在着制造的模具品种少、精度差、寿命短、生产周期长的弊端，精密、复杂、大型模具很多因为国内制造困难，也不得不从国外进口。为了尽快发展我国的模具工业，国家已经采取了许多具体措施，如给专业模具厂投入技术改造资金，将模具列为国家规划重点科技攻关项目，派有关工程技术人员出国考察，引进国外模具先进技术，制定有关的模具标准等。近几年我国的模具工业发展较快，模具制造水平也在逐步提高。在冲压模具方面，我国设计和制造的电动机定/转硅钢片硬质合金多工位自动级进模，电子、电器行业用的50余工位的硬质合金多工位自动级进模等，都达到了国际同类模具产品的技术水平。凹模镶件的重复定位精度<0.005mm，步距精度<0.005mm，模具成形表面粗糙度达到0.4-0.1mm。

在塑料模具方面，能设计制造汽车保险杠及整体仪表盘大型注射模具，模具重达几十吨，模具尺寸精度可达到10mm，型腔表面粗糙度Ra=0.1mm，型芯表面粗糙度Ra=3.2 mm，模具寿命达到30万次以上，达到国际同类模具产品的技术水平。1.1.2 模具制造技术随着制造业技术的发展而发展的状况

1.模具制造技术随着制造设备水平的提高而提高。随着先进、精密和高自动化程度的模具加工设备的应用，如数控仿形铣床、数控加工中心、精密坐标磨床、连续轨迹数控坐标磨床、高精度低损耗数控电火花成形加工机床、慢走丝精密电火花线切割机床、精密电解加工机床、三坐标测量仪、挤压研磨机等模具加工和检测设备的应用，拓展了可进行机械加工模具的范围，提高了加工精度，降低了制件表面粗糙度，大大提高了加工效率，推进了模具设计制造一体化的发展。

2.模具制造技术随着模具新材料的应用而提高。模具材料是影响模具寿命、质量、生产效率和生产成本的重要因素。

3.模具制造技术随着标准化程度的提高而提高。模具的标准化是代表模具工业与模具技术发展的重要标志。到目前为止，已经制定了冲压模具、塑料模具、压铸模具和2模具基础技术等50多项国家标准，近300多个标准号，基本满足了国内模具生产技术发展的需要。商品化程度是以标准化为前提的，随着标准的颁布实施，模具的商品化程度也大大提高。商品化推动了专业化生产，降低了制造成本，缩短了制造周期，提高了标准件的内外部质量，也促进了新型材料的应用。

4.模具制造技术随着模具现代化设计与制造技术的发展而提高。随着计算机技术的发展应用，计算机辅助模具设计与制造（CAD/CAM）趋于成熟，模具设计与制造一体化技术已经实现。计算机辅助设计制造不仅提高了设计速度，还可以实现成形的模拟，优化设计参数；可以依据设计模型进行自动加工程序的编制，还可以实现加工结束后自动检测。1.1.3 模具制造技术的发展趋势

随着我国社会主义市场经济的不断发展，工业产品的品种增多，产品更新换代加快，市场竞争日益激烈。因此模具质量的提高和生产周期的缩短显得尤为重要，促进模具制造技术的发展出现以下趋势。

1.模具粗加工技术向高速加工发展。以高速铣削为代表的高速切削加工技术代表了模具零件外形表面粗加工发展的方向。高速铣削可以大大改善模具表面的质量状况，并大大提高加工效率和降低加工成本。超高速加工中心的切削进给速度可达76m/min，主轴转速可达45000r/min。另外，毛坯下料设备出现了高速锯床、阳极切割和激光切割等高速、高效率加工设备，出现了高速磨削设备和强力磨削设备。

2.成型表面的加工向精密、自动化方向发展。成型表面的加工向计算机控制和高精度加工方向发展。数控加工中心、数控电火花成形加工设备、计算机控制连续轨迹坐标磨床和配有CNC修整装配与精密测量装置的成型磨削加工设备等的推广使用，是提高模具制 造技术水平的关键。

3.光整加工技术向自动化方向发展。当前模具成形表面的研磨、抛光等加工仍然以手工作业为主，不仅花费工时多，而且劳动强度大、表面质量低。工业发达国家正在研制由计算机控制、带有磨料磨损自动补偿装置的光整加工设备，可以对复杂型面的三维曲面进行光整加工，并开始在模具加工上使用，大大提高了光整加工的质量和效益。

4.逆向制造工程制模技术的发展。以三坐标测量机和快速成型制造技术为代表的逆向制造技术，是一种以复制为原理的制造具有重大的影响。这种技术特别适用于多品种、少批量、形状复杂的模具制造，对缩短模具制造周期，进而提高产品的市场竞争能力有重要意义。5．模具CAD/CAM技术将有更快的发展。模具CAD/CAM技术在模具设计与制造的优势越来越明显，它是模具技术的又一次革命，普及和提高CAD/CAM技术的应用是模具制造业发展的必然趋势。

1.2 模具制造工艺的任务

所谓模具制造工艺，就是把设计转化为产品的过程。模具制造工艺学，是把模具设计转化为模具产品的过程。模具制造工艺的任务就是研究探讨制造的可行性和如何制造的问题，进而研究怎样以低成本、短周期制造高质量模具的任务。成本、周期和质量是模具制造的主要技术经济指标。寻求这3个指标的最佳值，单从模具制造的角度考虑是不够的，应综合考虑设计、制造和使用这3个环节，三者要协调。“设计”除考虑满足使用功能外，还要充分考虑制造的可行性；“制造”要满足设计要求，同时也制约“设计”，并指导用户使用；“用户”也要了解设计与工艺，使得冲压和塑压等制品的设计在满足使用功能等前提下便于制造，为达到较好的技术经济指标奠定基础。

从制造角度考虑，影响制造的主要因素有：

1.表面“外表面加工”较“内表面加工”容易，规则表面比异型表面加工容易，型孔较型腔加工容易。

2.精度精度提高则制造难度可能成几何级数增加。3.表面粗糙度占用制造时间较多（一般多达1/3）。

4.型孔和型腔型孔和型腔的数量增加模具的复杂性和制造难度。5.热加工影响各道工序的制造效率。

1.3 模具制造的特点及基本要求 1.3.1 模具制造的特点

1.单件、多品种生产模具是高寿命专用工艺装备，每套模具只能生产某一特定形状、尺寸和精度的制件，这就决定了模具生产属于单件、多品种生产。

2.生产周期短由于新产品更新换代的加快和市场竞争的日趋激烈，要求模具的生产周期越来越短。模具的生产管理、设计和工艺工作都应该适应这一要求，要提高模具的标准化水平，以缩短制造周期，提高质量，降低成本。

3.要求成套性生产当某个制件需要多副模具加工时，前一模具所制造的是后一模具的毛坯，模具之间相互牵连制约，只有最终制件合格，这一系列模具才算合格。因此，在模具的生产和计划安排上必须充分考虑这一特点。4.模具要求高精度和低表面粗糙度。5.要求模具寿命高，以降低制造成本。

6.模具制造具有经验性的特点，模具制造装配、调试是非常重要的，也是影响制造周期的重要因素。

1.3.2 模具制造的基本要求（1）保证模具质量（2）保证制造周期（3）良好的劳动条件（4）模具成本低廉（5）工艺水平先进

1.4 本课程的性质、任务和学习方法

本课程是高职高专模具设计与制造专业的核心课程之一。通过本课程的学习，使学生掌握三个方面的关键技能，一、能操作所有普通机械加工设备和现代模具加工设备，二、能编制合理工艺方案，运用好各种加工设备加工出高质量的模具零部件，三、装配出高质量的成套模具。

由于现代工业生产的发展和材料成形新技术的应用，对模具制造技术的要求越来越高。模具的制造方法已经不再只是过去传统意义上的一般机械加工，是立足于一般的机械加工，又把现代加工技术与管理与一般机械加工方法有机结合。因此，通过本课程的学习，要求学生掌握机械加工工艺理论基础，切削刀具，模具加工工艺规程，模具加工、装配，生产管理等，同时，要求同学了解模具现代制造技术，以提高学生分析较复杂的模具结构的工艺性和可加工性的能力。

5.机械制造工艺教案专题 篇五

一、机械加工精度的基本概念

1质量指标：评价机械零件的加工质量用加工精度和加工表面质量。2加工精度：零件加工后实际几何参数与理想几何参数的符合程度。3加工误差：零件加工后实际几何参数对理想几何参数的偏差程度。

加工精度和加工误差是从两个不同角度评价零件的几何参数的，加工精度的高和低通过加工误差的小和大表示，提高加工精度实际上就是减低加工误差。

加工精度包含三个方面内容：尺寸精度、形状精度、位置精度。形状公差限制在位置公差之内，位置误差限制在尺寸公差之内。

二、影响机械加工精度的因素

机械加工中，机床、夹具、刀具和工件构成完整系统——工艺系统，加工过程中出现的各种原始误差引起工艺系统相互位置的变化造成加工误差。

课本以活塞加工精镗销孔工序的加工过程为例，活塞在装夹过程中出现装夹误差；工件装夹后对机床、刀具、夹具进行调整出现调整误差；加工过程中受切削力、切削热、摩擦等作用工艺系统受力、受热产生变形等造成加工误差。小结如下：

1工艺系统的几何误差：

原理误差、夹具误差、刀具误差、定位误差、调整误差以及尺寸链误差等，是工件相对于刀具在静止状态下已存在的误差；

机床主轴回转误差、机床导轨导向误差及机床传动误差，是工件相对于刀具在运动状态下已存在的误差。

以上各种几何误差与工艺系统的初始状态有关。2工艺系统力效应产生的误差（动误差）：

工艺系统受力变形（惯性力、传动力等）产生的误差；残余应力引起的误差；刀具磨损等及测量产生的误差误差。

3工艺系统热变形产生的误差：机床、夹具、刀具及工件热变形产生的误差。(课本放在2中)

机械加工中零件的尺寸、形状和相互位置误差，主要是由于工件与刀具在切削运动中相互位置发生了变动而造成的。由于工件和刀具安装在夹具和机床上，因此，机床、夹具、刀具和工件构成了一个完整的工艺系统。

工艺系统中的种种误差，是造成零件加工误差的根源，故称之为原始误差。原始误差归纳见P29。

三、误差的敏感方向

由于各种原始误差的大小和方向各不相同，加工误差必须在工序尺寸方向上度量。因此，不同的原始误差对加工精度有不同的影响，原始误差的方向与工序方向一致时对加工精度影响最大，称误差敏感方向。例如图2-2所示。

四、研究加工精度的方法

在机械加工中影响精度的因素很多，如零件的装夹、装夹前后对机床、刀具、夹具进行调整。加工过程中产生切削力、切削热和磨损，这些因素可能同时存在，我们要抓主要矛盾，有的放矢地采取措施，对误差因素、影响规律和控制方法进行分析。

研究加工精度的方法有两种：

1.单因素分析法——研究某一确定因素对加工精度影响，不考虑其他因素。2.统计分析法——以生产中一批工件为基础，应用数理统计方法进行数据处理，用以控制工艺过程的顺利进行。

实际生产中两种方法常常结合起来应用，一般先用统计分析法寻找误差出现的规律，初步判断产生加工误差的可能原因，然后运用单因素分析法进行分析、试验，以便迅速找出影响加工精度的主要原因。

五、获得加工精度的方法（归纳）（书上是全面质量管理）1获得尺寸精度的方法（书上调整误差）

⑴试切法：通过试切-测量-调整-再试切反复过程。效率低、适合单件小批量。⑵定尺寸刀具法：用刀具的相应尺寸保证工件被加工部位尺寸。如钻孔、铰孔、攻丝等，加工精度与刀具本身制造精度有关。

⑶调整法：按工件规定的尺寸预先调整机床、夹具、刀具与工件的相对位置，工件尺寸在加工中自动获得。用于自动机床，自动线上，适应成批生产。⑷自动控制法：用测量装置、进给装置和控制系统构成自动加工系统。2获得几何形状精度的方法

零件的几何精度主要由机床精度、刀具精度保证。例如车外圆，圆柱度主要取决于主轴回转精度、导轨精度及回转轴线与导轨之间相对位置精度。⑴轨迹法：利用切削运动中刀尖的运动轨迹形成被加工表面形状的方法。

⑵成形法：利用成形刀具切削刃的几何形状切削出工件形状。工件精度取决于刀具安装精度、切削刃的形状精度。

⑶展成法：利用刀具和工件做展成切削运动时，切削刃在被加工表面上的包络表面形成成形表面的方法。如插齿、滚齿加工。3获得相互位置精度的加工方法

零件各表面相互位置精度，由机床精度、夹具精度、工件的安装精度保证

一、加工原理误差（P31）

加工原理误差是指采用了近似的成形运动或刃具轮廓进行加工产生的误差。

例如，滚齿加工，为了避免刀具制造和刃磨困难，常采用阿基米德蜗杆或法向直廓基本蜗杆的滚刀代替渐开线基本蜗杆的滚刀产生两种误差，即所谓的“造形误差”；和由于滚刀刀齿有限，切成的齿形是一条由微小折线组成的曲线，与理论上的光滑渐开线比较存在“齿形误差”。这些都是原理误差。

再如，模数铣刀成形铣削齿轮，也采用近似刀刃齿廓，同样产生加工原理误差，一般原理误差控制在0.01mm。精密元件加工原理误差控制在2～5μm。书上是小于10～15%工件的公差值，补充：加工原理误差类型

1成形法加工的原理性误差（形状近似的刀具）

用盘形模数铣刀加工渐开线齿轮时，每种模数不可能专门制造一把刀具，生产中一般用八把（精确的有15或26把）一套的模数铣刀。每把铣刀可以加工一定齿数范围的齿轮，为了保证铣出的齿形工作时不发生干涉，铣刀按应用范围内最小齿数的齿形制造，这样，加工其它齿数的齿形就有误差。2展成法加工的原理误差（近似的加工方法）

应用展成法加工齿轮或花键，渐开线齿廓是由滚刀或插齿刀运动时，相对逐点切成的。由于滚刀的切削刃数有限，形成的齿廓形状是一根折线，与理论上光滑的渐开线有较小的误差，这也是加工原理误差。3仿形加工原理误差（近似的传动方式）

用靠模进行仿形加工工件上的曲线时，由于与靠模接触的滚子半径和刀具半径不可 §3-2 工艺系统中几何精度对加工精度的影响（单因素分析法）能完全相等，滚子与靠模的接触点和工件曲面与刀具的接触点并不完全对应，因此会引起被加工曲线的误差。（例如电子配钥匙，有时有误差，回家开不了门）

二、调整误差

在机加工的每一道工序中，总要对工艺进行一些调整工作，例如安装夹具、调整刀具尺寸等，因此不可避免地带来误差，叫调整误差。引起调整误差因素很多，如调整用的刻度盘、定程机构的精度及与它们配合的离合器、控制阀的灵敏度；测量仪器等误差。归纳起来，工艺系统的调整有两种基本方式，调整误差与调整方式有关。1.试切法调整

试切法加工，先在工件上试切，根据测得的尺寸与要求尺寸的差值，用进给机构调整刀具与工件的位置，然后试切、测量、调整，直到规定的尺寸要求时，再切削出整个待加工的表面。引起调整误差的因素是测量误差、机床进给机构的位移误差、试切时与正式切削时切削层厚度不同等。2.调整法

以试切法为依据，预先调整好刀具与工件的相对位置，并在一批零件的加工中保持这种位置相对不变来获得所要求的零件尺寸。引起调整误差的因素是定程机构误差、式样或样板的误差、测量有限试件造成的误差等。3.刀具的调整

静调整：在静止状态下确定刀具相对工件表面的尺寸和位置。按预定调整尺寸安装刀具。调整方法①用通用量具测量调整；②用对刀样板调整。

动调整：当机床开始转动和切削时，由于受切削力、切削热及负荷作用，实际刀尖位置不断变化。刀具的动调整方法：静调整后，先试切若干个工件，测量实际获得的尺寸，计算平均值和范围值，与规定调整尺寸比较看是否合格。动调整误差是可以控制的，改进刀具材质合理调整刀具，就可减少动调整误差的影响。

三、机床误差（P167）

机床误差包括机床制造误差、安装误差、磨损等几个方面。其中主轴回转误差和传动链误差（也称系统运动误差），导轨误差对加工精度影响最大。1.机床导轨导向误差（直线度误差）

①车床导轨在水平面内直线度（ΔY）误差（弯曲）：使刀尖在水平面内发生位移ΔY，引起零件在半径方向上产生1：1误差（ΔY=ΔR）。在工件上形成锥形、鼓形或鞍形。②车床导轨在垂直面内直线度（ΔZ）误差（弯曲）：引起刀尖产生ΔZ误差，产生的零 件半径方向的误差（可忽略不计）。③前后导轨的平行度Δ（扭曲）。

④导轨对主轴回转轴线的平行度（或垂直度）。

导轨导向误差对不同的加工方法和加工对象将产生不同的加工误差。考虑对加工精度影响时，主要考虑导轨误差引起刀具与工件在误差敏感方向上的位移。

在车床上车削圆柱面时，误差的敏感方向在水平面上；锥形、鼓形或鞍形称圆柱度误差 刨床的误差敏感方向为垂直方向，引起加工表面的直线度及平面度误差； 镗床的误差敏感方向随主轴回转发生变化，对水平和垂直方向都有影响。

机床导轨误差与制造和安装有关，安装不正确引起的导轨误差大于制造引起的导轨误差，导轨的磨损是造成导轨误差的另一原因。所以为了减小导轨误差对加工精度的影响，机床设计与制造时，应从结构、材料、润滑方式、保护装置等方面采取相应措施；制造中床身毛坯充分时效处理；安装要保证质量。

导轨导向误差理论分析一般了解，自己看书

2.机床主轴的回转误差 ⑴基本概念

主轴的回转精度，是主轴系统的重要特性。它直接影响零件的加工精度。由于轴颈的圆度、轴颈之间的同轴度、主轴挠度、支承端面与轴颈中心线的垂直度等误差，使主轴实际回转轴线与理想回转轴线发生偏移，这个偏移就是主轴的回转误差。⑵对加工精度的影响（主轴回转误差的三种基本形式）

①径向圆跳度——沿径向变动量，对工件的圆度产生误差，因加工方法不同而异。镗削影响大，近似椭圆；车削影响不大，基本是圆。（工人称径跳）

②轴向圆跳动——沿轴向变动量，对工件圆柱表面加工精度没有影响；但在加工端面时，会产生端面与轴线的垂直度误差；车螺纹时也会使螺距产生周期性误差。（工人称端跳）③纯角度摆动——沿回转轴线倾斜角度变动，车外圆和内孔表面时，产生锥度误差；在镗床上镗孔时，镗刀随主轴旋转，从工件内表面整体看，镗出的孔是椭圆柱。⑶影响主轴回转精度的主要因素 ①轴承误差 ②轴承间隙的影响

③与轴承配合零件误差的影响 ④主轴转速的影响 ⑤主轴系统的径向不等刚度和热变形 ⑷提高主轴回转精度的措施

①提高轴承的回转精度：选用高精度滚动轴承；提高支承孔、轴颈等表面加工精度。②对滚动轴承进行预紧：可消除间隙，甚至产生微量过盈，增加轴承刚度。

③不使回转误差反映到工件上：例如磨外圆柱面时，用两个固定顶尖支承，主轴只传递动力，工件回转精度取决于顶尖和中心孔的形状误差和同轴度误差。3.机床传动链的传动误差

传动链的传动误差是指内联系的传动链中首末两端传动元件之间的相对运动误差。

传动链误差一般不影响圆柱面和平面的加工精度，但会影响刀具运动的正确性，是齿轮、蜗轮、螺纹及其它按展成原理加工时，影响加工精度的主要因素。

例如，滚刀滚切齿轮时，要求滚刀转速和工件转速之间保持严格的传动比，滚刀转一转，工件转过一个齿。当传动链的传动元件如，分齿挂轮、分度蜗轮等由于制造、磨损或装配等原因存在误差，使滚切出的齿轮产生误差。如周节误差、周节累计误差和齿形误差等。

机床的传动系统由齿轮、蜗杆、蜗轮、丝杠、螺母等组成，元件的原始误差由制造形成，它会破坏正确的运动关系。造成传动比误差、转角误差等。课本P43

为了减少传动链误差对加工精度的影响，措施：

①减少传动元件，②提高传动元件的制造和装配精度，③消除间隙，④采用误差修正机构提高传动精度。

四、夹具的制造误差与磨损

⑴夹具的制造误差：包括定位元件，刀具引导件、分度机构、夹具体等零件的制造误差；⑵夹具装配后定位元件之间的相对尺寸误差； ⑶夹具在使用过程中工作表面的磨损。

五、刀具的制造误差与磨损

刀具的误差是由于刀具的制造误差与磨损造成的，单刃刀具的误差对加工精度没有直接影响，而定尺寸刀具和成形刀具的误差将直接影响加工精度。⑴刀具种类及误差对加工精度影响

①采用定尺寸刀具（如钻头、绞刀、镗刀块、拉刀、键槽铣刀等）加工时，刀具的尺寸精度直接影响工件的尺寸精度。②成形刀具（如成形车刀、成形铣刀、成形砂轮等）加工时，刀具的形状精度(制造误差)直接影响工件的形状精度，刀具安装不正确将直接产生加工误差。

③展成法加工刀具（滚齿刀、插齿刀、花键滚刀等）切削刃的几何形状误差，影响加工表面的形状精度。

④一般刀具（如车刀、铣刀、镗刀等）制造精度对加工精度无直接影响，但切削过程中，刀具易磨损，也会引起零件的尺寸和形状改变，影响加工精度。

减小误差措施：规定刀具制造精度，正确选择刀具材料、切削量、切削液，正确刃磨刀具。⑵刀具的磨损

刀具尺寸的磨损过程可分三个阶段，初期磨损、正常磨损和急剧磨损阶段，在急剧磨损阶段刀具不能正常工作，因此磨损前必须重新磨刀。

六、量具误差——应用量具测量工件的尺寸、形状、和位置精度时，产生测量误差的原因有：量具制造误差、磨损、操作者视差等，为了减少量具制造和测量精度的影响，量具的制造精度应控制在工件公差的1/5～1/10以内。检验仪器设备要在计量部门授权的检验所每年检定一次，不经标定不准使用。

七、工件的定位误差（见P143，定位误差的分析与计算）

§3-3 工艺系统受力变形对加工精度的影响 ## 8 ##

一、基本概念

⑴工艺系统：机床—夹具—刀具—工件组成了工艺系统。

⑵外力：切削力、传动力、夹紧力、控制力、干扰力（工件受力）。

⑶刚度：工件加工表面在切削力法向分力Fy作用下，刀具和工件之间相对位移的比值。刚度Kxt =Fy/Yxt，Fy—切削力在Y方向分力，Yxt—系统变形（位移）工艺系统抵抗外力变形的能力用刚度Kxt表示，工艺系统在外力的作用下产生变形（加工误差）影响被加工零件的精度。

二、工艺系统刚度的计算

切削加工时工艺系统在外力的作用下产生不同程度的变形，使刀具和工件位置发生变化，从而产生相应的加工误差。

Kxt是在静态条件下测定的，称工艺系统静刚度，简称刚度。系统变形Yxt是机床变形Yjc、夹具变形Yjj、刀架变形Ydj、工件变形Yg的叠加。

Yxt= Yjc+Yjj+Ydj+Yg= Fy/Kjc +Fy/Kjj+Fy/Kdj+Fy/Kg 所以，Kxt=1/（1/Kjc+1/Kjj+1/Kdj+1/Kg）⑴工件、刀具的刚度（变形）

① 用卡盘安装小轴（可用材料力学的悬臂梁公式计算）

３ ５２ 位移Yg=FyL３/3EI Kg=3EI/L E=2×10N/mm

L-工件长度;E-弹性模量；I-工件截面惯性矩 ② 用两顶尖安装细长轴（可用材料力学的两支点梁公式计算）

２２ Yg=Fy/3EI×[（L-X）×X ]/L 当X=0和X=L，Yg=0；X=L/2时，工件刚度最小，３ 变形最大，Yg max=FyL３/48EI 刚度，Kg=48EI/L

⑵机床、夹具的刚度：夹具结构复杂，机床结构更复杂，它们的刚度很难用公式计算，目前通过实验方法测定。

三、工艺系统刚度对加工精度的影响

在机加工过程中，整个工艺系统处于受力状态，加工后工件的误差将随工艺系统受力状态和刚度的变化而变化。工艺系统受力变形对加工精度有如下影响： 1.切削力作用点位置的变化引起的工件形状误差

书上图2-29（P51），刀具位于距床头X处时，在切削分力Fy的作用下，床头由A移到A’，尾座由B移到B’，刀架由C移到C’，它们的位移分别为yct,ywz,ydj。工件轴线AB移到A’B’,刀具切削点处工件轴线位移yx。

机床的总位移：yjc=（公式2-20）、机床的刚度：Kjc

机床的变形：工艺系统刚度随切削力作用点位置的变化而变化，使工件产生鞍形的形状误差。

工件轴线产生的弯曲变形:yg=、工件的刚度：Kg=（P53）。

工件的变形：刚度也是随切削力作用点位置的变化而变化，从而使工件产生鼓形的形状误差。

在机加工中机床和工件都有变形，使工件产生形状误差的工艺系统的总变形和工艺系统刚度为Yxt、Kxt。工艺系统的变形与刚度也是随切削力作用点位置的变化而变化，所以加工出来的工件在各个截面的直径是不相同的，必然产生形状误差。2.切削力大小的变化引起的加工误差（误差复映规律）

由于毛坯加工余量和材料硬度的变化，引起切削力和工艺系统受力变形的变化，使工件产生相应的尺寸误差和形状误差（圆度误差），这种现象叫“误差复映”。

误差复映系数ε=Δg/Δm=A/Kxt+A Δg、Δm——工件、毛坯误差。

A——径向切削力系数，是常数。

3.夹紧力和重力引起的加工误差

工件在装夹时，由于工件刚度较低或夹力点不当，会使工件产生相应的变形，造成加工误差。工艺系统中某些零部件自身的重力所引起的相应变形也会造成加工误差。4.传动力和惯性力对加工精度的影响

传动力、惯性力在加工过程中经常改变方向，刚性较差工件夹紧时施力不当，机床部件、夹具、工件在机床上下移动等使机床受力变形的变化，也会引起加工误差。

传动力影响：有些书中认为：在单爪拨盘传动下，车削出的工件是一个正圆柱，不会产生加工误差。也有些论著认为：形成的截面形状为心脏形的圆柱度误差。惯性力影响：在高速切削时，工艺系统中存在不平衡的高速旋转部件，就会产生离心力。理论上讲不会造成工件圆度误差，但如果离心力大于切削力时，车床主轴轴颈和轴套内孔表面的接触点不停地变化，轴套孔的圆度误差将传给工件的回转轴心。另外，周期变化的惯性力常常引起工艺系统的强迫振动。

四、机床部件刚度 1.机床部件刚度的测定

⑴静态测定法：在机床不工作状态下，模拟切削时的受力情况，对机床施加静载荷，对机床部件在不同静载荷下的变形，绘出刚度特性曲线。刚度曲线特点： ①变形与作用力不是线性关系，反映刀架不纯粹是弹性变形。

②加载和卸载曲线不重合，两线之间的面积表示克服零件之间摩擦和接触塑性变形所作的功。

③卸载后曲线不回到圆点，说明有残留变形；但反复加载-卸载残留变形逐渐趋于零。④部件的实际刚度比按实体估算的小。

⑵工作状态测定法：静态测定法近似地模拟切削时的切削力，与实际加工条件不完全一样，采用工作状态测定法比较接近实际。工作状态测定法依据误差复映规律。不足之处不能得出完整的刚度特性曲线及随机性因素。2.影响机床部件刚度的因素

⑴连接表面间的接触变形：表面存在粗糙度，实际接触面比理论接触面小，接触凸峰处于接触状态，在外力作用下产生较大的接触应力，产生接触变形，有弹性也有塑性的。⑵零件间摩擦力的影响：机床部件受力变形时零件间连接表面会发生错动，加载时阻碍变形发生，卸载时阻碍变形恢复，造成刚度曲线加载和卸载不重合。⑶接合面的间隙：零件间只要存在间隙即使很小，会使零件错动，刚度很低。⑷薄弱零件本身变形：薄弱零件受力变形对刚度影响很大。

五、减少工艺系统受力变形对加工精度影响的措施 1.提高工艺系统刚度

①结构设计合理：设置辅助支承和截面形状，可提高部件刚度。

②提高连接表面的接触刚度：提高零件的配合表面质量；给部件预加载荷消除间隙；提高定位基准面的精度，减少粗糙度。③装夹工件要合理，加工方式要得当。2.减小载荷及其变化

工艺措施要合理，如合理选择刀具几何参数以减小切削力可以减少受力变形。

六、工件残余应力引起的变形

工件内的残余应力（也叫内应力）会使工件发生变形，丧失原有的加工精度。产生残余应力因素来自冷热加工。

① 毛坯制造和热处理过程中产生的残余应力：在锻、铸、焊、热处理等加工过程中，由于工件热胀冷缩不均匀、金相组织转变时发生体积变化，使工件毛坯产生很大的残余应力。

② 切削加工带来的残余应力：切削力和切削热使工件表面产生冷热塑性变形和金相组织变化，从而使工件表面产生残余应力。

③ 工件在冷校直时产生残余应力：弯曲工件校直时，必须向反方向弯曲，使工件产生塑性变形。去除外力后，工件截面上部外层产生拉应力，里层产生压应力；下部外层产生压应力，里层产生拉应力。

为减少残余应力对加工精度的影响，①增加消除残余应力的热处理工序；②合理安排工艺过程，如粗细加工分开；③改善零件结构，提高刚度。另外可在毛坯制造及零件粗加工后进行时效处理。常用的方法有：人工时效、振动时效、天然时效等。

§3-4 工艺系统热变形对加工精度的影响

一、概述

系统热变形将破坏刀具与工件正确的几何关系和运动关系，造成工件的加工误差。在精密加工和大件加工中，热变形引起的加工误差能占到加工总误差的40%～70%。控制和减少热变形对保证加工精度很重要，无论是理论上还是实践上，需要研究和解决的问 题很多。1 工艺系统的热源

热从高温处向低温处传递，有导热、对流和辐射三种；热源可分内部和外部两类。①切削热是最主要的热源，它的一部分传入工件和刀具使工件和刀具产生热变形。②传动部分（轴承副、齿轮副、导轨副、离合器等）产生的摩擦热，传到床身。③机械动力热源，如电机、电器箱、液压泵等能量损耗转化为热量。④环境热量（阳光、取暖设备等）使工艺系统各部分受热不均匀引起的变形。

以上切削热、摩擦热属于内部热源，热量以热传导形式传递；外部热源主要以辐射形式传递热量。工艺系统的热平衡和温度场概念

①热平衡：工艺系统在各种热源作用下，温度会升高，但也向周围环境散热。当工件、刀具、机床的温度达到某一数值时，单位时间散发的热量和热源传入的热量趋于相等。②温度场：由于热源及其发热量、位置和作用不同，散热条件不一样，所以各点温升也不一样，物体中各点温度的分布称为温度场。3 切削热计算公式

Q=Pz·V·t Pz—主切削力（N）；V—切削速度(m/min)；t切削时间(min)

二、工件的热变形对加工精度的影响

工艺系统热变形中，机床热变形最复杂，工件和刀具热变形相对比较简单，工件产生热变形主要受切削热的影响，热变形有两种情况： 1 工件比较均匀地受热：

简单的轴类、套类等零件的内外圆加工时，切削热均匀地传入工件，主要影响尺寸精度。热变形量计算公式（长度、直径）：

ΔL=α×L×Δt；ΔD=α×D×Δt Δt工件温差℃，α线膨胀系数

圆柱度误差：ΔR=α×D/2×Δt －５－５（α钢≈1.17×10 /K；α铜≈1.7×10/K；α

铸铁≈1.05×10

/K）

－５ 加工精度较高的轴类零件，如磨外圆、丝杠等宜采用弹性或液压尾顶尖。2 工件不均匀受热：

如平面的刨、铣、磨时，工件单面受热，上下面之间的温差影响几何形状（尺寸）精度，导致工件拱起。加工中拱起部分被切取，冷却后变成下凹，造成平面度误差。例如，磨削长L、厚S的板类零件，热变形挠度X=（α×Δt×L２）/8S

三、刀具的热变形对加工精度的影响

刀具的热变形主要是切削热引起的。刀具切削部分的温度很高，通过热传导使刀杆温度升高，刀杆伸长，变形量有时可达0.03～0.05mm。在加工长轴类工件时会造成表面几何形状误差，有时可与刀具的磨损相互补偿，故刀具对加工精度影响不太大。为了减少刀具的热变形，应合理选择切削用量和刀具的几何参数，并充分冷却和润滑，以减少切削热，减低切削温度。

四、机床热变形对加工精度的影响

机床主轴、床身、导轨等受内外热源的影响，由于热源不同，形成不均匀的温度场，使它们的相对位置发生变化，热变形破坏了原有的几何精度，造成加工误差。

对于车、铣、钻、镗等机床的热源是主轴箱内的传动件的摩擦热和润滑油发热。例如，车床主轴发热使主轴箱在垂直面内偏移，在水平面内倾斜，主轴箱温升使主轴升高；热量传给床身和导轨加剧了主轴的倾斜。要控制热倾斜量，可采用空调车间等。一般床身的热变形占总倾斜量的75%，前后轴承温差引起的倾斜量只占25%。

平面磨床床身热变形受油池安放位置和导轨摩擦热的影响。利用床身作油池床身下部温度高于上部，导轨产生中凹变形；有些磨床油箱移至机外，由于导轨面摩擦热，使床身上部温度高于下部，导轨产生中凸变形。（课本P68）

五、减少工艺系统热变形对加工精度的影响措施 ⑴减少热源的发热和隔离热源;⑵均衡温度场（强制冷却）;⑶设计上采用热对称结构及装配基准;⑷设计时使热变形发生在不影响加工精度的方向上。⑸控制环境温度、加速达到热平衡状态。

前面我们讲过，实际生产中加工误差单因素分析法和加工误差的统计分析法常常结合起来应用，对加工精度进行综合分析。生产中，影响加工精度因素错综复杂，很难用我们讲过的单因素分析法，分析计算某一工序的加工误差，因此必须通过对现场实际加工的一批零件进行检查测量，应用数理统计的方法加以处理和分析，从中发现误差规律，指导找出解决加工精度的途径，这就是加工误差的统计分析法。

一、加工误差的性质

各种单因素的加工误差，按其在一批零件中出现的规律，可分为两大类。§3-5 加工误差的统计分析 ### 9 ### 1系统误差

在顺序加工的一批零件中，加工误差大小和方向保持不变的误差（常值误差）或按一定的规律变化（变值误差）统称系统误差。

⑴常值系统误差—加工原理误差，机床、刀具、夹具、量具的制造误差，工艺系统受力变形误差等。例如，绞刀直径有0.01mm的负偏差，加工的孔也存在0.01mm的负偏差。⑵变值系统误差—机床和刀具热变形,刀具磨损引起的加工误差随工序有规律变化。2随机误差

在顺序加工的一批零件中出现的大小和方向都是无规律变化的误差。

例如：毛坯误差的复映、定位误差、夹紧误差、操作误差、内应力引起的变形误差。

不同性质的误差解决途径不同。对于常值系统误差，可以通过调整或检修工艺装备的方法解决，或者人为地制造一种常值误差补偿原来的常值误差。对于变值系统误差可以通过自动补偿的方法解决。无明显变化规律的随机误差很难完全消除，只能从根源上采取措施缩小其影响。

二、分布图分析法

由于加工误差存在着系统误差和随机误差，采用统计分析方法更为科学。统计分析方法就是以对许多工件抽样检查的结果为基础，经数理统计的处理，从中发现规律，找出解决途径。1实验分布图

测量一批工件机加工后的实际尺寸（或误差），由测量所得数据作出工件加工尺寸的实际分布图，一般用直方图或实验分布曲线作为工件加工尺寸的实验分布图。再用实验分布图的有关参数作出与它近似的理论分布图，根据理论分布图的方程可以定量地对加工误差进行计算。

直方图和实验分布曲线的绘图步骤看参考书（课本P204）2理论分布曲线

⑴正态分布：实验证明如果工艺系统不存在系统误差，只存在随机误差，被加工零件的尺寸是符合正态规律分布（即高斯曲线）。（课本P206）

y—分布密度；x—工件尺寸或误差；μ—误差的算术平均值；ζ—均方根偏差 正态分布曲线特征：①曲线以μ直线为对称中线；

②μ的正偏差和负偏差相等； 正态分布曲线方程式：y=1/(ζ√2π)exp-1/2[(x-μ)/ζ]２（也叫概率密度函数）③分布曲线与横坐标包围的面积包括了全部工件数（100%），x=μ±3ζ范围面积占99.73%，±3ζ（或6ζ）的大小代表了某一种加工方法在一定的条件下所达到的加工精度，所以工件的公差δ＞6ζ才能保证加工精度。⑵非正态分布：若工艺系统还存在常值系统误差，则工件尺寸的分布曲线不变，只不过曲线位置沿X轴发生平移；当工艺系统存在变值系统误差，曲线不在是正态分布，可以认为是若干个正态曲线的迭加，仍可借鉴正态分布曲线求解。非正态分布曲线特征：实际加工中不近似于正态分布的有，①双峰曲线，将两次调整下加工的零件混在一起，由于每次调整时常值系统误差是不同的，其值＞2.2ζ；如果两台机床加工的零件混在一起，不仅常值系统误差不同，机床精度也不一样，那么曲线的两个高峰也不一样。

②平顶曲线，加工中刀具尺寸磨损严重。

③凸峰曲线，刀具热变形严重，加工轴时曲线凸峰偏向左，加工孔时曲线凸峰偏向右。有端跳和径跳误差时分布不对称（瑞利分布）。3分布图分析法的应用

①判断加工误差性质：例如没有变值系统误差，服从正态分布；常值系统误差仅影响μ值，即影响分布曲线的位置，对形状没影响。

②确定工序能力及等级：工序处于稳定状态时，加工误差正常波动幅度。工序（也叫工艺）能力6ζ；工艺能力系数Cp=T/6ζ，T公差范围（工件尺寸公差）。工序能力分为5级，一般不低于2级，Cp＞1 ③估算合格品率 参看有关例题

三、点图分析法

分布曲线法属于事后分析，不能把规律性误差从随机误差中分离出来；也不能在加工过程中提供控制工艺过程资料。采用点图法可以按加工的先后顺序，作出工件尺寸变化图，以暴露整个加工过程的误差变化。1点图的形成：

按加工顺序定期测量工件尺寸，每组取4或5个工件，测量后取平均值。组序号为横坐标；工件平均尺寸为纵坐标。将各点连接得到点图。

2点图分析法的应用：点图法是全面质量管理TQC中用于控制加工质量的方法之一。①工艺验证—查明某种加工方法的工艺能力和工艺的稳定性。

工艺能力用工艺能力系数表示Cp=T/6ζ T公差范围，6ζ实际加工误差。一般工艺能力系数Cp＞1，即实际加工误差应小于规定的公差；Cp太大不经济，一般分为5级。Cp＜1工序能力不足，产生不合格率不可避免。

单值点图（图2-58，书上讲的比较多在这里扼要说明），图2-58实际上是某一个加工工艺的单值点图实例，图中画有中心线和控制线，控制线用于判断工艺是否稳定的界限。

x-R图（例题见P82）

工艺稳定性是指工件尺寸平均值μ和方均根误差ζ在长期加工过程中保持不变。为了验证工艺的稳定性，需要应用xi，Ri两张点图将一批工件依照加工顺序分成m 个为一组，xi是第i组的平均值，共分K组；Ri是第i组数值的极差（xmax-xmin）i，这两张图合在一起使用称为x-R图（P81）。

②加工过程误差分析—从点图中分解出系统误差和随机误差，寻找误差根源。

例如，工件尺寸平均值X点图呈缓慢上升或下降趋势，可以考虑工艺系统是否存在热变形或刀具磨损。通过采取相应的解决措施进行验证，如果点图变化趋势有所改进，说明分析正确。当系统误差消除后，随机误差成为主要误差，分析产生随机误差的原因可采用数理统计中的相关分析法。

§3-6 保证和提高加工精度的途径

一、误差预防技术 1.合理采用先进工艺与设备

在制定工艺规程时要考虑，经济效益比较显著。2.直接减小原始误差

例如，加工细长轴时，由于工件刚度很差，容易产生弯曲和振动，影响工件的几何精度。采用跟刀架，可以消除背向力将工件“顶弯”的因素。但细长轴工件在进给力的作用下，会因为“压杆失稳”被压弯。在切削热的作用下，工件会受热伸长。受卡盘和顶尖的限制，将产生轴向力加剧工件弯曲变形。为了消除或减小以上因素产生的误差，可采用反向进给的切削方式，同时应用弹性尾座顶尖，背向力作用是拉伸而不是压缩。拉伸变形和热伸长都可以在弹性顶尖上得到补偿。3.转移原始误差

在工艺系统中增加工艺装置，将原工艺系统中不易控制的误差转移的新的工艺装置上加以控制。例如，用镗模夹具加工箱体零件的孔系，即使机床加工精度不高，误差也 能转移，此时工件的加工精度完全取决于镗杆和镗模的制造精度。制作工夹具要比改造机床简单，容易保证精度。4.均分原始误差

生产中本工序的加工精度比较稳定，但由于毛坯或上一工序引起的误差造成本工序超差，采用分组调整（均分误差）的方法。

为了获得精密的轴孔配合，要求轴孔加工的很精确，用现有设备但很不经济，甚至无法加工。因此可将公差扩大几倍进行加工，然后精密地测量全部零件，分组。每组零件尺寸分散范围小于规定公差，然后将相应组的零件装配起来，得到规定的配合精度。5.均化原始误差

利用有密切联系的表面相互比较，互相检查，从对比中找出差异，然后进行相互修正或互为基准进行加工。所谓密切联系的表面有三类，一类是配偶件的表面，例如精密丝杠与螺母研具，鼠牙分度盘等；一类是成套件的表面，如三块一组的原始平面，直尺；还有一类是工件本身互相牵连的表面，如分度盘的各个分度槽。6.“就地加工”达到最终精度

将零件装配到机器的确定部位，利用机器本身相互运动关系对零件上的关键定位表面进行加工，消除装配时误差累积的影响。例如在机床上就地修正花盘和卡盘平面的平直度，修正卡盘爪的同心度，及夹具的定位面。7.加工过程中的积极控制

在机加工中，对于常值系统误差可以用误差补偿的方法进行消除和减少，但对于变值系统误差，就必须用积极控制方法进行补偿。积极控制方法，也就是利用测量装置连续地测出工件的实际尺寸（或形状及位置精度），并与基准值进行比较，随时修正刀具与工件的相对位置，直到两者的差值不超过预定的公差为止。例如在外圆磨床上，利用气压传感器监测工件实际尺寸，当工件尺寸达到设定值时，砂轮架自动退出。

保证加工精度最基本方法是合理采用先进工艺与设备。

二、误差补偿技术

人为地造成一种新误差去抵消另一种加工误差，尽量使两者大小相等，方向相反，达到减小误差的目的。

6.机械制造工艺与设备 篇六

随着科技的进步，我们发现机械设备制造在慢慢的发生着改变，制造行业也在不断的接受外国的思想。

在我们今天的研究中发现，更多的运用高科技，使得行业会得到很大的提高。

关键词：机械设备制造;制造工艺;制造业

0 前言

7.水轮机零部件组合的基本工艺 篇七

1.1 滚动配合。

电动机、水泵等小型设备常用滚动轴承, 轴承的滚动体与内、外卷之间就是相对滚动的配合关系。不过, 滚动轴承的尺寸及运动精度等, 都是由制造厂规定和保证的, 安装或检修时只进行必要的清洗、检查、润滑, 而且往往是整体装、拆的, 其工艺过程相对简单, 这里就不多叙述了。

1.2 滑动配合。

水轮发电机组的轴承, 除极少数以外都是滑动轴承, 一种是圆柱面的导轴承, 一种是平面的推力轴承, 其中轴领和镜板转动, 而导轴瓦和推力轴瓦不转动, 构成了相互滑动的配合关系。另外, 导叶轴与轴套之间, 控制环与顶盖之间也是滑动配合, 不过滑移的范围小, 速度低。

2 相对静止的组合关系

2.1 螺栓连接。

用各种螺栓把两个甚至多个零件连在一起, 组成可以拆卸但又相对固定的组合关系, 这是广泛采用的连接形式。在水轮发电机组中, 除了一般性的连接以外, 主轴与水轮机转轮之间, 水轮机轴与发电机轴之间的螺栓连接, 是最重要的、要求很高的螺栓连接。

2.2 过盈配合。

轴比孔大的配合称为过盈配合, 当用强力挤入或者加热后套入的方法把轴与孔装配起来后, 它们之间就会密切接触而紧紧地连在一起。过盈量较大的配合将使轴与孔固定成一体, 今后不再拆卸, 如发电机主轴与轮壳之间就是这种连接。过盈量较小的配合是可拆卸的, 但它能使轴与孔同心, 而且连接比较紧密, 推力头与主轴之间的配合就是个典型代表。

2.3 焊接。

电孤焊是常用的一种固定连接方式, 也是一般不再拆卸的连接。水轮机金属蜗壳的拼节和挂装;尾水管里衬与基础环或者转轮室之间的连接, 就正是重要的焊接实例。

2.4 铆接。

在两个零件的同一位置钻孔, 穿入铆钉并将钉头打变形, 从而使两者固定在一起的方式就是铆接。就水轮发电机组而言, 铆接只用于一些次要的地方, 而且应用已越来越少。

3 滑动配合面的研磨和刮削

水轮发电机组的轴承, 绝大多数是用透平油润滑的滑动轴承。为了使轴瓦耐磨, 都在钢的瓦体上浇铸一层巴氏合金来制成工作面。分块瓦式的导轴承, 由四周均匀分布的六块、八块或更多的轴瓦围成圆柱面, 包围轴领并承受径向力, 以而使机组轴线稳定。筒式导轴承则只有两块半圆形的轴瓦。推力轴瓦一般是分块的, 由八块或更多的轴瓦围成一个圆环形的平面, 面对推力头及镜板, 在轴线方向固定主轴并承受轴向力。

实际运行时, 轴瓦与轴领或镜板并不直接接触, 要在中间形成一层油膜, 靠油膜润滑并传递压力, 这即是液力摩擦的形式。液力摩擦对滑动的工作面有很严格的要求, 不仅形状、尺寸要正确, 而且表面质量要高, 还得相互密切配合。这些质量要求单靠机床加工是无法满足的, 必须在安装过程中用人工的方法修整, 这就是对轴领和镜板进行研磨, 对轴瓦进行刮削。

3.1 研、刮的目的

3.1.1 修整摩擦面, 改善结合质量。

机床加工出来的平面、内圆柱面、外圆柱面, 都不可避免的存在问题, 如形状和尺寸有误差, 表面留有加工痕迹因而光洁度 (粗燥度) 不够, 更不可能相互密切配合。对镜板或轴领研磨, 对轴瓦刮削, 首先就是为了修整制造误差, 提高其表面质量;更要改善它们之间的结合情况, 使两者的工作面互相吻合, 接触面积达到轴瓦总面积的75%~90%, 而且使接触点均匀分布, 如达到每平方厘米1~3个点。

3.1.2 刮削在轴瓦表面留下凹坑, 有利于形成油膜。

刮, 是人工用刀具去修整的过程。对轴瓦的刮削, 一方面造成适当的进油边, 使透平油能顺利进入;另方面又在轴瓦表面留下大量凹坑, 这种宽而浅的凹坑有利于形成并保持油膜。

3.1.3 提高耐磨性, 延长轴瓦的使用寿命。

研磨使轴领或镜板的工作面更平整、更光洁;刮削使轴瓦表层的巴氏合金发生塑性变形, 不仅更好地与轴领、镜板配合, 而且表面硬度有所提高。这些都大大提高了轴瓦的耐磨性, 可以明显地延长其使用寿命。

目前, 除某些大型机组采用不需刮削的氟塑料推力瓦以外, 巴氏合金轴瓦都要经过研刮。

3.2 镜板的研磨

研磨, 就是用工业毛毡、法兰呢等软材料, 加上研磨剂后在工件表面来回摩擦的加工过程。研磨剂中细小但硬度很高的磨料晶粒, 会在混乱无序的相对运动中对工件表面进行切削。研磨的切削量非常小, 但是足以纠正机床加工留下的表面不平整等细小误差, 更能大大提高表面的光洁度, 直到形成不同程度的“镜面”。

大中型机组的镜板常用研磨机研磨, 如图1所示。将推力轴承座放成水平位置, 在互成120度角的三方安装抗重螺栓, 装入推力轴瓦或者临时性垫块。把镜板吊放到这三个支点上, 并使工作面向上, 调整其水平度到误差不大于0.1mm/m~03mm/m。两根长条形的研磨用平台, 以工业毛毡或法兰呢包裹起来作为研磨条, 对称地放在镜板表面并与转臂连接。当电动机带动转臂旋转时, 研磨条即对镜板进行研磨。

但实际研磨应注意以下几点:

a.研磨前须对镜板进行检查和必要的修整。工作表面如果有局部伤痕、锈蚀等缺陷, 应该先用天然油石修磨。

b.研磨前用无水酒精或甲苯仔细清洗镜板, 并以绸布擦干, 再加上适量的研磨剂。

c.研磨剂通常用煤油、猪油和粒度M5~M10。的氧化铬粉末, 按适当比例调合而成, 必要时还需用细绢布过滤。由于氧化铬成绿色, 这种研磨剂俗称“绿膏”, 可以在专业商店购得。研磨剂的用量和稠度视具体情况决定, 一般是先多后少, 先稠后稀。

d.研磨条在镜板表面的运动应该包括两个方面;既要随转臂绕中心旋转 (公转) , 又要以连接螺栓为中心自身旋转 (自转) 。这才能保证混乱无序的研磨, 不形成方向固定的磨痕。研磨条的运动还必须缓慢而平稳, 一般公转的转速控制为6~7r/min。

e.研磨到最后, 镜板工作表面应平整、光滑, 没有肉眼可见的缺陷。表面应成略为发暗的镜面———表面粗糙度Ra0.05以下 (光洁度11及以上) 。

中小型机组的镜板往往用人工研磨, 其原理、方法和最终要求都与上述相同。但人工研磨应特别注意以下问题:

a.事先准备研刮用的工作平台。工作平台的大小和高度视需要而定, 但必须牢固, 稳定。

b.将镜板工作面向上地放在工作平台上, 支撑成水平状态, 水平度误差以不大于0.1mm/m为宜。

c.研磨工具可用毛毡包裹工业平板, 或者用毛毡包裹推力瓦。研磨剂的配制和使用与前述相同。

8.铜基电接触材料制造工艺 篇八

关键词：铜合金电接触材料；粉末冶金法；双层产品

中图分类号：TG156 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）26-0063-02

CuWWC复合材料是由Cu、W、WC所组成的三相均匀分布的既不互溶又不形成化合物的一类复合材料，兼有Cu的高导电、导热率、塑形及易加工性和W的高熔点、高比重、抗电蚀性、抗熔焊性、高的高温强度以及WC的高熔点、高硬度性能，在真空接触器上得到了广泛的应用。

1 CuWWC/Cu制造工艺

1.1 合金粉末制备过程

将W粉与WC粉以1∶1的比例进行V型混粉机混粉，然后在真空烧结炉中进行烧结，后进行破碎过筛，将其与配料中剩余的W粉、Cu粉以一定比例进行混合，在钼棒炉中进行粉料烧结、破碎、过筛。以上述方法制备CuWWC的

粉末。

1.2 试验工艺流程

CuWWC合金粉制备→初压压制→溶渗烧结→外观加

工→清洗。

1.3 溶渗烧结工艺

叠层溶渗，就是用熔点比骨架熔点低的金属或合金置于金属粉末压制后预烧结或未烧结的多孔体骨架上面或者下面进行的溶渗。

采用一般叠层溶渗烧结方式的产品，其溶渗烧结方式为溶渗Cu片放置在基体CuWWC上面，在烧结炉内一定气氛与温度、时间下，溶渗Cu熔化进入基体CuWWC骨架结构里面，其中一部分Cu片熔化填满基体骨架，另外一部分溶渗Cu片留在基体上面形成Cu层，即烧结结束之后，在垂直方向上Cu层与基体CuWWC为上下结构。通常采用这种方式烧结的产品，其Cu层以“鼓包”的形式堆积在基体上面，难以做到Cu层平整以及Cu层在0.6mm左右。而且Cu层以“鼓包”形式存在的电接触材料CuWWC/Cu在加工Cu层时难度也比较大。对烧结环境的要求也比较高，如果烧结炉真空度不足的话，极易使Cu层里面存有气孔。为了改善上述制作方法，采用垂直溶渗烧结，即溶渗Cu片放置在基体CuWWC上面，但是基体的放置位置发生变化，与一般叠层熔渗烧结相比较，基体CuWWC的放置旋转90°，在烧结炉一定气氛、温度与时间下，溶渗Cu一部分熔化进入基体骨架里面，一部分在基体的侧面由液体成为固体凝固下来形成Cu层，即烧结结束后，在垂直方向上，Cu层与基体CuWWC为左右结构。采用这种方法制作CuWWC/Cu双层产品Φ22×3.2，Cu层要求厚度在0.6mm左右，平整，Cu层里面没有气孔。

1.4 溶渗烧结试验

1.4.1 烧结时烧舟的设计。由于Cu层在基体CuWWC压坯的侧面形成，所以需要对烧舟进行特殊设计。在垂直方向上，烧舟一侧根据Cu层厚度的要求设计Cu层最后形成所需要的空间，另外一侧根据基体CuWWC骨架的尺寸设计压坯所需要的空间，同时在Cu层与基体CuWWC骨架所在烧舟空间的上方设计溶渗Cu的放置位置以及便于溶渗Cu熔化流入基体CuWWC骨架与Cu层空间的导槽。这里对溶渗Cu熔化经过的导槽设计要求比较严格，如果导槽设计不合理，会影响溶渗Cu在熔化时溶渗进入骨架与形成Cu层，导致Cu层短缺或者是Cu层不平整以及出现孔洞。

1.4.2 烧结温度与时间。由于Cu的熔点是1083℃，所以选择比Cu的熔点稍高的温度进行溶渗烧结。

表1 CuWWC/Cu溶渗烧结温度与时间的影响

溶渗烧结温度（℃）溶渗时间（min）气氛结果

110012氢气不良

110018氢气良好

115012氢气不良

115018氢气不良

120012氢气不良

120018氢气不良

采用1100℃，12min烧结参数制作的产品，由于烧结时间比较短，部分产品溶渗Cu没有很好地熔化进行溶渗导槽，造成Cu层位置Cu短缺（图1）。

采用1100℃，18min烧结参数制作的产品，结果良好，既形成符合要求的Cu层（0.6mm左右），同时Cu层里面没有发现肉眼可见的孔洞（Cu层车削0.2～0.3mm）（图2）。

图1 Cu层Cu短缺 图2 产品里面没有气孔

采用1150℃，12min烧结参数制作的产品由于烧结时间比较短，部分产品溶渗Cu没有很好地熔化进行溶渗导槽，造成Cu层位置Cu短缺。

采用1150℃，18min烧结参数制作的产品，结果良好，既形成符合要求的Cu层（0.6mm左右），同时Cu层里面没有发现肉眼可见的孔洞，但是部分产品在烧结结束之后容易被氧化。

采用1200℃，12min烧结参数制作的产品，结果良好，既形成符合要求的Cu层（0.6mm左右），同时Cu层里面没有发现肉眼可见的孔洞，但是全部产品在烧结结束之后被氧化。

采用1200℃，18min烧结参数制作的产品，结果良好，既形成符合要求的Cu层（0.6mm左右），同时Cu层里面没有发现肉眼可见的孔洞，但是全部产品在烧结结束之后被氧化。

所以，根据以上实验结果，烧结工艺参数1100℃，18min，氢气气氛为最佳产品制造参数。

1.4.3 溶渗Cu量的影响。由于采用垂直烧结方式进行制作，在溶渗烧结过程中，溶渗Cu的量对产品制作结果也有着影响。计算了3个Φ22×3.2的溶渗Cu的重量，对比3组Cu量对产品烧结结果的影响。

方式1计算方法=溶渗到骨架结构的溶渗Cu量+Cu层0.6mm需要的溶渗Cu量。

方式2计算方法=溶渗到骨架结构的溶渗Cu量+Cu层0.6mm需要的溶渗Cu量+溶渗Cu导槽Cu量。

方式3计算方法=溶渗到骨架结构的溶渗Cu量+Cu层0.6mm需要的溶渗Cu量+（溶渗Cu导槽Cu量）×2。

表2 不同溶渗Cu量对产品结果的影响

溶渗Cu量计算方式溶渗Cu量（g）结果

方式16.5不良

方式28.5良品

方式310.5良品

采用6.5g溶渗Cu量制作的产品，部分产品出现溶渗Cu留在导槽处，导致Cu层短缺，一部分产品虽然Cu层平整，但是Cu层有气孔，不良。

采用8.5g溶渗Cu量制作的产品，Cu层平整（图3、图4），而且没有气孔，效果良好，Cu层达到0.6mm左右（图5），50X金相显微结构检测，Cu层厚度为0.677mm。在溶渗过程中，气体随着溶渗Cu向下流动时向上移动到导槽处的Cu位置，从而避免了Cu层气孔的产生。加工成品时需要将导槽处形成的Cu去掉即可。

图3 Cu层面平整 图4 CuWWC/Cu工作面

采用10.5g溶渗Cu量制作的产品，Cu层平整，而且没有气孔，Cu层厚度0.6mm左右，但是导槽处Cu量比较多：一是材料的使用量过多、成本高，二是给成品的加工带来复杂度。

通过以上实验，最终将溶渗Cu量设定在方式2的计算方法上。

图5 CuWWC/Cu产品Cu层厚度测量50X

2 结语

通过上述实验，制作CuWWC/Cu双层产品，Cu层在0.6mm左右，且Cu层没有气孔，主要从以下三点可以实现产品的制作：（1）溶渗烧舟设计；（2）溶渗温度、时间、气氛；（3）溶渗量计算。

采用这种方法制作的产品已经实现了生产化，应用商开始了使用。

参考文献

[1]陈文革.热处理对CuW电工合金组织与性能的影响

[J].电工材料，2002，（2）.

[2]陈文革，胡可文，罗启文.WC/Cu大电流滑动电接触材料的研究[J].高压电器，2008，（1）.

[3]铜钨及银钨电触头（GB/T8320-2003）[S].

作者简介：吴婷（1984—），女，山西人，供职于上海电科电工材料有限公司，研究方向：银基与铜基电接触