提高涡壳加工精度的工艺方案探讨

崔娜

摘要：为了提高涡轮增压器中间壳体的加工精度，分析了中间壳体传统加工工艺中存在的问题，主要表现在跳动公差超标并且无法对其测量，针对问题对车床加工工艺进行优化，将中间孔与轴承安装孔之间的槽加工工序放置在了粗加工之后、精加工之前，消除了槽加工变形带来的跳动公差不符合标准的问题，并且可以实现用跳动测量工具对跳动进行测量。

关键词：涡壳;加工精度;工艺方案

0  引言

涡轮增压器是一个为发动机提供充足空气的空气压缩装置，与发动机的进排气管路相连接，涡轮增压器在为发动机提供压缩空气的同时，发动机排放出来的废气会为涡轮增压器运转提供动力，主要是利用废气的惯性力来实现的，首先发动机排放的废气会直接作用在涡轮增压器的涡轮上，然后涡轮转动通过轴的连接帶动叶轮运转，最后叶轮转动会压缩壳体内的空气，将压缩后的空气输送到发动机气缸内。空气进气量的加大以及气缸内氧气含量的增加均能够帮助更多的燃料燃烧，此时为发动机提供更多的燃料并且增加发动机转速，发动机能够产生更多的输出功率。涡轮增压器壳体是涡轮增压器中重要的零件，本文就提高涡轮增压器加工精度的工业方案进行了研究。

1  传统工艺方案问题分析

中间壳体是维持涡轮增压器正常运转的主要部件，正常工作的转速维持在1万转每分钟以上，另外，涡轮增压器的工作温度维持在较高水平，为了保证中间壳体的轴类零件的正常工作，通常采用油冷的方式对零件进行降温，同时油液还能够为轴承提供良好的润滑环境[1]。如图1为中间壳体的三维模型示意图。

在实际加工过程中，中间壳体的加工精度要求非常高，表现在外围圆和中间孔的圆跳动误差要控制在0.03mm以内、外端面和中孔端面跳动误差要控制在0.03mm以内以及轴承安装孔与中间孔的圆跳动的误差要控制在0.03mm以内。此外，在加工过程中还要防止切削力过大导致工件变形，并且切削过程中还会产生大量的热量，工件受热温度上升也会影响到外部形状，当零件在加工过程中造成零件外圆以及中间孔发生形变时，会导致零件精度达不到图纸的要求，为此在加工过程中必须要各个控制切削力以及工件表面温度[2-3]。

运用传统的加工工艺进行中间壳体零件加工时，无法将零件表面的跳动量误差控制在图纸要求的范围内，以现有的加工方式只能够控制在0.05mm误差内;在加工完中间孔以及轴承安装孔后，即便能够确保中间孔的尺寸公差处于图纸要求范围内，但是无法进行加工表面跳动量误差测量，导致加工出的壳体零部件不能够满足使用需求[4]，如图2为跳动量测量工具。

2  提高蜗壳加工精度的工艺改进方案研究

2.1 优化加工工艺

通过对中间壳体出现的问题进行分析，可以得出在加工中间孔与轴承安装孔间的槽会造成内部腔体出现较大的形变，并且会造成不能够进行跳动公差的测量。另外，结合中间壳体不规则的腔内结构，对车床的加工方案进行优化处理，主要是将中间孔与轴承安装孔间的槽加工工序进行调整，放置在粗加工后面，完成槽的加工后进行精加工[5]，表1为优化后的车床工艺方案。

通过对中间壳体的车床加工工艺进行优化，将车槽环节放置在了精加工的前面，消除了加工槽口出现的零件变形对跳动公差的影响，于此同时，跳动测量工具也能够对中间壳体图纸要求的三处跳动公差进行测量。

2.2 加工机床、夹具以及切削参数优化

在进行涡轮增压器中间壳体部件加工时，在确保零部件外形没有出现形变的情况下，机床加工工艺、夹具设计合理性以及切削参数设置等也会对零部件尺寸加工精度产生较大影响，为此，从加工机床、夹具以及切削参数等方面进行优化十分有必要。

第一，加工机床优化。涡轮增压器中间壳体外形尺寸较大，自身的重量也非常重，在进行加工过程中，由于自身重力原因很难保证零部件的加工尺寸与表面粗糙度。根据中间壳体的加工要求可知，中间壳体加工精度要求非常高，同时中间壳体应用范围广泛，需求量较大，所以选取2台立式车床相互配合，如图3所示，专门进行涡轮增压器中间壳体零部件加工，尽可能消除工件自重因素对加工精度的影响，从而保证中间壳体加工尺寸以及位置公差要求[6]。

第二，优化夹紧力。采用立式车床进行中间壳体部件加工，能够有效弥补由于工件自重问题引起的加工误差。在进行工件固定时，必须要保证工件与立式车床卡盘相对固定，所提供的夹紧力应当要适宜[7]。当提供的夹紧力较大时，会给予中间壳体较大的压力，从而导致中间壳体表面变形，也会损坏车床夹具部件，进而导致加工精度降低。当提供的夹紧力过小时，不能够为工件提供足够的夹持力，导致加工过程中中间壳体出现移位等问题，不仅会造成零部件加工精度达不到图纸要求，还可能会导致零部件脱落，造成严重的安全事故。为了解决这样的问题，在提供足够夹持力的基础上，最大程度降低车床夹具的夹紧力，并通过多种试验测试，选取最优的零部件夹持力，经过多次实践研究，当夹紧力设置为10MPa时，既能够减小涡轮增压器中间壳体表面的变形，同时也可以提供足够的夹紧力。

3  结语

中间壳体是涡轮增压器正常运转中非常重要的组成部分，受涡轮增压器工作环境的限制，中间壳体的加工精度要求较高，对传统的车床加工工艺进行优化，将中间孔与轴承安装孔之间的槽加工工序放置在了粗加工之后、精加工之前，消除了槽加工变形带来的跳动误差，有效解决了加工精度与形位公差不符合标准的问题。

参考文献：

[1]邢世凯，李聚霞，马朝臣，高建兵.新型可调向心涡轮增压器导叶调节机构设计[J].内燃机学报，2018，36（02）：166-172.

[2]赵小燕.涡轮增压器壳体销孔工艺研究[J].科技风，2018（04）：125，138.

[3]王巍，陈建设.基于CAD/CAE技术的汽车涡轮增压器壳体快速铸造工艺研究[J].热加工工艺，2018，47（01）：109-112.

[4]高飞，张露.汽车涡轮增压器壳体和销轴铆接-激光焊接一体化设备的设计[J].热加工工艺，2017，46（17）：217-220.

[5]金永锡，范仲嘉.高镍奥氏体球墨铸铁涡轮增压器壳体材质及工艺研究[J].铸造，2005（05）：494-500.

[6]Jens Tempel.汽车涡轮增压器的高生产率加工解决方案[J].金属加工（冷加工），2014（23）：32-33.

[7]张金明，苏益龙，马敏，李聪，于效顺.米勒循环气体发动机增压器涡轮壳温度场数值模拟[J].内燃机与动力装置，2019，36（02）：23-27.