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浅谈智能涡轮流量计叶轮的加工工艺

作者:江苏创辉自动化仪表有限公司
智能涡轮流量计产品,其机械部分原理是:当流量流入流量计时,在导流体的作用下得到调整并加速,由于叶轮与流体流向成一定角度,此时涡轮产生转动力矩,在克服摩擦力矩和流体阻力矩后,涡轮开始旋转。流量计的结构紧凑,其中叶轮是流量计的关键件,是传感器的检测元件。叶轮由高导磁性材料硬铝
2A12制成,与表体同轴叶片数常用2-24片,叶轮几何形状及尺寸对传感器性能有较大影响,叶片的旋转角度与导程的精准程度,直接关系到涡轮流量计的精度,即检测线性度的值。型号为150的叶轮的结构尺寸如图1。
此种零件如按一般工艺在铣加工中心加工ZUI好,但这样势必会使加工成本增加好几倍。考虑到流量计还在研发试制阶段,要做到既节约成本,又不影响尺寸精度因此我们针对车间现有设备的加工能力情况,决定在普通卧铣上加工。
 
1、叶轮加工的难点
叶轮的加工难点有:
(1)叶轮材料为2A12零件精度要求高在机加过程中容易变形;
(2)叶轮的叶片壁厚薄,其壁厚只有1~2mm加工过程中,其直径越大,加工时零件颤动越严重,从而对尺寸精度产生很大影响,直接影响气体的流速及检测线性度的值
(3)中心小孔与外圆直径差大,同轴度要求0.015mm。
针对以上加工难点我们制定出相应的措施。
 
2、制定的两套工艺方案
我们综合考虑各方面的因素,制定出以下两条工艺方案
(1)方案一。车外圆,几件为一体一铣削螺旋叶片一钳工去除毛刺一车断为单件,镗沉孔及外圆一铣槽一叶轮做动平衡一表面氧化处理。对方案一试加工一件,其结果不甚理想,因铣削后的叶片厚度只有1mm,用它来作为定位基准馑孔,很容易使叶片变形,且内外圆的同轴度难以保证,由此得出改进方案二。
(2)改进方案二。粗车(各面均留量1mm,左端凸台加长15mm,给铣加工预留夹头)热处理(材料具有热处理强化能力,因此在零件粗加工后安排一次热处理工序,以消除加工应力)精车(孔与外圆一刀下,调头上软爪,这样来保证同轴度铣(挂轮,借助工装铣削等速螺旋叶片)钳(去除所有毛刺)铣(铣槽,去夹头)叶轮做动平衡一表面氧化处理。
 
3、专用的工装夹具
在铣削叶片过程中,为了排除零件颤动我们做了一套工装夹具(如图2)。
工装为两块夹板,工装1右端呈凹心状左端车A2顶 尖孔,这样可以保证夹板外端受力有效的减少了振动降低了表面粗糙度,而且也摆脱了原来加工必须要小切削量,每次切削量不到05mm,耗时型号150的铣削需16h)的烦恼,现在加工此零件,效率提高了2~3倍每次切削量可到1~15mm在装夹零件时,以往采用三爪夹盘夹紧,而三爪夹盘自身精度较低,这样加工的零件在做动平衡后的数值偏差较大,增加做动平衡的难度,后来我们采取了在工装上的改进措施。把工装2的基准孔与零件配合,用M8顶丝顶住,这样使加工精度提高到0.01~0.02mm,动平衡有了较大的改善。
 
4、其他的工艺措施
为了减少工件在旋转过程中所产生的阻力,我们采用车床所用的活顶 尖,使转动更加顺利。在铣削过程中,由于铣刀在工件的右侧,而螺旋线为右旋,在旋转过程中,产生一向上的作用力。而普通铣刀底面有凹坑,不能切削而使铣刀受到一向上的力使铣削过程变得很困难,造成铣刀折断。我们采用底齿过中心的铣刀使底齿也产生切削,使旋转产生向上的力转化为切削力。采用上述工艺对工件加工后经多次检测达到了使用要求降低了加工成本,同时也保证了螺旋叶片对传感器精度的影响ZUI小,即检测线性度值小于1.5%。
 
5、检测的改进
在选择加工叶轮的螺旋导程时应根据检测情况加以改进。叶轮的精度,直接影响流量计的精度。当螺旋角过大时,造成螺旋叶片安装角B增大,即叶片重叠度增大,从而增加了轴承的工作负荷使轴承阻力矩增大减少了使用寿命同时也使叶轮本身受较大的作用力使其变形而失去作用;当螺旋角过小时,造成一部分气流从叶片间的空隙中流失,不能产生使叶轮转动的力量,从而使流量计的线性度升高。气体涡轮流量计的仪表常数K应为
K=∫lg=(Zxtgβ/2丌xrxA)x(1-tgθ/tgβ)
其中,
β为叶片安装角;
g为气体留量;
Z为叶片数;
θ为流体出口角理想状态下,无阻力矩存在,则θ为0;
A为进口处的气体流通面积。
加工的流量计在检测精度过程中,发现如下问题:
(1)示值误差(m)过大;
(2)重复性(Er)i不理想,正常值是小于0.5%;
(3)线性度超出正常值范围(小于1.5%)。
我们针对所产生的问题,对叶轮的螺旋角重新进行计算缩小了导程使叶片重叠度增加即叶轮所造成的气体流通空间更加封闭。
 
6、结束语
经过这样改进后的叶轮,装在原固定座上再进行重新检测。经检测后,全部达到精度要求精度提高一级,经用户使用后,非常满意。
 
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