摘要：在水轮机的许多部件上按不同的用途设置了许多轴套，这些轴套在其部位均起着重要的作用，它们的材料大多数为青铜。轴套装入孔内应不能松动，因此，轴套外圆配合一般均为过盈配合，且轴套往往是薄壁零件，一旦下车床立即变形，可能是椭圆形、或者是三角形等，接常规工艺是先将轴套外圆加工为图纸尺寸，内孔留一定精加工余量，将轴套冷装于包容件孔内后，再将轴套内孔加工到位。这种常规的轴套加工及装配工艺存在着工序长，劳动强度大。
关键词：轴套冷装加工；工艺尺寸；三维数值模拟
一、轴套常规加工与内孔按工艺设计尺寸加工方法对比
公司水轮机组的类型中，轴流转浆式和贯流转浆式机组转轮装配普遍采用液氮冷装轴套结构，其轴套的加工工艺对产品的制造周期和加工成本起着尤为重要的作用。冷装轴套工艺尺寸设计可取消转轮体冷装轴套后大、小轴孔同加工工序，进而缩短机组生产流程，降低制造成本。
1、轴套常规加工方法：轴套材料大多数为铸铝青铜，由于轴套与包容件孔的配合有一定的过盈量，常规工艺是先将轴套外圆加工为图纸尺寸，内孔留一定的精加工余量，将轴套液氮冷装压入装配孔内后，再同加工到位。这种轴套加工工艺存在着工件反复流转，反复装夹及找正，加工周期长，占用大设备时间多，效率低等缺点。
2、轴套按工艺设计尺寸加工方法：利用CAE三维分析软件对轴套过盈配合进行模拟分析，确定轴套冷装后内孔的理论收缩量，并计算出轴套冷装前内孔工艺设计尺寸，将其加工为成品，冷装在包容件轴孔内后就能直接满足设计要求。此方法取消了轴套冷装后同加工内孔的加工工序，减少了大设备的占用，机组的加工效率及制造周期得到大幅提高。
二、三维数值模拟轴套内孔工艺控制尺寸并在水轮机上应用
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公司某电站转轮体铜套冷装示意图 桨叶轴孔φ220轴套示意图
以上图φ220铜套为例：铜套小端外圆φ240r6（+0.113/+0.084）与转轮体配合内孔尺寸为φ240H8（+0.072/0），最大过盈量：0.113mm、最小过盈量：0.012mm。铜套冷装于转轮体后满足φ220（+0.046/0）设计要求。
利用三维绘图软件按图绘制φ220铜套装配模型，将绘制的三维模型导入ANSYS分析软件中，并按上述设计要求分别设定最大及最小过盈量，设定转轮体、铜套材料属性及ANSYS分析边界条件后进行模拟计算，计算结果如下图。
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在最大过盈量0.133mm时轴套内孔收缩量为0.1145mm、在最小过盈量0.012mm时轴套内孔收缩量为0.01216mm。按上述三维数值模拟结果,轴套内孔尺寸按φ220（+0.161/+0.122）控制加工，并在公司某电站转轮转配中五个桨叶轴套装配进行了验证，验证数据如下表：
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此电站转轮体轴套内孔直接按计算值[工艺控制尺寸φ220（+0.161/+ 0.122）]进行加工控制，轴套采用液氮冷装于转轮体，恢复常温后测量φ220铜套内孔满足图纸φ220（+0.046/0）尺寸要求。
五、结论
通过上述水轮机转轮体轴套的计算、加工、装配试验，证明轴套内孔在冷装之前按工艺尺寸加工到位的方案切实可行，可靠性也较高，能大大的缩短转轮体的加工流程，减小大设备的占用时间，提高加工效率和降低制造成本。同时，采用ANSYS三维数值模拟计算的方式，可更有效、更直接计算出铜套冷装前内孔工艺尺寸，从而有效的避免了繁琐的理论计算过程，保证了计算的准确性。
参考文献
[1]《实用机械加工工艺手册》.北京：机械工业出版社.
[2]《新编机械设计师》.北京：机械工业出版社.
[3]《工程材料实用手册》.北京：中国标准出版社.
论文作者:张文斌,王志容,何继勇
论文发表刊物:《基层建设》2019年第30期
论文发表时间:2020/3/16
标签：轴套论文; 加工论文; 转轮论文; 尺寸论文; 工艺论文; 数值论文; 铜套论文; 《基层建设》2019年第30期论文;