LCB-9456椭圆齿轮流量计壳体的改造及加工

摘要：LCB-9456椭圆齿轮流量计整套工艺从美国引进，壳体、盖板零件属于316不锈钢铸造件，其铸造性能差，工艺复杂。目前国内铸造的铸件会不同程度地出现砂孔，如果在加工过程暴露出砂孔，壳体就会出现渗漏现象，使零件报废。本文主要针对此问题介绍该壳体零件的制造工艺的改造及数控加工解决办法。

椭圆齿轮流量计是一种容积式流量计，广泛用于石油化工、生物制药、电力冶金和食品等工业部门的流量计量工作。LCB-9456椭圆齿轮流量计，是引进美国布鲁克斯（BROOKS）仪表公司的制造技术和关键设备联合生产的产品。它利用机械测量元件把液体连续不断地分割成单个已知的体积部分，根据计量室逐次、重复地充满和排放该体积部分液体的次数来测量流量体积总量。随着数控加工技术的发展和普及，对椭圆齿轮流量计的改造升级也日趋完善。

一、椭圆齿轮流量计外壳（两件套）加工工艺分析：

改造前的LCB-9456椭圆齿轮流量计壳由壳体和端盖板两件套构成，该壳体采用牌号为18Cr-12Ni-2.5Mo的316不锈钢铸造而成，因添加Mo，其耐蚀性、耐大气腐蚀性和高温强度特别好，加工硬化性良好，无磁性。但由于整套工艺从美国引进，壳体的铸造工艺复杂，加上316不锈钢铸造性能差，所以目前国内铸造工艺水平还达不到原产国的铸造水平，因而铸件会不同程度出现砂孔。所以采用什么加工方式，什么工艺流程，怎样提高产品质量，降低生产成本，成为急待解决而又必须解决的问题。

1.铸造壳体结构对加工工艺的影响由于流量计壳体的内腔为盲孔，内腔底部很难加工，其技术要求难以达到，所以在实际加工生产中存在问题较多。

（1）粗加工存在问题。，如图1所示，粗加工时，由于壳体内腔2—Ф70.79孔属于盲孔加工，加工过程中切屑不能及时排出，对镗削刀具会造成挤压和崩刀现象，影响加工质量和加工速度，降低生产效率。

第二，壳体内腔底部有平面度0.015mm公差要求，引进的技术是先使用Ф38.1（1.5英寸）的两刃端刀先锪孔，再用Ф32端面立铣刀加工。由于内腔比较深(Depth=85)，立铣刀必须伸出相应的长度，才能到达底部平面加工，对刀具的刚性要求非常高，另外壳体的铸造余量会出现不同程度的不均匀，加工过程也会由于切削余量不均匀而造成断刀现象。

第三，内腔底部两个Ф15轴孔的钻削，由于内腔比较深而且内腔尺寸（2—Ф70.79）比较小，钻头的选配也较长，刚性相对降低，也就降低了生产效率，增加了生产难度和加工成本。

第四，为了保证各加工部位的一致性，工件要在一次装夹中加工出8-M12螺纹孔、2-Ф15轴孔和Ф7.9、Ф6.5定位销孔。

（2）精加工存在的问题。，精加工时，原先是在镗削加工壳体内腔2—Ф70.79孔时使用合金刀片，侧面与底面交界处会存在R角，这个R角不容易处理。第二，内腔底部的加工使用滑动式镗刀，在镗削过程中是从内向外镗削，由于刀具旋转时离心力的作用，会造成加工表面外部光滑，内部比较粗糙的不平现象。这样就难以保证平面度要求，而且由于内腔空间小，也很难检测底部的平面度公差。

第三，精镗底部的2-Ф15孔时，也很难观察和测量。

第四，精磨壳体上端面。在磨削上端面时，由于不锈钢不上磁，必须用螺丝坚固工件在一块平整的钢板上，要在立式磨床上磨削加工，保证壳体上端面的平面度公差。

2.铸造壳体结构的改造

两件套壳体的加工难度大，不容易保证精度及表面粗糙度，影响了产品的质量、生产效率及生产成本。针对这些不利于加工的因素和存在的一些问题，考虑把椭圆流量计外壳由原来的两件套（壳体和端盖板）改为三件套（上盖板、壳体、底盖板）的结构。

二、三件套壳体的加工工艺方案：
壳体的整体加工思路是主要采用带刀库的加工中心，解决了壳体加工工序多、刀具种类多、换刀次数多和要在不同机床上才能完成的问题，先粗加工、消除内应力处理、再精加工，具体操作如下。

1.粗加工工艺分析

（1）工件的安装与夹紧。由于该产品是从美国引进，夹具也是配套设计，其结构是由一块较大的底板和定位销、压板、调节定位机构组成。把工件底面放进夹具中间定位槽，再放上壳体内腔余量调节板定位板，通过调节出水口端壳体出水中定位调节器，直到使壳体内腔的余量均匀，用压板压紧工件。

（2）刀具的选择与切削用量。由于采用了三件套壳体，上下端面的加工可直接用三爪卡盘装夹车削，预留精磨余量，省略了车床专用夹具；镗削2—Ф70孔时，切屑能及时排出，对镗刀的切削很有利，特别是改造后，减少了壳体内腔底部加工的工序，相应减去了锪孔和端面立铣刀。这样，降低了加工难度，加工时间比原来减少了约30分钟。壳体的加工除了内腔Ø70.79通孔是用专用镗刀外，其他的都是常规刀具。刀具的选择与切削用量如下表。

表1	刀具选择及切削用量

序号		加工内容	刀具名称	主轴转速	进给速度	吃刀量	备注
序号		加工内容	刀具名称	r/min	Mm/min	mm	备注
				r/min	Mm/min	mm

1		内腔	Ф 7 0 专用	526	50	5	不存在排
			镗刀				屑难

2		内腔	Ф70.5专	1000	100	0.5	半精加工
			用镗刀

3		8-M12螺	Ф 10.5钻	700	50		钻孔
		纹孔	头

4		Ф 6 . 5 定	Ф5.3钻头	800	50		留余量精
		位销孔					加工

5		Ф 7 . 9 定	Ф7钻头	800	50		留余量精
		位销孔					加工

6		孔倒角	Ф16倒角刀	500	50

							加工中心
7		攻丝	M12丝锥	100	150		专用攻丝
							夹头

（3）壳体上下端面的加工。先粗车上下端面，粗加工内腔及上端面螺纹孔及销孔，再将壳体调头，以上端面两销孔为定位重新装夹，加工下端面的销孔及螺纹孔。

（4）消除内应力处理。壳体经过粗加工之后，必须通过回火应力消除处理，提高其加工性能。

2.精加工工艺分析
，精加工时，由于内腔是通孔，加工2-Ф70.79孔时，消除了侧面与底面交界处的R角现象，减少了加工底面的工序，降低了加工难度。
第二，壳体精加工的安装。壳体上下端面要先在磨床磨削，保证上下端面的平面度和平行度要求。为保证壳体内腔孔与定位销孔和轴孔的位置公差，必须在一次装夹中加工。为此，必须设计一套精密工装夹具，工件安装时，先校正夹具的平行度，然后把壳体放进夹具里面,用两定位销定位工件，然后用螺钉拉工件与夹具定位板贴紧进行加工。
第三，刀具选择与切削用量。壳体内腔与定位销孔的加工刀具如下。

表2	加工刀具及切削用量

序号		加工内容	刀具名称	主轴转速	进给速度	备注
序号		加工内容	刀具名称	r/min	mm/min	备注

1		Ф6.5定位销孔	Ф6镗刀	500	30

2		Ф7.9定位销孔	Ф6镗刀	500	30

3		Ф70.79内腔	Ф70.5镗刀	450	40

第四，精加工时同样需先加工上端面，然后调头精加工下端面。

三、两件套和三件套壳体加工过程比较：

1.两件套壳体加工过程两件套壳体加工工序见表3。

表3	两件套壳体加工工序表

工序			工序内容	机床或刀具名称	主轴转速r/min	备注

1		粗车壳体上端面		车床	1000	专用
1		粗车壳体上端面		车床	1000	夹具
						夹具

2		粗加工镗削2-Ф70内		Ф70专用镗刀	526
		腔孔

3		半精镗2-Ф70.79内腔		Ф70.5专用镗刀	1000
		孔

4		锪孔加工		Ф38.1两刃端刀	500
				（原装）

5		内腔底面		Ф 3 2 加长端刀			500
				（原装）

6		2-Ф15轴孔定位孔加工		Ф10中心钻			1000

7		钻削2-Ф15轴孔		Ф13钻头			500

8		扩孔加工Ф15轴孔		Ф14.5镗刀			500

9		滚压2—Ф25.4深度		滚筒			500
		0.05浅坑

10		钻8个M12螺纹孔		Ф10.5钻头			700

11		螺纹底孔倒角		Ф16倒角刀			500

12		Ф7.9定位销孔粗加工		Ф7钻头			800

13		Ф6.5定位销孔粗加工		Ф5.3钻头			800

14		回火消除应力处理							应力炉

15		精磨壳体上端面		磨床					专用
15		精磨壳体上端面		磨床					夹具
									夹具

16		扩孔Ф6.5定位销孔		Ф6镗刀			500

17		扩孔Ф7.9定位销孔		Ф6镗刀			500

18		M12螺纹孔攻丝加工		M12丝锥			100

19		内腔底部平面的精加工		滑动式镗刀			500

20		精加工2-Ф70.79内腔孔		Ф70.5专用镗刀			1000

	2.三件套壳体加工过程
	三件套壳体加工工序见表4。
表4	三件套壳体加工工序表

工序		工序内容	机床或刀具		主轴转速r/			备注
工序		工序内容	名称			min		备注
			名称			min

1		粗车壳体上下端面	车床					三爪卡盘装夹

2		粗加工镗削2-Ф70	Ф70专用镗			526
		内腔孔	刀

3		半精镗2-Ф70.79	Ф70.5专用			1000
		内腔孔	镗刀

4		8个M12螺纹孔	Ф10.5钻头			700
								带刀库的加工
5		螺纹底孔倒角	Ф16倒角刀			50		带刀库的加工
5		螺纹底孔倒角	Ф16倒角刀			50		中心操作

6		Ф7.9定位销孔粗	Ф7钻头			800
		加工

7		Ф6.5定位销孔粗	Ф5.3钻头			800
		加工

8		M12螺纹孔攻丝加工	M12丝锥			100

9		回火消除应力处理						应力炉

10		精磨壳体上下端面	磨床

		下端面的定位销	以上端面两销孔定位工件，
11		下端面的定位销	壳体调头重新装夹，同工序
11		孔、螺纹孔	壳体调头重新装夹，同工序
		孔、螺纹孔	5-9加工下端面
			5-9加工下端面

12		扩孔Ф6.3定位销孔	Ф6镗刀			500		带刀库的加工
								中心操作
13		扩孔Ф7.9定位销孔	Ф6镗刀			500		中心操作
13		扩孔Ф7.9定位销孔	Ф6镗刀			500

14		精加工2-Ф70.79	Ф70.5专用			450
		内腔孔	镗刀

通过对LCB-9456椭圆流量计壳体制造工艺的改造，经过实际加工和三坐标测量仪的检测，各加工部位的形位公差都符合设计标准；产品通过装配和检定，其计量指标都符合标准。该方法简化了壳体铸造工艺和加工工艺，降低了铸件缺陷和机械加工误差，提高了产品的合格率和生产效率，降低了加工成本。

LCB-9456椭圆齿轮流量计壳体的改造及加工

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