第53卷第3期
53卷第No．Vol．第53期33
农业装备与车辆工程
AGRICULTURALEQUIPMENT&VEHICLEENGINEERING
2015年3月
March2015
doi：10．3969／j．issn．1673－3142．2015．03．018
离心泵叶轮的加工工艺探讨
滕芳斌，栾佩霞
(250100山东省济南市山东省农业机械科学研究院)
［摘要］简述了离心泵的工作原理，在分析叶轮加工工艺对水泵性能影响的基础上，提出了叶轮加工工艺应能保证叶轮前后盖板内表面形成的流道及中间叶片绕理论轴心线旋转的制定准则，制定了两套水泵叶轮机械加工工艺，明确了每个工序所起的作用。叶轮机械加工工艺方案Ⅰ，强调“以前后盖板内侧流道面作轴向找正基准且以叶轮进口直径作径向找正基准”仔细找正，是叶轮加工工艺的关键环节；方案Ⅱ的叶轮加工工艺，则降低了“以前后盖板内侧流道面作轴向找正基准且以叶轮进口直径作径向找正基准”找正的操作难度，靠工装及合理的工艺编排，保证了叶轮的加工质量。探讨了离心泵叶轮的加工工艺，为提升水泵行业的机械加工水平及提高离心泵产品质量提供参考。［关键词］叶轮；加工工艺；制定原则；关键环节［中图分类号］TG50
［文献标志码］B
［文章编号］1673-3142(2015)03-0069-04
DiscussionofCentrifugalPumpImpellerProcessingTechnology
TengFangbin,LuanPeixia
（ShandongAcademyofAgriculturalMachinerySciences，JinanCity，ShandongProvince250100，China）
［Abstract］Theworkingprincipleofcentrifugalpumpisbrieflyintroduced．Basedonanalyzingtheinfluenceofimpellerpro-
cessingtechnologyonpumpperformance，theformulationprincipleisputforward．Theprincipleindicatesthatimpellermachin-ingprocessshouldensuretherunnerformedbyimpellerfrontandbackcoverandthemiddlebladerotatearoundtheoreticalaxisline．Twosetsofimpellerprocessingtechnologyareputforwardandtheroleofeachprocessisclearedup．ImpellermachiningtechnologyprogramⅠ：Emphasisonfrontorbackcoverinnerfaceofrunnerforaxialalignment，theimpellerinletdiameterforradialalignment，thisisthekeylinkofimpellermachiningprocess；ImpellermachiningtechnologyprogramⅡ：reducetheoper-ationdifficultyoftheimpellermachiningtechnologyprogramⅠ．Bythetoolingandreasonablearrangementoftheprocess，theprocessqualityofimpellerisensured．DiscussionofcentrifugalpumpimpellerprocessingtechnologyhasimportantsignificancetoenhancethemachininglevelofChina＇spumpindustryandimprovethequalityofthecentrifugalpump．
［Keywords］pumpimpeller；processingtechnology；formulationprinciple；keylink
0引言
叶轮是离心泵的核心部件,由前后盖板和中
合金、铝合金、镍合金等有色合金叶轮的泵多用于输送油类介质，其叶轮多由熔模精密铸造工艺成型。工程塑料叶轮需要合适的注塑模具注塑成型。不锈钢叶轮前盖板、后盖板和叶片采用不锈钢板经下料、冲压、拉伸工艺分别制作，然后再通过焊接的方法把前、后盖板及叶片焊合成—个完整的叶轮；叶轮焊接应用比较普遍的焊接方法有氢弧焊、电阻焊和电容储能焊三种，现今激光焊接技术也已用于不锈钢叶轮的焊接［2－3］。而铸铁及铸钢是应用最广泛的叶轮材料，铸铁叶轮多用于泵送中性介质液体的泵，如各种清水离心泵、小型潜水电泵、井用潜水电泵、污水污物潜水电泵、污水泵、渣浆泵等；铸钢叶轮多用于各种耐腐蚀泵、油泵、高温高压泵等。本文主要探讨量大面广的铸铁及铸
间的叶片组成。当原动机驱动水泵工作时，叶轮快速转动，叶轮中的叶片强迫液体旋转，液体旋转时依靠惯性向叶轮外缘流动，同时叶轮从吸入室吸进液体［1］。在这一过程中，叶轮中的液体绕流叶片，在绕流运动中液体作用一升力于叶片，反过来叶片以一个与升力大小相等、方向相反的力作用于液体，这个力对液体作功，使液体得到能量而流出叶轮。叶轮的设计及加工质量与离心泵的性能密切相关，用于制作水泵叶轮的材质主要有铸铁、铸钢、黄铜、铝合金、工程塑料和不锈钢等，其中铜
收稿日期：2014－11－15修回日期：2015－02－11
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钢叶轮的机械加工工艺。
农业装备与车辆工程2015年
面形成的流道及中间叶片绕理论轴心线旋转，前后盖板厚度均匀过渡，叶片长度一致且绕轴心线沿圆周方向均匀分布；叶轮的尺寸、精度及形位公差满足产品图样的要求。根据上述叶轮加工工艺制定原则，现以某离心油泵的闭式叶轮为例（见图
1叶轮加工工艺的制定原则
铸铁及铸钢叶轮一般由普通砂型铸造成型，
型砂多为树脂砂、沥青砂、水泥自硬砂等。圆柱叶片的开式、半开式叶轮一般不用型芯而直接用模型造型浇铸，闭式叶轮和复杂的空间扭曲叶片的开式半开式叶轮铸造时需单独制做型芯放在沙型腔里浇铸。闭式叶轮前盖板和后盖板内表面用于形成液流的流道，中间是沿圆周方向均匀分布的数枚叶片。叶轮前、后盖板的内侧及中间的叶片形状由水力模型铸造形成，不再进行机械加工。其余表面如前盖板的外侧、前口环、吸入口端面、后盖板外表面、后口环、平衡孔、轴孔、键槽及轴孔端面等处需切削加工至产品图样标定的尺寸和形状，并保证有关形位公差的要求，同时还要对叶轮进行静平衡实验。
叶轮机械加工工艺的制定原则，以应能保证前后盖板形成的流道及中间叶片绕理论轴心线旋转。只有这样，叶轮前、后盖板的厚度才能均匀，叶片长度一致并绕轴心线沿圆周方向均匀分布，从叶轮流出的液流均匀稳定，从而保证泵的水力性能。否则，前、后盖板的厚度不均，中间叶片的长度不一致且不能绕轴心线沿圆周方向均匀分布，致使从叶轮流出的液流左右摇摆，液流对叶片的反作用力不均匀且不平衡，从而影响泵的水力性能，加大泵的振动和噪声，降低泵的运行稳定性及可靠性。
叶轮机械加工工艺的制定还要满足切削加工的下述一般原则：
1），分析制定叶轮的机械加工工艺。
0.04A
准×××h8
准××H8准×××h8A
0.04A
0.025A
×js9
图1某离心油泵叶轮
Fig．1Anoilcentrifugalpumpimpeller
该叶轮除前、后盖板内侧表面及中间叶片表面外，其余表面均需要切削加工。其中前、后口环外圆表面加工要求较高，需保证尺寸公差及对轴孔中心线的圆跳动公差；前后盖板厚度均匀过渡；轴孔尺寸精度要求高；键槽要满足对轴孔中心线的对称度要求。为此制定该叶轮的机械加工工艺如下（简称方案Ⅰ）。
工序1：以前后盖板内侧流道面作轴向找正基准且以叶轮进口直径作径向找正基准，用四爪卡盘夹持叶轮后口环（或外径），找正后夹紧，车叶轮进口端面、车刀校正进水口内圆并倒角，车叶轮前口环（留精车余量1～2mm）、车前盖板外表面、车轴孔前端面及叶轮外径。通过“以前后盖板内侧流道面作轴向找正基准且以叶轮进口直径作径向找正基准”仔细找正，保证了叶轮前后盖板内表面形成的流道及中间叶片绕理论轴心线旋转，且前盖板厚度均匀。
工序2：以前口环外圆及口环端面定位，用三爪卡盘夹持叶轮前口环找正工件后夹紧，车后盖板外表面、叶轮后口环及端面、平衡孔凹槽、轴孔后端面、轴孔及叶轮外径等处。保证叶轮轴孔、口环及外径的同心度要求（4），保证后盖板厚度均匀过渡。
工序3：以轴孔定位，用芯轴紧固叶轮，精车叶轮前口环。保证叶轮前口环与内孔的同心度要求。
工序4：钻叶轮平衡孔。使用钻模操作，保证平衡孔均分且位置在两叶片中间［5］。
1）先粗后精原则当零件加工精度要求较高
时，都要经过粗加工、半精加工、精加工、光整加工等几个阶段。
2）基准面先行原则用作精基准的表面应先
加工。
3）先面后孔原则孔的加工是以平面为基准
的，故应先加工平面，然后加工孔。
4）先主后次原则即先加工主要表面，然后加
工次要表面。
2叶轮加工工艺的制定
铸铁及铸钢叶轮的切削加工主要集中在车床
上完成，切削加工后应能保证叶轮前后盖板内表
第53卷第3期滕芳斌等：离心泵叶轮的加工工艺探讨
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工序5：做叶轮的静平衡试验。离心泵叶轮平衡是叶轮生产加工的关键环节之一,平衡做得好坏将影响泵的振动和噪声以及泵的稳定性和可靠性。叶轮静平衡试验在叶轮静平衡试验台上进行，步骤如下：
节，该环节做好了，才能保证叶轮前后盖板内表面形成的流道及中间叶片绕理论轴心线旋转。叶轮的静平衡试验易做且去重少，从而保证泵的水力性能，减小泵的震动和噪声，提高泵的稳定性和可靠性。能否做好找正环节，不仅取决于操作者的操作技术，还取决于操作者的责任心，因而有一定的不可控性。为克服这一不足之处，下面再制定一套基于工装进行找正的叶轮加工工艺方案（简称方案Ⅱ）。
工序1：以叶轮前、后盖板内侧表面为定位基准，用特制的三爪卡盘（卡盘夹持叶轮处为锥形）夹持叶轮，加工叶轮进水口端面（见图3）；保证叶轮进水口端面与叶轮理论中心线垂直。
1）将叶轮装入芯轴，并放置在静平衡试验台的水平导轨上（如图2所示）。
1231.叶轮
2.芯轴
3.支架
图2叶轮静平衡试验台
Fig．2Impellerstaticbalancetestbench
2）由于叶轮质量不平衡，芯轴会在导轨上滚
动，较重的一处会自动地转到下方。在较重的对方（即叶轮正上方）加重块，直到叶轮在任何位置都能停止为止。
3）称出重块的质量，这就是该叶轮的静不平
衡量。
图3特制三爪卡盘夹持叶轮
4）在叶轮较重一侧减重，可用铣床进行铣削，铣削深度不应超过叶轮盖板厚度的1/3［5］。叶轮减
重后，应重新装上芯轴，重复上述a～c操作步骤，求取新的叶轮静不平衡量，直到满足产品相关标准的平衡试验要求为止。
工序6：以后口环及口环端面定位，用三爪卡盘夹持叶轮后口环，找正轴孔插键槽；保证键槽对称度。
该型离心油泵叶轮经上述叶轮加工工艺切削加工后，叶轮尺寸及形位公差能够满足叶轮图样的要求，并且叶轮前、后盖板壁厚均匀，叶轮前后盖板内表面形成的流道及中间叶片绕理论轴心线旋转，叶轮的静平衡试验去重少，充分证明该叶轮加工工艺制定合理。
上述叶轮加工工艺，工序1中“以前后盖板内侧流道面作轴向找正基准且以叶轮进口直径作径向找正基准”仔细找正，是叶轮加工工艺的关键环
Fig．3Specialthree－jawchuckgraspingthe
impeller
工序2：以叶轮进水口内圆及叶轮进水口端面为定位基准，用三爪卡盘撑住叶轮进口内圆，车叶轮外径、后盖板外表面、叶轮后口环、平衡孔凹槽、轴孔后端面、轴孔及外径。保证叶轮后口环、外径与轴孔的同心度要求，保证后盖板厚度均匀过渡。
工序3：以叶轮外圆及叶轮后盖板端面为定位基准，夹持叶轮外圆，车叶轮进口端面、车刀校正进水口内圆并倒角，车叶轮前口环（留精车余量
1-2mm）、车前盖板外表面、车轴孔前端面。保证
前盖板厚度均匀。
工序4：以叶轮轴孔定位，用芯轴紧固叶轮，精车叶轮前口环。保证叶轮前口环与内孔的同心度要求。
工序5：钻叶轮平衡孔。使用钻模操作，保证平衡孔均分且位置在两叶片中间。
工序6：做叶轮的静平衡试验，对叶轮减重后
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农业装备与车辆工程2015年
再进行静平衡试验，直到满足产品相关标准的平衡试验要求为止。
工序7：以叶轮后口环及口环端面定位，用三爪卡盘夹持叶轮后口环，找正轴孔插键槽；保证键槽对称度。
该叶轮加工工艺方案通过工序1和工序2两道工序，保证了叶轮前后盖板内表面形成的流道及中间叶片绕理论轴心线旋转，前后盖板厚度均匀过度，叶片长度一致且绕轴心线沿圆周方向均匀分布的加工要求。经该工艺方案加工的叶轮，其尺寸、精度及形位公差也完全满足产品图样的要求。与方案Ⅰ相比，大大降低了方案Ⅰ“以前后盖板内侧流道面作轴向找正基准且以叶轮进口直径作径向找正基准”找正的操作难度，保证了叶轮的加工质量，但需加工制作特制的三爪卡盘。
制定叶轮的机械加工工艺方案时，还应考虑叶轮产品批量的大小，对于试制品或批量较小的叶轮，应尽量选用通用设备及通用装夹具进行加工；对于大批量生产的叶轮，应着重考虑生产效率的提高和产品质量的稳定，增加必要的专用装夹具。叶轮形状及尺寸对各工序的定位基准和夹持位置的选择也有重要的影响，应根据具体情况合理选择，从而制定合理的叶轮机械加工工艺。
且有的叶轮无后口环和平衡孔，各制造厂家的生产设备也不一样，因此叶轮的机械加工工艺也各不相同。但叶轮的机械加工工艺制定原则是一样的，都要保证前后盖板形成的流道及中间叶片绕理论轴心线旋转。
类似方案Ⅰ的叶轮加工工艺，“以前后盖板内侧流道面作轴向找正基准且以叶轮进口直径作径向找正基准”仔细找正，是叶轮加工工艺的关键环节，该环节做好了，才能保证所加工的叶轮前后盖板形成的流道及中间叶片绕理论轴心线旋转；类似方案Ⅱ的叶轮加工工艺，降低了方案Ⅰ“以前后盖板内侧流道面作轴向找正基准且以叶轮进口直径作径向找正基准”找正的操作难度，靠专用工装及合理的工艺编排，保证了叶轮的加工质量。水泵制造厂家应根据所生产泵产品的叶轮特点，综合考虑批量大小及设备工装等因素，合理制定叶轮的机械加工工艺，以保证叶轮的加工质量，从而保证泵的水力性能，减小泵的震动和噪声，提高泵的运行稳定性和可靠性。
参考资料
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关醒凡.现代泵技术手册［M］.北京：中国宇航出版社，1995．黎义斌，敏政，王洋，等．离心泵不锈钢叶轮冲压焊接的成型工艺［J］．排灌机械，2007（5）：02－23．
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3结束语
叶轮是决定水泵性能好坏的关键零件，好的
2010（13）：259．
Jack.浅析水泵零件工件装夹与机械制造工艺［EB／OL］．中国机械CAD论坛http：／／www．jxcad．com．cn／，2012．
籍红军．离心泵叶轮静平衡及转子动平衡［J］．煤炭技术，
加工工艺应能保证叶轮前后盖板形成的流道及中间叶片绕理论轴心线旋转，尺寸、精度及形位公差满足产品图样的要求；泵的水力性能与水力设计相符，水泵运行稳定可靠，震动、噪声小。由于水泵型号众多，批量有大有小，叶轮形状及大小不一，
2007（12）：17－19．作者简介
滕芳斌（1963—），男，高级工程师，从事农机质检工
作。E－mail：fbteng＠163．com
高效低耗油菜机械化科技成果通过鉴定
由南京农机化所研制的“高效、低损失油菜机械化分段收获技术与装备”科技成果近日在江苏南京通过有关专家鉴定。
据介绍，项目组针对我国油菜的农艺性状和种植制度，研发了多排齿链伸缩拨指式茎秆横向输送装置、内转式折叠割刀，解决了油菜高大茎秆的强制输送、铺放和第一行“开道”难题；研发了具有防回草装置、间隔布置的不同材质弹齿、可地面仿形的齿带式捡拾器；优化了割晒机
和捡拾机的技术参数，实现了高效低损耗收获。研发了割台与底盘快速接口，构建了底盘与多种割台配套的通用机型，实现了油菜、水稻、小麦等多种作物收获。
该成果在冬油菜、春油菜主产区开展了大量的试验示范，取得良好的效果，所研制的分段收获技术与装备具有适收期长、适应性强、损失率低、腾田时间早等优势，适合我国油菜收获，具有良好的推广应用前景。