[發明專利]一種提升增壓器渦輪心部強度性能的方法與結構

有效

• 申請號: 201410055178.6
• 申請日: 2014-02-13
• 公開（公告）號: CN103862234A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發明（設計）人: 王正;王增全;王晉偉;王阿娜;張宇飛;門日秀
• 申請（專利權）人: 中國北方發動機研究所(天津)
• 主分類號: B23P15/00
• 分類號: B23P15/00;B23K20/12;B23K33/00;F01D5/02
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技術領域

本發明屬于渦輪增壓技術領域，具體涉及一種提升增壓器渦輪心部強度性能的方法與結構。

背景技術

渦輪是車用渦輪增壓器的核心零部件之一，承擔著回收發動機排出的廢氣能量，并將其轉化為增壓器壓氣機葉輪做工所需能量的功能。目前，車用渦輪增壓器的渦輪主要采用的是鑄造鎳基高溫合金K418材料，但是，由于K418合金材料的密度為8.9×10³kg／m³，由K418合金制造的增壓器渦輪的轉動慣量也相對較大，導致廢氣渦輪增壓發動機的瞬態響應性較差，發動機在起動和加速時的冒黑煙現象較為嚴重。

為降低車用增壓器渦輪的轉動慣量、提高廢氣渦輪增壓發動機的瞬態響應性、減弱發動機在起動／加速時的冒黑煙現象，車用增壓器渦輪可以采用比強度較高的鑄造鈦鋁合金材料代替K418合金材料。由于鈦鋁合金材料的密度僅為3.87×10³kg／m³，約為K418合金密度的43％，同時鈦鋁合金又具有良好的高溫性能和抗氧化性能，用鈦鋁合金制造的增壓器渦輪，不僅能夠有效降低渦輪的轉動慣量，而且還有助于提高渦輪的氣動性能，達到提高渦輪增壓發動機瞬態響應性、改善發動機性能的目的。

鈦鋁合金屬于金屬間化合物，由于受鈦鋁合金材料自身特點的影響以及現有增壓器渦輪鑄造工藝的制約，鑄造成型的鈦鋁合金增壓器渦輪心部力學性能較差，心部拉伸強度較低，僅為母合金拉伸強度的58％，導致鈦鋁合金增壓器渦輪的超速裕度不足，難以滿足鈦鋁合金渦輪在車用渦輪增壓器中的應用要求。

發明內容

本發明提出一種提升增壓器渦輪心部強度性能的方法與結構。通過合理設計增壓器渦輪輪轂與輪盤結構參數以及摩擦焊接工藝參數，渦輪輪轂采用合金棒材機械加工而成，渦輪輪盤在合金鑄造成型的基礎上加工而成。采用摩擦焊接的方式將渦輪輪盤與輪轂焊接在一起形成完整的增壓器渦輪，可以有效地提升增壓器渦輪的心部強度性能。

本發明的技術方案：

一種提升增壓器渦輪心部強度性能的方法，包括以下步驟：

a、確定渦輪輪盤與輪轂摩擦焊接部位的尺寸參數：根據增壓器渦輪的結構參數，確定渦輪輪盤與輪轂的尺寸參數，輪轂摩擦焊接部位為圓錐面，圓錐面的錐角θ為5-10°；輪盤摩擦焊接部位為圓錐通孔，圓錐通孔的錐角與輪轂摩擦焊接部位圓錐面的錐角相同；輪轂的圓錐面小端直徑ФD₁比輪盤的圓錐孔小端直徑ФD₂大2-6mm，輪轂的圓錐面高度L₁比輪盤的圓錐孔深度L₂大3-10mm；

b、確定渦輪輪盤與輪轂的摩擦焊接工藝參數：根據渦輪材料的特點以及渦輪輪盤與輪轂的尺寸參數，確定渦輪輪盤與輪轂在摩擦焊接過程中的相對旋轉速度、軸向進給力以及軸向進給量；

c、渦輪輪轂的機械加工：采用合金棒材，按照步驟a中確定的渦輪輪轂尺寸參數，通過機械冷加工的方式，將合金棒材加工成渦輪的輪轂；

d、渦輪輪盤的加工：按照步驟a中確定的渦輪輪盤尺寸參數，渦輪輪盤在合金鑄造成型的基礎上加工而成；

e、渦輪輪盤與輪轂的摩擦焊連接：采用摩擦焊接方式，在摩擦焊機上將渦輪的輪盤與輪轂分別固定在摩擦焊機的兩個裝夾端，按照步驟b中所確定的摩擦焊接工藝參數，通過輪轂A錐面與輪盤B錐面的摩擦焊接，將渦輪的輪轂與輪盤焊接在一起，形成完整的增壓器渦輪；

f、按照渦輪葉輪的結構尺寸參數，對完成輪轂與輪盤摩擦焊接連的渦輪進行其他部位的機械加工。

一種提升增壓器渦輪心部強度性能的結構，所述增壓器渦輪由輪轂1和輪盤2組成，其特征在于：所述渦輪輪轂1的摩擦焊接部位為圓錐面，錐度角θ為5-10°，所述渦輪輪盤2的摩擦焊接部位為圓錐通孔，圓錐通孔的錐角與輪轂摩擦焊接部位圓錐的錐角相同；所述渦輪輪轂1由合金棒材加工而成，所述渦輪輪盤2是在合金鑄造成型的基礎上加工而成；所述的渦輪輪轂1和輪盤2采用摩擦焊接方式通過圓錐面A和圓錐面B之間的摩擦焊接而形成完整的增壓器渦輪。

本發明的有益效果是：