艦船尤其是潛艇的振動(dòng)和噪聲問題是影響其水下隱蔽性的關(guān)鍵因素，而隱蔽性又是艦船生命力和戰(zhàn)斗力的核心之一。艦船尤其是潛艇航行時(shí)，其水下輻射噪聲主要由機(jī)械噪聲、螺旋槳噪聲與水動(dòng)力噪聲組成。當(dāng)潛艇在低速靜音航行時(shí)，機(jī)械噪聲主要由安裝在艦船上的一系列動(dòng)力及輔機(jī)設(shè)備工作時(shí)產(chǎn)生，機(jī)電設(shè)備的振動(dòng)通過彈性安裝結(jié)構(gòu)、管路流體以及空氣噪聲傳遞到水交界的艇體結(jié)構(gòu)，艇體表面振動(dòng)產(chǎn)生輻射形成水下噪聲。因此，直接降低機(jī)械設(shè)備的振動(dòng)噪聲，控制振動(dòng)噪聲產(chǎn)生的源頭，是降低由設(shè)備機(jī)械噪聲而引起的艦船水下輻射噪聲的直接有效方法。

均衡泵是艦船操縱控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵動(dòng)力設(shè)備，主要用于浮力調(diào)整、應(yīng)急疏水、消防和蓄電池組冷卻供水等。隨著潛艇隱身性要求的日益提高，低振動(dòng)低噪聲均衡泵研究已迫在眉睫。

1.泵體結(jié)構(gòu)

泵體是過流的主要零件，如圖1所示，里面安裝導(dǎo)葉、葉輪，外面接電動(dòng)機(jī)、進(jìn)出口管路（見圖2），是低振動(dòng)低噪聲泵的骨架，故必須嚴(yán)格保證泵體加工尺艇體結(jié)構(gòu)，艇體表面振動(dòng)產(chǎn)生輻射形成水下噪聲。因此，直接降低機(jī)械設(shè)備的振動(dòng)噪聲，控制振動(dòng)噪聲產(chǎn)生的源頭，是降低由設(shè)備機(jī)械噪聲而引起的艦船水下輻射噪聲的直接有效方法。

圖1 低振動(dòng)低噪聲泵裝配示意圖

圖2 泵體立體圖 (1.下法蘭 2.入口法蘭 3.泵腳4.上法蘭 5.出口法蘭)

2.原加工工藝路線對(duì)泵體變形的影響

原加工工藝路線: ① 鑄造成型，并去應(yīng)力處理。②立體劃線各加工面。③卡上法蘭，粗加工下法蘭端面及內(nèi)孔，各面各留1mm加工余量。④調(diào)頭，卡下法蘭找正，粗加工上法蘭端面及內(nèi)孔，各面各留1mm加工余量。⑤鏜床加工泵腳面到位。⑥銑床加工入口法蘭面、出口法蘭面，兩面各留1mm加工余量。⑦劃鉆各面孔。⑧水壓檢驗(yàn)泵體。⑨精加工上法蘭及內(nèi)腔各面各孔。⑩精加工下法蘭及內(nèi)腔各面各孔。精加工入口法蘭面、出口法蘭面。

加工完成后，在三坐標(biāo)測量機(jī)上對(duì)泵體整體進(jìn)行測量，以關(guān)鍵的第一裝配面——上法蘭的端面和內(nèi)孔作為測量基準(zhǔn)，其中僅有一個(gè)重要指標(biāo)合格，其余均超差，尤其是下法蘭指標(biāo)嚴(yán)重超差。

3.原因分析

（1）對(duì)下法蘭內(nèi)孔進(jìn)行測量，分析超差位置。由實(shí)測值分析，橢圓最大處為泵腳中間位置，測量值為+0.13mm，橢圓最小處為最大處垂直位置，測量值為-0.06mm，變形最小處為出口法蘭位置， 測量值為+0.035mm。

原因分析:從測量值直觀上分析，直徑變大的地方是泵腳中心直徑處，泵腳相當(dāng)于大筋板，直徑變小最大處是沒有大筋板的地方，直徑變化最小的地方是出口法蘭處，出口法蘭是鑄件厚大處。

（2）對(duì)超差最大的下法蘭內(nèi)孔橢圓進(jìn)行分析。從下法蘭內(nèi)孔實(shí)測尺寸和位置分析，初步判斷產(chǎn)生變形的原因是加工殘余應(yīng)力的作用。殘余應(yīng)力對(duì)構(gòu)件變形的影響主要包括兩個(gè)方面:一是零件抵抗動(dòng)靜載荷的變形能力;二是載荷卸載后變形的恢復(fù)能力。在切削加工的過程中，隨著被切削材料的去除，切削層中的殘余應(yīng)力被逐漸釋放，零件自身的剛度也發(fā)生了變化，原始的自平衡狀態(tài)破壞，零件只有通過變形來達(dá)到新的平衡狀態(tài)，這是殘余應(yīng)力對(duì)切削加工變形影響的基本原理。不同切削參數(shù)產(chǎn)生的殘余應(yīng)力對(duì)加工變形會(huì)產(chǎn)生影響，切削深度越大，殘余應(yīng)力引起的變形量變化越慢;進(jìn)給量越大，殘余應(yīng)力導(dǎo)致的變形越大。

從下法蘭的內(nèi)孔變形位置，結(jié)合殘余應(yīng)力的特點(diǎn)， 在厚大部位變形較小，稍薄壁處變形較大。通過以上分析，泵體的入口法蘭、出口法蘭、泵腳不是對(duì)稱布置，導(dǎo)致在加工中有殘余應(yīng)力，是產(chǎn)生變形的主要原因。

4.改進(jìn)后的加工工藝路線

通過以上原因分析， 對(duì)加工工藝進(jìn)行改進(jìn)，一是增加主孔的粗加工次數(shù)，減小每次切削深度和進(jìn)給量，使加工變形多次釋放，減小殘余應(yīng)力引起的變形;二是增加加工應(yīng)力釋放時(shí)間，粗加工完放置時(shí)間加長，充分釋放粗加工產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，減小最終加工對(duì)主孔的變形影響。

最終形成加工工藝為: 1.鑄造成型，并去應(yīng)力處理。2.立體劃線各加工面。3.卡上法蘭，粗加工下法蘭端面及內(nèi)孔，粗加工時(shí)減小每次的切削深度和進(jìn)給量，各面各留2mm加工余量。4.調(diào)頭，卡下法蘭找正，粗加工上法蘭端面及內(nèi)孔，各面各留2mm加工余量。5.鏜床加工泵腳面，留2mm加工量。6.銑床加工入口法蘭面、出口法蘭面，兩面各留2mm加工余量。7.劃鉆各面孔，注意深度。8.水壓檢驗(yàn)泵體。9.放置24h，釋放加工應(yīng)力。10.加工下法蘭及內(nèi)腔各面各孔，加工各面各留1mm加工余量，1mm加工余量分2次切削，進(jìn)一步減小切削深度和進(jìn)給量。11.做胎具，將下法蘭上到胎具上，加工上法蘭及內(nèi)腔各面各孔，各面各留1mm加工余量，按10mm的切削孔深度和進(jìn)給量加工。12.精加工入口法蘭面、出口法蘭面，2mm加工余量分3次切削，減小切削深度和進(jìn)給量。13.再次放置24h。14.精加工下法蘭及內(nèi)腔各面各孔，1mm加工余量分2次切削。15.上胎具，精加工上法蘭及內(nèi)腔各面各孔，1mm加工余量分2次切削。

加工完畢后， 在三坐標(biāo)測量機(jī)上進(jìn)行測量，實(shí)測值均能達(dá)到圖樣要求的指標(biāo)。將泵體組裝在整機(jī)上，在轉(zhuǎn)子上對(duì)下法蘭內(nèi)孔止口打表，跳動(dòng)在0.02mm以內(nèi)，完全達(dá)到技術(shù)要求。對(duì)整機(jī)振動(dòng)指標(biāo)進(jìn)行檢測，測量值如表1所示，低頻、高頻均能達(dá)到技術(shù)指標(biāo)要求。

表1 整機(jī)振動(dòng)測量值

5.結(jié)語

通過對(duì)均衡泵泵體原始加工工藝路線進(jìn)行分析，確定問題產(chǎn)生的主要原因，進(jìn)一步優(yōu)化泵體加工路線，使得泵體最終加工后符合圖樣要求，從而滿足整機(jī)裝配要求，達(dá)到了整機(jī)減振降噪的目標(biāo)。