1引言

葉片是汽輪機(jī)的核心部件之一,它起著將蒸汽的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的作用请立。汽輪機(jī)效率的高低,很大程度上取決于葉片型面的設(shè)計(jì)和制造水平棕所。目前,國(guó)內(nèi)外大型汽輪機(jī)葉片的型面加工均采用五坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)機(jī)床(手工修磨的葉片除外)瀑踢。如日本日立公司有70余根主軸的五坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)加工中心,三菱公司有25根主軸的五坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)加工中心等。

2五坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)加工中心在葉片型面加工中的應(yīng)用

機(jī)床開發(fā)背景

汽輪機(jī)葉片的設(shè)計(jì)哄陶、制造能力是衡量一個(gè)透平廠研發(fā)能力的重要標(biāo)志。葉片機(jī)械加工工作量大,精度要求高,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,制造成本高俺乓。國(guó)內(nèi)外透平廠都非常重視葉片制造技術(shù)的發(fā)展勋匙。國(guó)內(nèi)汽輪機(jī)制造業(yè),由于受進(jìn)口機(jī)床價(jià)格高,加工編程復(fù)雜等因素影響,五坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)加工中心應(yīng)用還不廣泛,如國(guó)內(nèi)主要汽輪機(jī)制造廠,其五坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)機(jī)床的主軸總數(shù)僅為50余根,而航空發(fā)動(dòng)機(jī)廠、鼓風(fēng)機(jī)廠也僅有少量的幾臺(tái)檀丝。東方汽輪機(jī)廠原有的五坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)的主軸遠(yuǎn)不能滿足工廠生產(chǎn)要求韭赡。為滿足東汽廠葉片生產(chǎn)能力的需要,同時(shí)降低葉片制造成本,東汽廠領(lǐng)導(dǎo)本著振興民族機(jī)床工業(yè)的理念,經(jīng)過與北京機(jī)電院領(lǐng)導(dǎo)、技術(shù)残神、管理人員的多次論證,決定開發(fā)五坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)加工中心以取代昂貴的進(jìn)口設(shè)備割懊。為減少投資風(fēng)險(xiǎn),機(jī)電院首先開發(fā)一臺(tái)稍小規(guī)格五坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)加工機(jī)床5C-VMC1250進(jìn)行工業(yè)性試驗(yàn),在充分掌握五坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)加工中心的性能特點(diǎn)、加工工藝要求新浦、完善5C-VMC1250型五坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)加工中心在使用中存在的問題的基礎(chǔ)上,進(jìn)行大規(guī)格五坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)加工中心XKH1600的批量生產(chǎn)烙赴。

葉片的加工工藝分析

葉片在工作中承受著高溫、高壓笋条、極大的離心力和蒸汽的交變應(yīng)力斑柬。為了保證汽輪機(jī)的效率和葉片在使用中的安全性,葉片的材料都較為特殊,如材料中含Ni、V执执、N等成分,硬度在360HB以上,強(qiáng)度s0.02為800MPa以上,加工性較差,同時(shí)葉片汽道部分(通流部分)是一個(gè)光滑的空間曲面,其精度要求高,加工難度大筝野。特別是大型汽輪機(jī)末級(jí)葉片(如40英寸動(dòng)葉片),其結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜,葉型扭轉(zhuǎn)接近90°角,葉身中部有兩個(gè)空間的凸臺(tái),葉根圓角部分由多個(gè)變直徑的圓弧組成,傳統(tǒng)的仿形銑、普通的三坐標(biāo)或四坐標(biāo)銑床都不能滿足加工工藝要求粤剧。用普通數(shù)控銑床加工一方面受葉片結(jié)構(gòu)的限制,刀具與工件容易產(chǎn)生干涉,另一方面加工效率低且為近似加工,加工質(zhì)量不能滿足要求,手工修整量較大,加工過程中需多次裝夾,使用多臺(tái)機(jī)床和專用工裝才能完成相應(yīng)的加工歇竟。目前,國(guó)內(nèi)外大型汽輪機(jī)葉片基本上都采用五坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)機(jī)床加工,其加工效率比四坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)機(jī)床高1倍以上,能夠?qū)崿F(xiàn)一次裝夾,完成包括型面、凸臺(tái)、葉冠焕议、葉根圓角等多個(gè)空間曲面的加工,比四坐標(biāo)機(jī)床可節(jié)省12～15道工序,比常規(guī)葉片加工方法節(jié)省25道工序,加工質(zhì)量穩(wěn)定,工藝流程合理,生產(chǎn)組織方便宝磨。這種加工工藝是葉片加工先進(jìn)、合理号坡、高效的工藝手段,也是葉片加工技術(shù)的發(fā)展方向懊烤。

XKH1600型五軸聯(lián)動(dòng)加工中心在葉片加工中的應(yīng)用

圖1 40英寸葉片結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

40英寸葉片的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

目前XKH1600型五軸聯(lián)動(dòng)加工中心加工的主要產(chǎn)品為600MW汽輪機(jī)末級(jí)動(dòng)葉片(40英寸葉片)。現(xiàn)以該型葉片為例,簡(jiǎn)要介紹一下XKH1600五軸聯(lián)動(dòng)加工中心加工這種葉片的情況宽堆。

該葉片葉身彎扭變化較大,在葉根處型線的曲率較大,葉頂處型線比較平坦,葉根與葉頂?shù)男途€角度幾乎達(dá)90°腌紧。葉身的中間位置在內(nèi)背弧型面上各有一個(gè)凸臺(tái)。葉根圓角為非常復(fù)雜的混合曲面,葉根圓角在葉片高度方向上的各個(gè)位置,其R值是變化的,這給葉根圓角的造型和加工帶來了一定的難度畜隶。

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