弯扭小带冠导叶片D6008112的加工工艺分析

第53卷第6期2011年12月汽轮机技术TURBINETECHN0L0GYV0153NO6DEC20L1弯扭小带冠导叶片D600B112的加工工艺分析唐清春，何俊，赖玉活，黄艳1广西工学院，柳州545006；2柳州市数控机床研究所，柳州545007摘要根据弯扭小带冠导叶片D600B112的特点，在其制造的过程中利用MASTERCAM、PROE联合造型采用数控卧式加工中心加工基准，数控立式四轴加工中心加工汽道部分型线，有效地提高了叶片汽道精度，从而得出一条合理的方案。关键词弯扭；导叶片；四轴JJR中心；工艺分析分类号TK263文献标识码A文章编号10015884201106047803ANALYSISONMANUFACTURINGTECHNOLOGIESOFD600B112PILOTVANETANGQINGCHUN，HEJUN，LAIYUHUO，HUANGYAN1GUANGXIUNIVERSITYOFTECHNOLOGY，LIUZHOU545006，CHINA；2LIUZHOURESEARCHINSTITUTEOFCNCMACHINE，LIUZHOU545007，CHINAABSTRACTTHISARTICLEDESCRIBESHOWTHEWISERFINALIZETHEMACHININGSTEPSANDTOOLSCONSIDERINGTHECHARACTERISTICOFD600B112PILOTVANE，BYUSINGMASTERCAMANDPROESOFTWARETOCONSTRUCTTHEMODE1ADOPTINGMACHININGCENTERS，HORIZONTALTOPROCESSREFERENCE，FOURAXISMACHININGCENTERS，VERTICALTOMACHINEBENCHMARKANDTHEBLADETIP，AIMINGATAREASONABLEPROJECTKEYWORDSCRANLDE；GUIDEBLADE；FOURAXISMACHININGCENTERS；PROCESSANALYSIS0前言叶片是汽轮机的心脏，在汽轮机制造中，导叶片往往具有较为复杂的结构见图I，该叶片位于汽轮机通流部分之首，所处的环境非常恶劣，除蒸汽温度最高外，级的负荷通常最大，通常还采用部分进汽方式。导叶片的设计和制造水平，极大地影响着汽轮机的效率，有着特殊重要的地位。因此，除了必须更加精确地设计外，加工精度和技术要求也高，加工方式和加工设备的选择必须充分注意，以保证加工出来的叶片能充分满足设计要求。图I导叶片三维结构图本文主要分析D600B112导叶片的加工难点和重点，根据现有的加工条件和技术手段，选择合理的加工工艺基准；确定合理的工艺流程和加工方法；设计合理可靠的工艺装备；研究设计严密可靠的测量方法；加工出合格的该级动叶片。1原加工工艺过程导叶片由于是只分配蒸汽，在汽轮机中不做旋转运动，因此在设计上现在大都改为熔模铸造，加工方法多采用三轴联动机床分内背弧加工，冠部圆锥面靠手工修磨，如图2所示。这样加工有以下几个缺点残留余量处图2内弧粗加工1内弧残留余量大；2是变换基准后内背弧很容易错位；3叶片进出汽边圆角只能依靠手工打磨。直接的后果就是叶片制作工期长，工序复杂，汽道型面收稿日期20110223基金项目柳州市机械及机电一体化产业关键技术攻关项目多功能五轴联动机床后置处理软件开发。作者简介唐清春1972，男，副教授，于西安交通大学能动学院动力工程硕士。现在广西工学院工程训练中心从事数控技术研究工作。第6期唐清春等弯扭小带冠导叶片D60OB112的加工工艺分析479精度低下，严重影响汽轮机的效率。2优化工艺方案为了提高D600B112导叶片的加工精度以及加工效率，从以下两个方面进行改进1对导叶片冠部结构进行优化设计；2采用四轴联动机床加工汽道型面。21导叶片的冠部结构改进D600B112带冠导叶原来由于冠部很大如图1所示，自行装配围成一圈，冠部平台属于圆锥结构，加工比较困难，经结构优化改为小带冠，减小冠部圆锥加工部分，改成在隔板体上装配。结构如图3所示。图3改进导叶片三维模型22叶片的造型L21叶冠叶根造型由于该叶片改进冠部后，冠部结构非常简单，为直的结构，根据PROE软件可以直接根据截面拉伸获得。2汽道部分造型由于弯扭导叶片大部分汽道部分为一固定截面，原始数据为离散点，在PROE输入原始数据造型容易造成曲线的不封闭问题，所以前期的原始数据采用MASTERCAM软件来处理，在MASTERCAM中根据叶片的产品图所标示的截面。根据点集生成为样条。样条分为4个部分，分别为内弧、背弧、以及进、出汽边。由于样条是有方向的，必须保证各控制截面相应的内、背弧及进、出汽边的样条矢量方向一致，然后根据出汽边弯曲边生成线扫掠成曲面，然后转化成IGS文件格式输入到PROE软件里面。3叶片的加工工艺分析根据分析改进后的导叶片，采用四轴机床加工比较经济合理，利用PROE软件自动编程处理。由于叶片存在叶身及冠部，因此，应分别分析不同区域的加工工艺。31叶根叶冠的加工工艺分析叶根与叶冠的外型尺寸不大，冠部曲面为等截面组成，可以直接采用加工叶身的方法，利用径向螺旋铣的方法分粗、精加工图4。改进后的导叶片冠部与叶身交接部位的圆柱面与圆锥面近似可以看做一个小的平面与小【圆角的组合，因此，可以直接采用球头刀清根。为达到叶根与叶冠加工时所要求的各项技术指标，在制定工艺方案时着重从以下几个方面来考虑1叶根平台由于该部位属于外凸圆柱面，加R时可直接采用球头刀点接触直接加工，方式选择PROE里I酊的曲面加工，分别设置根部侧面外部边界线以及根部与叶身的交界线为切割线；利用类型螺旋的方式加工。2叶冠平台由于该部位内凹式圆锥面，由于冠部很小，与叶身的交接处突出部分很小，也可以近似按照叶根的加工方法。图4冠部粗加工32叶身的加工工艺分析该叶片的叶身最大厚度为10MM，出汽边厚度为019MM，最大弦宽达到80MM；因此在加工该叶片时应考虑如下问题叶片的粗加工变形；叶片在翻边的过程中刀具可能会干涉出汽边。根据特型零件加工工艺措施，具体采用的以下手段设置引导角度时加大前倾角度，同时，在翻边的时候降低旋转速度；整个叶身加工时采用动态速度加工及在叶片加工过程中根据曲率的变化实时修正加工速度；分粗精加工，粗加工时候先加工叶身中间部位，后粗加工靠近叶根和叶冠的部位；为了满足该叶片的高精度，精加工后表面剩005MM的余量，做抛光处理。综上所述，改型后的该导叶片的加工设备为数控立式加工中心，采用PROE软件平台，根据选择的刀具选用情况确定了加工工艺流程。33叶片加工工艺流程来料一粗精加工基准一粗加工叶身一粗加工叶根交接面一粗加工叶冠交接面一粗加工叶根一粗加工叶冠一精加工叶身一精加工叶根交接面一精加工叶冠交接面一精加工叶根一精加工叶冠一后续处理。具体工步及刀具粗精加工基准直接在卧式加工中心机床上采用面铣刀加工。刀具采用I63MM的镶刀片端铣刀加工，采用面铣的加工方式。粗精加工叶身对于粗加工叶身，主要考虑的是为后面的加工去掉大部分余量，但是要考虑不能干涉到叶根叶冠以及叶身与叶根叶冠的交接部位的圆角，同时还要考虑粗加工后叶片的变形量；因此，采用132RAM的玉米镶片立铣刀来加工，利用PROE软件里面的SURFACE铣削方法，分别采用取叶冠和叶根与叶身的交接面的边界为切割控制线，选取叶根叶冠为干涉检查面，叶身放量05MM加工。刀具的轨迹为径480汽轮机技术第53卷向螺旋的铣削线。精加工采用28圆角为R4的环形刀，如图5所示。图5叶身粗加工粗精加工叶根交接面该部位粗加工采用020的球头刀，同样叶身放05MM余量，叶根平台放05MM余量，精加工分两次，分别采用010、06的球头刀。加工方式同理采用SURFACE铣削方法，切割控制线需要采用投影的方式自定义区域。具体边界控制为第一条距离叶根边界2MM，第二条距离叶根边界20MM，第二条边界和前面叶身边界要求有2RAM左右的重叠度，避免产生接刀痕。粗精加工叶冠交接面该部位方法和叶根部位一样。粗精加工叶根叶冠该部位是等截面组成，也可以近似按照叶身的加工方法处理；边界直接采用开放式边界曲面加工方式，侧面放量05MM。粗加工采用032的玉米镶片立铣刀，精加工采用028圆角为R4的环形刀，见图5所示。后续处理主要包括叶片的冠部切除工艺基准，表面的抛光处理等。34叶片的数控JJR方法341叶根叶冠的加工方法改型后的叶根与叶冠虽然可以近似按照叶身的加工方法，但是该部位靠近工艺头以及顶针部位，采用开放式边界时候要特别注意干涉，对于多余的跳刀轨迹应裁掉，同时合理采用进刀方式，避免干涉夹具。342叶身的加工方法叶身最大厚度仅为10MM，出汽边厚度为018MM，最大弦宽达到80MM，加工的时候刀具引导角度设置39。加工方式采用径向螺旋。在刀具进入和退出工件时加切向延伸量，避免刀具快速下刀直接切上工件。一般进刀和退刀都选在叶片比较平坦的区域，比如进出汽边位置。4后置处理程序由于叶片属于特型零件，在加工过程中为了保证型面的精度，必须对速度进行3D动态补偿，也就是每个切削点的速度是根据曲率的变化而相应变化；同时，采用径向螺旋加工应采用增量值的编程方式，因此，一般通用软件平台的后置处理器处理的加工程序不可用；不能满足3D动态补偿以及增量编程的要求。因此，PROE软件处理出刀位文件后，采用了基于PROE软件开发的叶片专用后置处理软件处理程序。该软件在读取刀位源文件后，能够根据机床的型号以及系统处理出合格的加工程序。5结论通过该程序的调试加工测试表明改型后的D600B112导叶片在采用了立式加工中心，合理地运用了PROE的强大的造型功能，MASTERCAM的数据处理功能，以及专用后置处理软件，完全达到了预期的目的，其加工后的实物经过量具检测，满足了设计和工艺的要求。随着该厂反动式汽轮机、空冷机组、核电机组及燃机的开发和老机的改型，叶片的品种趋向多元化，加工技术趋向复杂化，就需要不断提高加工技术，开创新的加工方法。该小冠导叶片加工成功，为以后加工类似的叶片提供了新的思路，同时使该厂的叶片加工技术迈上了一个新的台阶。参考文献1康压鹏数控编程与加工MASTERCAMX基础教程M北京人民邮电出版社，20062李世国，李强，等编PROENGINEERWILDFIREM北京机械工业出版社20033孙东阳，等编数控编程M南京南京大学出版社19934腾龙工作室刘平安，谢龙汉，等PROENGINEERWILDFIRE40数控编程实例M北京清华大学出版社，2008上接第477页由于时间的原因，考虑到此次动平衡后低压转子一阶临界转速下及3000RMIN时的振动水平已满足安全运行的要求，振动处理到此结束。4结论1造成该机组停机过临界及额定转速下低压转子振动较大的原因，是低压转子存在较大的一阶、二阶质量不平衡，通过高速动平衡减少了转子的质量不平衡量，振动状况得以改善。2尽管开机升速过临界时低压转子的轴承振动满足要求，但也要考虑停机过临界时的振动状况。在条件允许时，应进一步改善转子一阶平衡状况，提高机组停机过程