汽輪機(jī)葉片制造工藝過(guò)程.docx

精品文檔軸流式蒸汽輪機(jī)動(dòng)葉片制造工藝簡(jiǎn)述摘要：介紹了汽輪機(jī)等截面直葉片、自由成型葉片、有成型規(guī)律葉片汽道加工的毛坯制造、型面加工工藝過(guò)程，并介紹了五聯(lián)動(dòng)加工中心的基本特點(diǎn)，簡(jiǎn)單說(shuō)明了汽輪機(jī)葉片幾種特種加工方法的基本原理。關(guān)鍵字：汽輪機(jī) 動(dòng)葉片 毛坯制造 加工工藝 特種加工 一：汽輪機(jī)簡(jiǎn)介汽輪機(jī)是將蒸汽的能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械功的旋轉(zhuǎn)式動(dòng)力機(jī)械，是蒸汽動(dòng)力裝置的主要設(shè)備之一。主要用作發(fā)電用的原動(dòng)機(jī)，也可直接驅(qū)動(dòng)各種泵、風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)和船舶螺旋槳等。還可以利用汽輪機(jī)的排汽或中間抽汽滿足生產(chǎn)和生活上的供熱需要 。汽輪機(jī)是一種高溫高壓高速旋轉(zhuǎn)的機(jī)械，尤其對(duì)于發(fā)電用汽輪機(jī)來(lái)說(shuō)，又是大功率輸出地原動(dòng)力機(jī)械，所以設(shè)計(jì)要求汽輪機(jī)具有高效率，高安全可靠性，而且可調(diào)性要好。目前我國(guó)發(fā)電用汽輪機(jī)以300600MW居多，體積龐大，結(jié)構(gòu)精細(xì)復(fù)雜。由于多級(jí)軸流式汽輪機(jī)絕熱焓降大，能夠充分利用蒸汽的熱能，因此絕大多數(shù)為發(fā)電用汽輪機(jī)均為多級(jí)軸流式汽輪機(jī)。汽輪機(jī)本體主要由轉(zhuǎn)動(dòng)部分和靜止部分兩個(gè)方面組成。轉(zhuǎn)子包括主軸、葉輪、動(dòng)葉片和聯(lián)軸器等。靜子包括進(jìn)汽部分、汽缸、隔板和靜葉柵、汽封及軸承等。因此汽輪機(jī)的制造工藝主要為上述部件的制造工藝。汽輪機(jī)制造工藝的特點(diǎn)為：屬單件生產(chǎn)，生產(chǎn)期長(zhǎng)，材料品種多，材料性能要求高，零件種類多，加工精度高，設(shè)備要求高，操作技能要求高，機(jī)械加工工種齊全，設(shè)計(jì)冷熱工藝且面廣，檢測(cè)手段齊備要求高，計(jì)量設(shè)備、測(cè)量工具齊全而且要求高采用專門工裝多。二：軸流式蒸汽輪機(jī)動(dòng)葉片制造工藝1：葉片的結(jié)構(gòu)靜葉片一般由工作部分和安裝部分組成動(dòng)葉片一般由葉根、葉型部分和葉頂三部分組成2： 葉片的工作條件及材料選擇葉片的工作條件復(fù)雜，除因高速旋轉(zhuǎn)和氣流作用而承受較高的靜應(yīng)力和動(dòng)應(yīng)力外，還因其分別處在過(guò)熱蒸汽區(qū)、兩相過(guò)渡區(qū)、和濕蒸汽區(qū)段內(nèi)工作而承受高溫、高壓、腐蝕和沖蝕作用。因此葉片的材料要滿足以下要求：良好的常溫和高溫機(jī)械性能、良好的抗蝕性、良好的減震性、和一定的耐磨性良好的冷熱加工性能。葉片的常用材料有：（1）：鉻不銹鋼 1Cr13和2Cr13屬于馬氏體耐熱鋼，它們除了在室溫和工作溫度下具有足夠的強(qiáng)度外，還具有高的耐蝕性和減振性，是世界上使用最廣泛的汽輪機(jī)材料。（2）：強(qiáng)化型鉻不銹鋼 彌補(bǔ)了1Cr13型鉻不銹鋼熱強(qiáng)性較低的缺點(diǎn)，在其中加入鉬、鎢、釩、鈮、硼等。（3）：低合金珠光體耐熱鋼 用于制造工作溫度在450以下中壓汽輪機(jī)各級(jí)動(dòng)葉片和靜葉片。（4）：鋁合金和鈦合金 其密度小、耐蝕性高，用于制造大功率汽輪機(jī)末級(jí)長(zhǎng)動(dòng)葉片。3：葉片的毛坯制造（1）：葉片常用的毛坯形式1）方鋼毛坯 包括靜葉片方鋼毛坯和動(dòng)葉片方鋼毛坯2）鑄造毛坯 鑄造靜葉片 靜葉片在強(qiáng)度等級(jí)上要求相對(duì)較低，允許使用鑄造毛坯3）鍛造毛坯 包括動(dòng)葉片的模鍛毛坯、靜葉片的模鍛毛坯、高速鍛毛坯和精鍛毛坯4）軋制毛坯5）爆炸成形毛坯4：葉片氣道型面加工工藝葉片加工質(zhì)量的高低直接影響著汽輪機(jī)的工作性能，葉片型面的加工量約占葉片加工量的1/2。葉片型面分截面型線不變的直葉片型面和截面沿葉高變化的扭曲型面。1、等截面直葉片加工1.1 動(dòng)葉片(1) 鉚接圍帶動(dòng)葉片加工：由于內(nèi)弧是由 R 組成的型線，加工可用普通銑床加圓柱銑刀來(lái)完成，采用臥刀法，銑刀直徑 D=2R。當(dāng)汽道高度 l70 mm 時(shí)，可采用捅銑加工以提高加工精度、光潔度及刀具壽命。捅刀設(shè)計(jì)成 1:100 倒錐，直線部分為 68 mm。鉚接圍帶動(dòng)葉片加工工藝流程型面機(jī)床5，型面加工普通機(jī)床1，基準(zhǔn)面加工加工中心4，中間體加工數(shù)控立式銑床3，鉚釘頭加工四軸銑床2，葉根加工(2) 自帶圍帶動(dòng)葉片：采用臥刀法。但銑刀軸徑受到圍帶高度的限制，如果銑刀軸徑過(guò)小，葉片設(shè)計(jì)應(yīng)修改，使圍帶向背弧方向偏移。自帶圍帶動(dòng)葉片加工工藝流程型面機(jī)床3，型面加工1，基準(zhǔn)面加工普通機(jī)床加工中心3，中間體加工強(qiáng)力磨床2，葉根加工1.2 導(dǎo)葉片沖孔圍帶導(dǎo)葉片與澆鑄孔導(dǎo)葉片可采用同一種方法加工汽道。毛坯形式：生產(chǎn)批量大用模鍛毛坯、生產(chǎn)批量小用扁鋼。多件合并下料可提高生產(chǎn)效率、降低成本。用型線銑刀加工內(nèi)弧和背弧。機(jī)床為普通臥銑床，葉片內(nèi)弦線應(yīng)水平（與機(jī)床工作臺(tái)平行），使得切削加工及銑刀設(shè)計(jì)最佳。2 、有成型規(guī)律葉片汽道加工2.1 斜銑葉片加工加工方法：普通臥銑床、專用夾具及型線銑刀。葉片斜銑結(jié)構(gòu)線與機(jī)床工作臺(tái)縱向進(jìn)給方向一致，型線銑刀從葉頂向葉根方向吃刀。2.2 斜銑加靠模葉片加工加工方法：臥式液壓仿形銑床、專用夾具、靠模板加型線銑刀。葉片的 A-A、B-B 截面間的一段斜銑結(jié)構(gòu)線與機(jī)床工作臺(tái)縱向進(jìn)給方向一致，在機(jī)床進(jìn)給過(guò)程中垂直方向液壓仿形銑頭在特定的靠模板做上、下仿形運(yùn)動(dòng)來(lái)滿足分段方向吃刀。2.3 扭曲葉片加工方法：普通臥銑床、專用夾具、回轉(zhuǎn)裝置、靠模尺加型線銑刀。通過(guò)專用夾具、回轉(zhuǎn)裝置使葉片回轉(zhuǎn)軸線與機(jī)床工作臺(tái)縱向進(jìn)給方向相同。在機(jī)床進(jìn)給的同時(shí)葉片繞回轉(zhuǎn)軸線根據(jù)轉(zhuǎn)率旋轉(zhuǎn)與銑刀型線共同形成空間曲面。回轉(zhuǎn)裝置：由固定支座、回轉(zhuǎn)體、齒輪及齒條組成?；剞D(zhuǎn)體回轉(zhuǎn)中心線與機(jī)床工作臺(tái)縱向進(jìn)給相同，同時(shí)與葉片回轉(zhuǎn)中心線重合（夾具固定在回轉(zhuǎn)體上）。齒輪固定在回轉(zhuǎn)體并通過(guò)齒條帶動(dòng)其旋轉(zhuǎn)。齒條一端裝有滾輪沿靠模尺做靠模運(yùn)動(dòng)。3 、自由成型葉片加工3.1 普通立式數(shù)控機(jī)床夾具：設(shè)計(jì)時(shí)保證葉片 XOZ 平面水平，且 Z 軸指向機(jī)床縱向進(jìn)給方向。加工內(nèi)弧 Y 軸指向工作臺(tái)面，背弧 Y 軸指向工作臺(tái)上方。刀具：球頭銑刀（優(yōu)選鑲硬質(zhì)合金刀片的刀具）。加工方式：橫向掃描和縱向掃描。拋光量：0.030.04 mm（波谷處）。3.2 普通臥式數(shù)控銑床夾具：使葉片 XOZ 平面與機(jī)床工作臺(tái)平行，且 Z軸指向工作臺(tái)縱向。X 軸指向工作臺(tái)面。銑刀：普通2030 直徑圓柱立銑刀。加工方法：拉銑與橫向掃描相結(jié)合。3.3 五聯(lián)動(dòng)加工中心五聯(lián)動(dòng)加工中心是目前最為先進(jìn)的葉片汽道加工專用設(shè)備。由于全部采用硬質(zhì)合金刀具，高速切削（70001 0000 轉(zhuǎn)/min），而且該機(jī)床設(shè)計(jì)性能允許大余量切削（即粗加工去余量），所以工效可成倍提高。切削方式：五聯(lián)動(dòng)可使刀具始終處于最佳切削狀態(tài)，且切削力最小。由于刀尖切削，又由于工件進(jìn)給方向保證主切削力始終沿型面方向，即葉片剛性較好方向，所以工件彈性變形小。現(xiàn)在使用五聯(lián)動(dòng)數(shù)控型面銑床主要加工自帶圍帶動(dòng)葉片的扭曲型面，數(shù)控型面銑床運(yùn)用外傾角方法進(jìn)行切削，用樣條曲線連接整個(gè)型面上的空間坐標(biāo)點(diǎn)，從而完成型面加工。在數(shù)控型面銑床上，經(jīng)一次裝夾，使用標(biāo)準(zhǔn)刀具便可除去內(nèi)背弧和進(jìn)出汽邊的余量，精銑內(nèi)背弧型面和葉頂，葉根連接處。高機(jī)組效率，大部分葉片型面設(shè)計(jì)成截面沿葉高變化的扭曲型面。按傳統(tǒng)工藝，扭曲型面的加工較為復(fù)雜，一般需12道工序，需配備大量夾具、成型銑刀、內(nèi)背弧型線樣板等工裝，技術(shù)準(zhǔn)備工作周期長(zhǎng)，加工效率低?，F(xiàn)在，上海汽輪機(jī)廠使用瑞士STARRAG-RIGID公司的NX-155和NX-154和LECHTI公司的五聯(lián)動(dòng)數(shù)控型面銑，經(jīng)一次裝夾使用標(biāo)準(zhǔn)刀具去除內(nèi)背弧和進(jìn)出汽邊余量，精銑內(nèi)背弧型面和頂、根部連接處，一道工序可取代傳統(tǒng)工藝的12道工序，效率提高10倍以上，同時(shí)可省去大量夾具、成型銑刀和型線樣板，縮短了技術(shù)準(zhǔn)備周期。型面粗加工采用ISCAR八角形刀片（OEMT 060405AER-76 IC928），主偏角為45度，可轉(zhuǎn)位八個(gè)刃切削。它抗沖擊力強(qiáng)，刀盤的容屑槽空間大，出屑方便，適用于粗加工，尤其對(duì)高、中壓葉片中很難加工的2Cr12NiMoWV-5（C422）馬氏體耐熱不銹鋼材料，效率明顯提高，是一般刀片的4-5倍。5：葉根的機(jī)械加工工藝葉根是葉片的主要裝配部位，它的加工精度決定著裝配質(zhì)量，并直接影響著汽輪機(jī)的安全運(yùn)行和效率。常用的葉根有T型、菌型、叉型、樅樹(shù)型等，葉根的加工工藝過(guò)程如下：銑葉根凹槽銑葉頂端面銑葉頂圓弧精銑葉根粗銑葉根銑兩端下表為某300MW汽輪機(jī)末級(jí)動(dòng)葉片加工工藝工序號(hào)工序名稱加工內(nèi)容1備料毛坯為模鍛件，葉片型面單面余量5mm厚度公差1mm葉根單面余量6mm葉頂留工藝頭毛坯需在制造廠鉆三頂針中心孔2澆注低熔點(diǎn)合金塊澆注低熔點(diǎn)合金3銑葉根及葉頂基準(zhǔn)面加工葉根端面、葉根兩側(cè)面、內(nèi)背徑向面、葉頂基面及中心孔4拆卸合金定位塊脫掉方箱，回收低熔點(diǎn)合金5粗精銑葉根型線粗精銑葉根型線6粗精銑氣道型面1. 氣道型面2. 拉筋凸臺(tái)3. 內(nèi)背弧圓角7校形校彎，校扭8高頻感應(yīng)加熱淬火進(jìn)氣邊淬火硬化9粗精銑葉根型線粗銑、半精銑、精銑10鉆葉根銷孔葉根三銷孔加工6：葉片加工中的特種加工技術(shù)特種加工方法是指區(qū)別于傳統(tǒng)切削加工方法，利用化學(xué)、物理(聲、光、電、熱、磁)或電化學(xué)方法對(duì)工件材料進(jìn)行加工的一系列加工方法的總稱。1） 電解加工電解加工是利用金屬在電解液中產(chǎn)生陽(yáng)極溶解的電化學(xué)原理對(duì)工件進(jìn)行成形加工的一種方法。工件接直流電源正極，工具接負(fù)極，兩極之間保持狹小間隙(0.1mm0.8mm)。具有一定壓力(0.5MPa2.5MPa)的電解液從兩極間的間隙中高速15m/s60m/s)流過(guò)。當(dāng)工具陰極向工件不斷進(jìn)給時(shí)，在面對(duì)陰極的工件表面上，金屬材料按陰極型面的形狀不斷溶解，電解產(chǎn)物被高速電解液帶走，于是工具型面的形狀就相應(yīng)地“復(fù)印”在工件上。其優(yōu)點(diǎn)有：1， 電解加工的刀具-工具電極制造比較容易，工具幾乎無(wú)耗損2， 可不受材料加工性能的影響3， 成型精度高，重復(fù)精度也高4， 加工效率高，一次可直接完成兩個(gè)型面的加工，校模次數(shù)可減少3/4,和仿形銑相比可提高效率56倍5， 光潔度高，葉片無(wú)毛刺，從而減輕了對(duì)葉片出汽邊圓角的鉗工修整量6， 廢品率很低7， 電解后的葉片重量均一，為轉(zhuǎn)子平衡提供了方便2） 電火花成型加工電火花加工是在液體介質(zhì)中進(jìn)行的，機(jī)床的自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)裝置使工件和工具電極之間保持適當(dāng)?shù)姆烹婇g隙，當(dāng)工具電極和工件之間施加很強(qiáng)的脈沖電壓（達(dá)到間隙中介質(zhì)的擊穿電壓）時(shí)，會(huì)擊穿介質(zhì)絕緣強(qiáng)度最低處。由于放電區(qū)域很小，放電時(shí)間極短， 所以，能量高度集中，使放電區(qū)的溫度瞬時(shí)高達(dá) 1000012000 ，工件表面和工具電極表面的金屬局部熔化、甚至汽化蒸發(fā)。局部熔化和汽化的金屬在爆炸力的作用下拋入工作液中，并被冷卻為金屬小顆粒，然后被工作液迅速?zèng)_離工作區(qū)，從而使工件表面形成一個(gè)微小的凹坑。一次放電后，介質(zhì)的絕緣強(qiáng)度恢復(fù)等待下一次放電。如此反復(fù)使工件表面不斷被蝕除，并在工件上復(fù)制出工具電極的形狀，從而達(dá)到成型加工的目的。具有以下特點(diǎn)： 1，脈沖放電的能量密度高，便于加工用普通的機(jī)械加工方法難于加工或無(wú)法加工的特殊材料和復(fù)雜形狀的工件。不受材料硬度影響，不受熱處理狀況影響。 2，脈沖放電持續(xù)時(shí)間極短，放電時(shí)產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)擴(kuò)散范圍小，材料受熱影響范圍小。 3，加工時(shí)，工具電極與工件材料不接觸，兩者之間宏觀作用力極小。工具電極材料不需比工件材料硬，因此，工具電極制造容易。 4，可以改革工件結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化加工工藝，提高工件使用壽命，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度。3） 高頻感應(yīng)焊接高頻，是相對(duì)于50Hz的交流電流頻率而言的，一般是指50KHz400KHz的高頻電流。高頻電流通過(guò)金屬導(dǎo)體時(shí)，會(huì)產(chǎn)生兩種奇特的效應(yīng)：集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)，高頻焊接就是利用這兩種效應(yīng)來(lái)進(jìn)行焊接的。4） 激光強(qiáng)化激光表面強(qiáng)化:用激光向零件表面照射加熱，在極短時(shí)間內(nèi)，零件表面極薄層就達(dá)到相變或熔化溫度，從而使表面性能提高。5）電火花強(qiáng)化電火花強(qiáng)化是以直接放電的方式向零件表面提供能量，并使之轉(zhuǎn)化為熱能和其它形式的能量，以達(dá)到改變表層化學(xué)成分和金相組織的目的，從而使表面性能提高。電火花強(qiáng)化原理參見(jiàn)左圖：R：限流電阻；C：儲(chǔ)能電容器組成電火花強(qiáng)化設(shè)備的最基本部件是脈沖電源和振動(dòng)器。前者供給瞬時(shí)放電能量；后者使電極振動(dòng)并周期地接觸工件當(dāng)電極棒（焊條）在工作表面旋轉(zhuǎn)，當(dāng)某些部位間隙很小時(shí)，使主機(jī)放電回路形成通路。在他們相互接觸的微小區(qū)域瞬時(shí)流過(guò)電流，電流密度可達(dá)到105106A/cm2，而放電時(shí)間僅10-610-5秒，由于放電能量在時(shí)間上和空間上高度集中，在放電微小的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生了約800010000的高溫，使該區(qū)域的局部材料高能離子化，電極棒（焊條）在等離子冶金狀態(tài)下高速轉(zhuǎn)移到工件表面，并擴(kuò)散進(jìn)入到工件表層，形成冶金型牢固結(jié)合的沉積層。主機(jī)電源放電周期為10-310-1秒，高頻率的放電和電極棒（焊條）在工件表面的高速旋轉(zhuǎn)掃描，可實(shí)現(xiàn)大面積高效率的沉積涂層。4） 噴砂噴砂是采用壓縮空氣為動(dòng)力，以形成高速噴射束將噴料（銅礦砂、石英砂、金剛砂、鐵砂、海南砂）高速噴射到需要處理的工件表面，使工件表面的外表面的外表或形狀發(fā)生變化，由于磨料對(duì)工件表面的沖擊和切削作用，使工件的表面獲得一定的清潔度和不同的粗糙度，使工件表面的機(jī)械性能得到改善，因此提高了工件的抗疲勞性，增加了它和涂層之間的附著力，延長(zhǎng)了涂膜的耐久性，也有利于涂料的流平和裝飾。此外，葉片加工過(guò)程中的特種加工還有：液力噴丸、磨粒流、微球拋光、激光