汽輪機(jī)葉片制造工藝過(guò)程

1、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(mǎn)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

2、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)絕熱熔降大，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。靜了包括進(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(lèi)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

3、采用專(zhuān)門(mén)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(mǎn)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）：銘不銹鋼1613和2Crl3屬于馬氏體耐熱鋼，它們除了在室溫和工作溫度卜.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

4、用最廣泛的汽輪機(jī)材料。（2）：強(qiáng)化型銘不銹鋼彌補(bǔ)了lCrl3型銘不銹鋼熱強(qiáng)性較低的缺點(diǎn),在其中加入鋁、鋸、銳、銀、硼等。（3）：低合金珠光體耐熱鋼用于制造工作溫度在450c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)

5、的工作性能，葉片型面的加工量約占葉片加工量的l/2o葉片型面分截面型線(xiàn)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）鉀接圍帶動(dòng)葉片加工：由于內(nèi)弧是由R組成的型線(xiàn)，加工可用普通銃床加圓柱銃刀來(lái)完成，采用臥刀法，銃刀直徑D=2R0當(dāng)汽道高度l>70mm時(shí)，可采用捅銃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(xiàn)部分為68mmo鉀接圍帶動(dòng)葉片加工工藝流程普通機(jī)床型面機(jī)床(2)自帶圍帶動(dòng)葉片：采用臥刀法。但銃刀軸徑受到圍帶高度的限制,如果銃刀軸徑過(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1.2導(dǎo)葉片沖孔圍帶導(dǎo)葉

6、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(xiàn)銃刀加工內(nèi)弧和背弧。機(jī)床為普通臥銃床，葉片內(nèi)弦線(xiàn)應(yīng)水平（與機(jī)床工作臺(tái)平行），使得切削加工及銃刀設(shè)計(jì)最佳。2、有成型規(guī)律葉片汽道加工2.1 斜銃葉片加工加工方法：普通臥銃床、專(zhuān)用夾具及型線(xiàn)銃刀。葉片斜銃結(jié)構(gòu)線(xiàn)與機(jī)床工作臺(tái)縱向進(jìn)給方向一致，型線(xiàn)銃刀從葉頂向葉根方向吃刀。2斜銃加靠模葉片加工加工方法：臥式液壓仿形銃床、專(zhuān)用夾具、靠模板加型線(xiàn)銃刀。葉片的A-A,B-B截面間的一段斜銃結(jié)構(gòu)線(xiàn)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銃頭在特定的靠模板

7、做上、下仿形運(yùn)動(dòng)來(lái)滿(mǎn)足分段方向吃刀。2.3扭曲葉片加工方法：普通臥銃床、專(zhuān)用夾具、回轉(zhuǎn)裝置、靠模尺加型線(xiàn)銃刀。通過(guò)專(zhuān)用夾具、回轉(zhuǎn)裝置使葉片回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)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)釉線(xiàn)根據(jù)轉(zhuǎn)率旋轉(zhuǎn)與銃刀型線(xiàn)共同形成空間曲面?；剞D(zhuǎn)裝置：由固定支座、回轉(zhuǎn)體、齒輪及齒條組成。回轉(zhuǎn)體回轉(zhuǎn)中心線(xiàn)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(xiàn)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)

8、上方。刀具：球頭銃刀（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：0.030.04mm（波谷處）。2普通臥式數(shù)控銃床夾具: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。銃刀：普通2030直徑圓柱立銃刀。加工方法：拉銃與橫向掃描相結(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(zhuān)用設(shè)備。由于全部采用硬質(zhì)合金刀具，高速切削（700010000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

9、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?，F(xiàn)在使用五聯(lián)動(dòng)數(shù)控型面銃床主要加工自帶圍帶動(dòng)葉片的扭曲型面,數(shù)控型面銃床運(yùn)用外傾角方法進(jìn)行切削，用樣條曲線(xiàn)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)控型面銃床上，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，精銃內(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、成型銃刀、內(nèi)背弧型線(xiàn)樣板等工裝，技術(shù)準(zhǔn)備工作周期長(zhǎng)，加工效率低。現(xiàn)在，上海汽輪機(jī)廠(chǎng)使用瑞士STARRAG-RIGID公司的NX-1.55和NXT54和LEC

10、HTI公司的五聯(lián)動(dòng)數(shù)控型面銃，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，精銃內(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、成型銃刀和型線(xiàn)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(0EMT060405AER-76IC928),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(pán)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2Crl2NiMoWV-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

11、，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、根樹(shù)型等，葉根的加工工藝過(guò)程如下：卜.表為某300MW汽輪機(jī)末級(jí)動(dòng)葉片加工工藝工序號(hào)I：序名稱(chēng)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6±lmm葉根單面余量6mm葉頂留工藝頭毛坯需在制造廠(chǎng)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銃葉根及葉頂基準(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粗精銃葉根型線(xiàn)粗精銃葉根型線(xiàn)6粗精銃氣道型1.氣道型面面2,拉筋凸臺(tái)3.內(nèi)背弧圓角F7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粗精銃葉根型線(xiàn)粗銃、

12、半精銃、精銃10鉆葉根銷(xiāo)孔葉根三銷(xiāo)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(chēng)。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L5m/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

13、“復(fù)印”在工件上。其優(yōu)點(diǎn)有：電解加工的刀具-工具電極制造比較容易，工具幾乎無(wú)耗損可不受材料加工性能的影響成型精度高，重復(fù)精度也高加工效率高，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,和仿形銃相比可提高效率56倍光潔度高，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廢品率很低電解后的葉片重量均一，為轉(zhuǎn)子平衡提供了方便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

14、度瞬時(shí)高達(dá)1000012000°C,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

15、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。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)化從而使表面性能提高。脈沖電源電火花強(qiáng)化是以直接放電的方式向零件表面提供能量，并

16、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,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)某些部位問(wèn)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IO。10一5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8000C10000C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IO-10-1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。噴砂噴砂是采用壓縮空氣為動(dòng)力，以形成高速?lài)娚涫鴮娏希ㄣ~礦砂、石英砂、金剛砂、鐵砂、海南砂）高速?lài)娚涞叫枰幚淼墓ぜ砻?，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