張 暖 安 凱 張新慶/ 西安陜鼓動(dòng)力股份有限公司
摘要：詳細(xì)介紹了大型能量回收透平發(fā)電裝置（簡(jiǎn)稱(chēng)TRT）的關(guān)鍵零件——大型樅樹(shù)型葉根葉片的加工工藝開(kāi)發(fā)過(guò)程。根據(jù)加工批量、現(xiàn)有設(shè)備以及葉片結(jié)構(gòu)，采用了五軸數(shù)控+高速銑削的方法，以銑代磨，首次實(shí)現(xiàn)了大型樅樹(shù)型葉根以及葉頂剃灰槽的加工。
關(guān)鍵詞：樅樹(shù)型葉根；高速磨削；銑削；五軸數(shù)控
中圖分類(lèi)號(hào)：TH453 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B
Devolopment of Machining Process for Blades with Large Type Fir-tree Root
Abstract: This paper has introduced the developing process of blade with large type fir-tree root which is the key part of large-scale energy recovery turbine generating unit (TRT) in detail. According to the manufacturing batch, available equipment and blade structure, adopting the method of five axis numerical control and high speed, and by means of milling instead of grinding, the machining of large type fir-tree root and top blaole scraping groove is implemented for the first time.
Key words: fir-tree root; highspeed grinding; milling; five axis numerical control
0 引言
近幾年，隨著冶金高爐的大型化，能量回收透平發(fā)電裝置（簡(jiǎn)稱(chēng)TRT）也隨之向大型化方向發(fā)展。針對(duì)這種情況，我公司的研發(fā)部門(mén)對(duì)該裝置的關(guān)鍵零件——?jiǎng)尤~片采用了應(yīng)力分布更好的樅樹(shù)型葉根。經(jīng)過(guò)艱苦的攻關(guān)，終于首次實(shí)現(xiàn)了大型TRT樅樹(shù)型葉根的加工，掌握了這種葉根的加工工藝，縮短了大型TRT的生產(chǎn)周期。
1 結(jié)構(gòu)分析
該葉片和汽輪機(jī)中的長(zhǎng)葉片相似，葉片長(zhǎng)約600mm，寬約320mm。樅樹(shù)型葉根形狀類(lèi)似松樹(shù)，這種型式的葉根結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尺寸精度和位置精度要求都很高，粗糙度要求Ra1.6。葉根肩膀中一側(cè)平面較長(zhǎng)約80mm。有的葉片葉頂還設(shè)有剃灰槽結(jié)構(gòu)。這樣的大型葉片一般為模鍛毛坯。上述結(jié)構(gòu)給毛坯鍛造、機(jī)加工藝、數(shù)控設(shè)備、工藝裝備、刀具、夾具系統(tǒng)、工件試切及檢測(cè)等各制造環(huán)節(jié)提出更高的要求。動(dòng)葉片見(jiàn)圖1。 |
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2 工藝設(shè)計(jì)
2.1 葉根的加工工藝
在汽輪機(jī)葉片專(zhuān)業(yè)廠家，這類(lèi)大型葉片數(shù)量相當(dāng)多，葉根加工工藝一般采取成型銑刀（或線切割）+強(qiáng)力磨的方法。在加工大型樅樹(shù)型葉根時(shí)，采用專(zhuān)機(jī)生產(chǎn)，其葉根工藝流程一般為：澆注低溫合金——葉型定位——粗銑齒型大量——半精銑齒型，留精磨余量（采用專(zhuān)用銑床或線切割、成型銑刀和夾具組合）——精磨齒型（采用強(qiáng)力磨床、成型砂輪、成型砂輪修整器和組合夾具等）。這種加工工藝的特點(diǎn)：先加工好葉根，保證葉根制造精度，再以葉根定位，加工葉型。
這種加工工藝的優(yōu)點(diǎn)：
1） 夾具系統(tǒng)剛性好，適合加工大型長(zhǎng)葉片，加工一致性好；
2） 葉根沒(méi)有過(guò)長(zhǎng)的工藝夾頭，毛坯及粗加工制造難度降低。加工長(zhǎng)葉片時(shí)，葉根定位準(zhǔn)確，夾緊牢靠；
3） 適宜大批量生產(chǎn)，效率高。
缺點(diǎn)：
1） 專(zhuān)用機(jī)床多，占用廠房面積大，一次性投入大；
2） 專(zhuān)用成型銑刀、成型砂輪、專(zhuān)用夾具規(guī)格多。
目前我公司的大型TRT樅樹(shù)型葉根葉片生產(chǎn)數(shù)量較少，也沒(méi)有上面提到的強(qiáng)力磨設(shè)備，但五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控銑床A17[1]和高速銑床HSM800[2]已分別擁有十幾臺(tái),結(jié)合葉片結(jié)構(gòu)，考慮采取以銑代磨的方法進(jìn)行探索。鑒于葉根肩膀一側(cè)平面長(zhǎng)80mm，沒(méi)有刀具有這樣長(zhǎng)的側(cè)刃來(lái)滿足加工需要，因此，采用A17五軸數(shù)控+HSM800高速銑床的方法。葉根齒形兩肩膀與主軸非接觸部分由前序A17主軸搬角度銑出，其余與主軸接觸的齒形連續(xù)部分由后序HSM800完成，兩者的搭接部位在葉根肩膀下與主軸非接觸處。采用一夾一頂，葉根處設(shè)有工藝夾頭，作為定位基準(zhǔn)。采用整體硬質(zhì)合金銑刀加工。其葉根工藝流程：加工葉根工藝夾頭——工藝夾頭定位——外協(xié)粗銑齒型大量——半精銑、精銑齒型（采用A17五軸數(shù)控+ HSM800高速銑床）——切掉工藝夾頭。這種加工工藝的特點(diǎn)：先加工葉型，再加工葉根，保證葉根制造精度質(zhì)量。尤其高速銑床：高轉(zhuǎn)速、高進(jìn)給、小切深[3] ，產(chǎn)生較小的切削力，夾具系統(tǒng)剛性較好，精度高，表面質(zhì)量好[4] ，加工一致性好。
這種加工工藝的優(yōu)點(diǎn)：
1） 節(jié)省大量的成型銑刀、成型砂輪、專(zhuān)用夾具和專(zhuān)用機(jī)床的投入；
2） 工藝柔性好，高速銑床HSM800屬于通用機(jī)床。通過(guò)對(duì)球頭銑刀進(jìn)行數(shù)控編程來(lái)實(shí)現(xiàn)各種規(guī)格葉根的加工；
3） 新產(chǎn)品試制周期較短，工裝較少。
缺點(diǎn)：
1） 高速銑刀為整體硬質(zhì)合金，價(jià)格較貴，消耗較快；
2） 刀具伸出長(zhǎng)度不能超過(guò)刀具直徑的3倍，因此加工深度受限；
3） 葉根部分必須有一定長(zhǎng)度的工藝夾頭，夾頭短了，刀柄容易與工裝夾具發(fā)生干涉。
2.2 葉型及葉頂剃灰槽的加工工藝
葉型及過(guò)渡弧在五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床A17上進(jìn)行加工。葉頂剃灰槽的加工考慮到加工部位靠近頂尖，隨著葉型被越切越薄，工件-夾具系統(tǒng)的剛性明顯下降，同時(shí)，和高速銑床HSM800相比，A17夾具系統(tǒng)剛性較差[5] ；因此，葉頂剃灰槽在高速銑床上完成。
2.3 工裝的設(shè)計(jì)
為了解決機(jī)床設(shè)備行程受限并增加工藝系統(tǒng)剛性的問(wèn)題，在葉片加工時(shí)，兩種設(shè)備均卸掉了三爪卡盤(pán)，設(shè)計(jì)了直接連接在A軸分度頭上的專(zhuān)用工裝，這樣就保證了葉片加工質(zhì)量。對(duì)于葉頂剃灰槽的加工，為防止工件剛性隨著加工深度增加越來(lái)越差，進(jìn)而引起夾刀或刀具振動(dòng)，設(shè)計(jì)了在葉型靠近剃灰槽部位的輔助支撐工裝，見(jiàn)圖2~圖4。 |
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3 工藝實(shí)施
加工大型樅樹(shù)型葉根及葉頂剃灰槽在我公司屬于首次，因此首先進(jìn)行了工藝試驗(yàn)。在兩種設(shè)備上，對(duì)葉片均采用一夾一頂?shù)难b夾方式。
葉根試切開(kāi)始后，為了避開(kāi)葉根一側(cè)肩膀的長(zhǎng)平面，球頭銑刀伸出部分過(guò)長(zhǎng)，引起振動(dòng)，進(jìn)而影響工件精度。于是，選購(gòu)了抗振加長(zhǎng)刀柄，見(jiàn)圖5。而且降低了葉根夾具的厚度，并將夾具干涉部分銑去，最終解決了振動(dòng)問(wèn)題。 |
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在葉根試切中，葉根程序分為粗銑、半精銑和精銑3個(gè)工步。分別使用高速球頭銑刀Φ4、Φ6、Φ8及高速立銑刀Φ12。經(jīng)多次調(diào)整高速機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量和切削深度，最終摸索出較為合適的切削參數(shù)，獲得了滿意的葉根尺寸精度、表面質(zhì)量和加工效率。
試切葉頂剃灰槽時(shí)，在加工好葉根后，直接在高速銑床上，將A軸旋轉(zhuǎn)一定角度，使剃灰槽處葉型轉(zhuǎn)平，同時(shí)工裝對(duì)葉型進(jìn)行輔助支撐進(jìn)行加工。整個(gè)葉片試切結(jié)束，經(jīng)檢測(cè)，工件滿足圖紙要求。
工藝試驗(yàn)成功后，隨即投入批量生產(chǎn)。至今已完成多臺(tái)大型樅樹(shù)型葉根動(dòng)葉的加工，并順利裝配。最終葉片實(shí)物見(jiàn)圖6。 |
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4 結(jié)論
根據(jù)公司葉片結(jié)構(gòu)和批量加工的特點(diǎn)以及現(xiàn)有的設(shè)備，采用了五軸數(shù)控A17和高速銑床HSM800相結(jié)合的方法，以銑代磨，充分利用現(xiàn)有數(shù)控設(shè)備的優(yōu)勢(shì)，首次實(shí)現(xiàn)了樅樹(shù)型葉根以及葉頂剃灰槽的加工。通過(guò)采用抗振加長(zhǎng)刀柄，解決了高速銑床刀具伸長(zhǎng)受限的難題。通過(guò)設(shè)計(jì)新的夾具，卸掉三爪卡盤(pán)，輔助支撐葉型，解決了設(shè)備行程受限，并增強(qiáng)了夾具系統(tǒng)的剛性和穩(wěn)定性。總之，大型樅樹(shù)型葉根葉片的成功加工，使公司葉片的加工水平上了一個(gè)新臺(tái)階。 參 考 文 獻(xiàn) [1] 蔡新平,魏遠(yuǎn)震,王臨佳. 五坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)加工中心加工機(jī)翼型葉片工藝技術(shù)研究[J]. 通用機(jī)械,2003(12):66-69.
[2] 徐新江,蔡新平.外形優(yōu)美性能良好[J].現(xiàn)代制造,2007(8):118-120.
[3] 彭海濤,閆光榮,雷毅.高速加工技術(shù)[J].航空制造技術(shù),2004(6):92-95.
[4] 韓旻.高速加工技術(shù)的探討及應(yīng)用[J].機(jī)電工程技術(shù),2006(1):15-17.
[5] 安凱,張暖,張新慶,等.一種模鍛葉片的機(jī)加工工藝方案[J].風(fēng)機(jī)技術(shù),2010(5):40-41. |
