CN100450686C - 一种汽轮机叶片的线切割加工工艺方法 - Google Patents

一种汽轮机叶片的线切割加工工艺方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种汽轮机叶片的线切割加工工艺方法，所述加工工艺方法为汽轮机静叶片的毛坯采用圆形锻钢，静叶片(等截面静叶片/变截面扭曲静叶片)，经线切割、一次成型后经砂带磨或抛磨的方法；动叶片毛坯采用模锻件、叶片的叶根加工经线切割一次成型、砂带磨或平磨的方法。

Description

一种汽轮机叶片的线切割加工工艺方法
技术领域
本发明涉及一种汽轮机叶片的线切割加工工艺方法。
背景技术
汽轮机(包括电站汽轮机，工业汽轮机，烟气轮机等)在现代国民经济中应用广泛，十分重要。叶片是汽轮机的心脏部分，其结构复杂，制造难度较大。叶片的工作环境和受力情况十分复杂。因此，叶片的制造质量(包括内在质量、表面质量和装配质量等)的优劣，将直接影响到汽轮机运转的效率和可靠性以及汽轮机的制造周期。
汽轮机的叶片品种繁多。叶片的材料一般采用1Cr13，2Cr13、1Cr11MoV，0Cr17Ni4Cu4Nb等，叶片的结构一般由汽道(内背弧型面)和装配(包括叶根、叶顶、动叶片还有铆钉头、围带、拉筋孔或凸台等)两部分组成。各种叶片一般可分为静叶片和动叶片两大类。静叶片按其汽道部分的截面可分为等截面直叶片和变截面扭曲静叶片两种。叶片的叶根结构按《ZBK54020-88汽轮机叶根及其公差》标准，一般有T形、双T形、双叉形、三叉形、四叉形、枞树形等。
目前汽轮机叶片加工工艺的现状为：
按照叶片的设计要求，根据所采用的叶片毛坯状况通常是采用车、铣、刨、磨、钳等传统工艺方法，对其各部位分别进行加工而成。
叶片汽道的加工
当叶片毛坯采用方钢或模锻件时，叶片汽道型面加工的传统工艺一般是：粗加工(刨、普铣或成形铣等)、精加工(仿形铣、成形铣、数控铣等)、钳修、抛磨、精抛(毡抛、砂带磨、振动光饰等)
装配部分加工
不管采用何种毛坯，叶片的装配面和非装配面通常采用普铣、成型铣、数控铣、强力磨等传统工艺方法，经粗、精加工而成。叶片的叉形、T形叶根一般采用专用铣床加工，对枞树型叶根一般采用粗铣后精铣或粗铣后磨、或采用强力磨直接磨出。
目前叶片加工工艺现状的缺陷在于：
1、材料利用率差
目前汽轮机叶片的毛坯一般为方钢或模锻件(单面加工余量≥3mm)，加工余量大，采用现有传统工艺加工叶片其材料利用率较低，一般为表1，
  毛坯形式   动叶片   静叶片
  方钢坯   10％-15％   15％-20％
  模锻件   20％-35％   30％-40％
若采用线切割工艺加工时，其材料利用率一般为表2，
2、工艺过程长，工序质量难以控制
若采用传统工艺方法加工叶片时，其工艺过程较长，工序较多，工件经多次工序(工位)，多次定位装夹，容易造成加工误差。
3、工艺设备投资大，叶片制造周期长
叶片是汽轮机的关键零件，而且叶片生产一般是属于多品种、小批量生产方式，通常叶片制造的劳动量约占汽轮机的三分之一。若采用传统工艺加工叶片其制造周期较长。一般开发一种叶片新产品其制造的周期长达半年以上。另外，若采用传统加工工艺，制造厂所需的设备投资较大，这对一般小型企业而言是难以实现的。
发明内容
本发明需要解决的技术问题就在于对汽轮机叶片传统加工工艺的一种突破，提供一种汽轮机叶片的线切割加工工艺方法，它对汽轮机叶片的加工制造增加了一种新手段，并进一步提高材料利用率，减少设备投资，稳定产品加工质量，缩短生产周期，增强叶片新产品的开发能力，以适应市场经济的需要。
为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：
本发明一种汽轮机叶片的线切割加工工艺方法，所述加工方法为汽轮机静叶片的毛坯采用圆形锻纲，静叶片(等截面静叶片/变截面扭曲静叶片)经线切割、一次成型然后砂带磨或抛磨方法；动叶片毛坯采用模锻件。叶片的叶根加工，经线切割一次成型后砂带磨或平磨方法。
本发明所述等截面静叶片的加工工艺方法为：叶片毛坯为经过热处理后的圆形锻钢，按产品工艺要求的长度下料后，有工艺人员利用CAD寻求最佳的排料方案并编程，然后将毛坯(圆形锻钢)在线切割设备上经一次调整，装夹后，便可实现连续加工多片叶片。线切割钼丝的直径一般选用φ0.18mm左右。线切割加工后的余料块还可用于加工成其它产品。因此，采用线切割工艺加工叶片可最大限度的提高材料利用率，而且加工质量比较稳定。
叶片经线切割加工后经精抛或砂带磨或振动光饰后成型。
本发明所述变截面扭曲静叶片的加工方法为：首先采用叶片的纵向垂直投影法，找出最小的能完全包容叶片汽道各截面的截面轮廓，然后叶片毛坯采用经过热处理后的圆形锻钢，按产品工艺要求的长度下料后，有工艺人员利用CAD寻求最佳的排料方案并编程，然后将毛坯(圆形锻钢)在线切割设备上经一次调整，装夹后，便可实现连续加工多片叶片。线切割钼丝的直径一般选用φ0.18mm左右。线切割加工后的余料块还可用于加工成其它产品。这样，可达到叶片毛坯材料利用率最高，最经济的加工目的，线切割后的工件经精抛(必要时经局部去余量加工)成叶片成品。
本发明所述动叶片的加工方法为：动叶片的毛坯一般为模锻件，在线切割设备上经调整并装夹后加工其叶根(T形、叉形、枞树形)一次成型，留有0.1-0.15mm的磨削余量(砂带磨或平磨)，而后以加工好的叶根定位，采用线切割工艺加工叶片铆钉孔、叶冠及叶片总长等。然后经抛磨、钳修而成叶片成品。线切割下来的余料块，还可用来制成其它产品。因此，采用线切割工艺不但可减少工序，而且原材料可得到充分利用，经济性好。
本发明所述线切割设备工艺参数如下：电流为2-3A，功率管的选择为：工件的高度小于100mm时，选择5-6个功率管；工件高度在100-200mm之间时，选择7-10个功率管；工件高度在200mm以上时，选择10个以上功率管；电流脉冲宽度为：工件的高度小于100mm时，选择32μs以下；工件高度在100-200mm之间时，选择64μs；工件高度在200mm以上时，选择64-128μs之间；理论上，脉冲宽度越大，加工效率越高，电路越大工件粗糙度越大。放电间隙的选择为：工件的高度小于100mm时，选择小于5个；工件高度在100-200mm之间时，选择5-7个；通常放电间隙越大电流越小，切割效率越低。工件高度在200mm以上时，选择7个以上；加工电压为：工件的高度小于100mm时，选择60V左右；工件高度在100-200mm之间时，选择60-70V；工件高度在200mm以上时，选择70V以上；通常是电压越高切割效率越高，光洁度越差。钼丝耗损越大。工件进给速度要求平稳均匀。
本发明根据具体叶片结构，将毛坯用方钢改为圆形锻钢，原材料可得到最大限度的充分利用，经济性好。采用线切割工艺加工静叶片汽道或动叶片的叶根时，工件只需一次调整装夹经线切割完成，叶片质量比较稳定。若采用线切割工艺加工叶片其制造周期一般仅为1-3个月。以静叶片加工为例，采用传统工艺方法加工所需的设备投资约为采用线切割工艺的几倍甚至更多。
综上所述，本发明是对汽轮机叶片传统加工工艺的一种突破，提供一种汽轮机叶片线切割加工工艺方法，为汽轮机叶片的加工制造增加了一种新手段。并进一步提高材料利用率，减少设备投资，稳定产品加工质量，缩短生产周期，增强叶片新产品的开发能力，以适应市场经济的需要。
具体实施方式
本发明一种汽轮机叶片的线切割加工工艺方法，所述加工工艺方法为汽轮机静叶片的毛坯采用圆形锻钢，静叶片(等截面静叶片/变截面扭曲静叶片)经线切割、一次成型、后经砂带磨或抛磨方法；动叶片毛坯采用模锻件。叶片的叶根加工经线切割一次成型后砂带磨或平磨方法。
本发明所述等截面静叶片的加工工艺方法为：叶片毛坯为经过热处理后的圆形锻钢，按产品工艺要求的长度下料后，有工艺人员利用CAD寻求最佳的排料方案并编程，然后将毛坯(圆形锻钢)在线切割设备上经一次调整，装夹后，便可实现连续加工多片叶片。线切割钼丝的直径一般选用φ0.18mm左右。线切割加工后的余料块还可用于加工成其它产品。因此，采用线切割工艺加工叶片可最大限度的提高材料利用率，而且加工质量比较稳定。
叶片经线切割加工后经精抛或砂带磨或振动光饰后成型。
本发明所述变截面扭曲静叶片的加工工艺为：首先采用叶片的纵向垂直投影法，找出最小的能完全包容叶片汽道各截面的截面轮廓，然后叶片毛坯采用经过热处理后的圆形锻钢，按产品工艺要求的长度下料后，有工艺人员利用CAD寻求最佳的排料方案并编程，然后将毛坯(圆形锻钢)在线切割设备上经一次调整，装夹后，便可实现连续加工多片叶片。线切割钼丝的直径一般选用φ0.18mm左右。线切割加工后的余料块还可用于加工成其它产品。这样，可达到叶片毛坯材料利用率最高，最经济的加工目的，线切割后的工件经精抛(必要时经局部去余量加工)成叶片成品。
本发明所述动叶片的加工工艺方法为：动叶片的毛坯一般为模锻件，在线切割设备上经调整并装夹后加工其叶根(T形、叉形、枞树形)一次成型，有0.1-0.15mm的磨削余量(砂带磨或平磨)，而后以加工好的叶根定位，采用线切割工艺加工叶片铆钉孔、叶冠及叶片总长等。然后经抛磨、钳修而成叶片成品。线切割下来的余料块，还可用来制成其它产品。因此，采用线切割工艺不但可减少工序，而且原材料可得到充分利用，经济性好。
本发明所述线切割设备工艺参数如下：电流为2-3A，功率管的选择为：工件的高度小于100mm时，选择5-6个功率管；工件高度在100-200mm之间时，选择7-10个功率管；工件高度在200mm以上时，选择10个以上功率管；电流脉冲宽度为：工件的高度小于100mm时，选择32μs以下；工件高度在100-200mm之间时，选择64μs；工件高度在200mm以上时，选择64-128μs之间；理论上，脉冲宽度越大，加工效率越高，电路越大工件粗糙度越大。放电间隙的选择为：工件的高度小于100mm时，选择小于5个；工件高度在100-200mm之间时，选择5-7个；通常放电间隙越大电流越小，切割效率越低。工件高度在200mm以上时，选择7个以上；加工电压为：工件的高度小于100mm时，选择60V左右；工件高度在100-200mm之间时，选择60-70V；工件高度在200mm以上时，选择70V以上；通常是电压越高切割效率越高，光洁度越差。钼丝耗损越大。工件进给速度要求平稳均匀。
  变频状态   进给状态   加工面情况   切割速度   调整
  过跟踪   慢而稳   略焦   低   减慢
  欠跟踪   忽慢忽快不均匀   不光洁易出深痕   较快   加快
  欠佳跟踪   慢而稳   焦黑   低   稍快
  最佳跟踪   很稳   发白光洁   快   不调
根据叶片产品的结构和加工工艺的要求，选择适宜的线切割设备，例如：DK7732型电火花数控线切割机床等。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下得出的其他任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1、一种汽轮机叶片的线切割加工工艺方法，其特征在于：所述加工工艺方法为汽轮机静叶片的毛坯采用圆形锻钢，静叶片经线切割一次成型后经砂带磨或抛磨的方法，其中，所述静叶片为等截面静叶片或变截面静叶片；动叶片毛坯采用模锻件，该叶片的叶根加工经线切割一次成型后砂带磨或平磨的方法；根据叶片产品的规格和加工工艺的要求，选用适宜的线切割设备，所述线切割设备工艺参数如下：电流为2-3A，功率管的选择为：工件的高度小于100mm时，选择5-6个功率管；工件高度在100-200mm之间时，选择7-10个功率管；工件高度在200mm以上时，选择10个以上功率管；电流脉冲宽度为：工件的高度小于100mm时，选择32μs以下；工件高度在100-200mm之间时，选择64μs；工件高度在200mm以上时，选择64-128μs之间；放电间隙的选择为：工件的高度小于100mm时，选择小于5个；工件高度在100-200mm之间时，选择5-7个；工件高度在200mm以上时，选择7个以上；加工电压为：工件的高度小于100mm时，选择60V左右；工件高度在100-200mm之间时，选择60-70V；工件高度在200mm以上时，选择70V以上；工件进给速度要求平稳均匀。
2、如权利要求1所述的汽轮机叶片的线切割加工工艺方法，其特征在于：所述等截面静叶片的加工工艺方法为：叶片毛坯为经过热处理后的圆形锻钢，按产品工艺要求的长度下料后，然后将毛坯在线切割设备上经一次调整，装夹后，便可实现连续加工多片叶片；线切割钼丝的直径为φ0.16-0.20mm，线切割加工后的余料块还可用于加工成其它产品；叶片经线切割加工后经精抛或砂带磨或振动光饰后成型。
3、如权利要求1所述的汽轮机叶片的线切割加工工艺方法，其特征在于：所述变截面扭曲静叶片的加工工艺方法为：首先采用叶片的纵向垂直投影法，找出最小的能完全包容叶片汽道各截面的截面轮廓，叶片毛坯为经过热处理后的圆形锻钢，按截面轮廓下料后，然后将毛坯在线切割设备上经一次调整，装夹后，便可实现连续加工多片叶片；线切割钼丝的直径为φ0.16-0.20mm，线切割加工后的余料块还可用于加工成其它产品；线切割后的工件经精抛成叶片成品。
4、如权利要求1所述的汽轮机叶片的线切割加工工艺方法，其特征在于：所述动叶片的加工工艺为：动叶片的毛坯为模锻件，在线切割设备上经调整并装夹后加工其叶根一次成型，有0.1-0.15mm的磨削余量，而后以加工好的叶根定位，采用线切割方法加工叶片铆钉孔、叶冠及叶片总长，然后经抛磨、钳修而成叶片成品，其中，所述叶根为T形、叉形、枞树形；线切割下来的余料块，还可用来制成其它产品。
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