CN101716698A - 电火花加工汽轮机蜂窝气封的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用电火花加工汽(含燃气)轮机蜂窝气封的方法，制造一个工具电极，该工具电极工作面的轮廓型线与蜂窝气封蜂窝带内圆弧面的截面型线一致；将蜂窝气封侧放于电火花机床工作台上，找正对中后固定；将工具电极安装在电火花机床主轴上，工具电极工作面对应蜂窝带内圆弧面，调整好放电间隙，启动机床，使工具电极沿蜂窝带内圆弧面周向进给，对该蜂窝带内圆弧面进行电腐蚀加工，在工具电极周向进给的同时，也作径向往复运动排屑。用该方法加工汽轮机蜂窝气封，加工精度高，并可使蜂窝带被加工面轮廓为正圆；可将气封组装成圈后，一次性加工好漏汽间隙，效率高；工具电极的几何尺寸小，用料少，结构简单，易于加工，成本低。

Description

电火花加工汽轮机蜂窝气封的方法

技术领域

本发明涉及汽轮机气封的加工方法，具体涉及用电火花加工汽(含燃气)轮机蜂窝气封的方法。

背景技术

汽(含燃气)轮机有多个作功级，大部分蒸汽(或燃气)流进各级动叶汽道，膨胀作功，冲动叶片，使转子旋转，小部分蒸汽(或燃气)则经围带外围流入下级隔板，成为内漏汽(气)，不作功，故在围带外围设置汽(气)封，尽量减少内漏流量，以提高机组效率。

传统的汽(气，下同)封是齿状结构，通过合理设计齿尖与围带之间的间隙以及齿的数量，来限制内漏流量，由于汽封齿的数量不可能太多，漏汽间隙也不可能设计得太小，漏汽通道的阻力有限，内漏流量仍然较大，于是出现了蜂窝汽封，该汽封是一种网孔形状为正六边形的金属网带，在汽封体的内圆周面上布置一周，成环状，该金属网带环的内圆周面与围带外圆周面之间的间隙为漏汽通道，与传统的齿状结构汽封相比，在间隙尺寸相同的情况下，因其内表面积大大增加，该漏汽通道的阻力大了很多，内漏流量大幅度降低，机组效率显著提高。

蜂窝气封因直径较大，通常分成几个弧段制造，在每个弧段的汽封体内圆弧面布置(通常是钎焊)多条不同高度的蜂窝带，蜂窝带为厚度0.05～0.1mm的高温合金板材压制成梯形波纹带，再组合点焊而成，其蜂格是高度为0.8～3mm的正六边形，蜂窝带的内圆弧面即加工面，通过对该面加工，使漏汽间隙符合设计要求。由于该加工面极其柔软，无法用车削等切削方法加工，只能用电腐蚀的原理加工蜂窝面(非接触加工)，即电火花加工。

目前，上述蜂窝气封是按常规型腔电火花加工工艺进行的，即将工具电极的工作面也设计成圆弧面，与蜂窝带内圆弧面的设计形状、尺寸、曲率完全一致，加工时，电极从蜂窝带内圆弧面的法向进给，对该面进行电腐蚀，电极进给的同时，也作往复运动排屑，直到蜂窝带的高度(即漏汽间隙)符合要求。其缺点是：

1.电极进给量无法做到精密控制，完全依赖操作人员的经验，对操作人员的技能要求很高，即使是同一人员，也不可能做到每次操作完全一致，故蜂窝带高度尺寸精度低；且由于蜂窝气封分成几个弧段分别制造，各弧段蜂窝带的高度总会有误差，所有弧段组合成圈后，各弧段蜂窝带的高度参差不齐，整圈蜂窝带呈齿圈状。

2.由于蜂窝气封通常分成6-8个弧段，分段加工耗时多，效率低，周期长。

3.工具电极的几何尺寸大，用料多，成本高。

4.工具电极是异形，加工难度大。

发明内容

本发明的目的，是提供一种电火花加工汽轮机蜂窝气封的方法，用该方法加工汽轮机蜂窝气封，加工精度高，并可使蜂窝带被加工面轮廓为正圆；可将气封组装成圈后，一次性加工好漏汽间隙，效率高；工具电极的几何尺寸小，用料少，结构简单，易于加工，成本低。

本发明的技术解决方案是：

一种电火花加工汽轮机蜂窝气封的方法，制造一个工具电极，该工具电极工作面的轮廓型线与蜂窝气封蜂窝带内圆弧面的型线一致；将蜂窝气封侧放于电火花机床工作台上，找正对中后固定；将工具电极安装在电火花机床主轴上，工具电极工作面对应蜂窝带内圆弧面，调整好放电间隙，启动机床，使工具电极沿蜂窝带内圆弧面周向进给，对该蜂窝带内圆弧面进行电腐蚀，在工具电极周向进给的同时，也作径向往复运动排屑。

所述工具电极是阶梯轴结构，各阶梯的周面是电极工作面，工作面的轮廓型线与蜂窝气封蜂窝带内圆弧面的型线一致；进一步地，该阶梯轴工具电极还可以是旋转电极。

所述蜂窝气封是一个弧段，工具电极的运动轨迹是与该弧段对应的一条渐开线段，其渐开度与工具电极的损耗率相适配，使加工后的蜂窝带内圆弧面仍然是圆弧面。

所述蜂窝气封是整圈，工具电极的运动轨迹是一条渐开线，其渐开度与工具电极的损耗率相适配，使加工后的蜂窝带内圆弧面轮廓型线是一个正圆。

所述电火花机床是数控机床，其控制系统装有工具电极运动轨迹控制程序。

本发明的有益技术效果：

与传统电火花工艺相比，本方法加工的尺寸、形位精度高，效率高；自动化程度高，加工过程完全由数控程序控制，对工人的技能没有特殊要求；工具电极的几何尺寸小，用料少，结构简单，易于加工，成本低；电极损耗小。见下表1。

表1传统电火花加工与数控电火花加工比较

	电极加工	电极成本	加工精度	加工过程控制	对操作者技术要求
						传统电火花加工	难	高	低	难	低
数控电火花加工	易	低	高	易	高

附图说明

图1是本发明的一种加工方式示意图；

图2是图1的B向视图。

图中代号表示：1-工具电级，2-蜂窝带，3-气封体。

具体实施方式

本发明的关键在于，改变工具电极相对于工件加工面法向进给的传统电火花加工方式，沿工件加工面周向进给，并且运用电极磨损在线不间断补偿这一新的方法。这一思路是本申请的创新点，由此可解决传统电火花加工工艺存在的许多问题。

首先，工具电极沿工件加工面周向进给，可以大大简化工具电极结构，易于加工；并可大幅度缩小其几何尺寸，降低材料消耗和成本。参见图2，本发明使用的工具电极1是阶梯轴结构，它的轮廓线与加工面的理论轮廓线相同，各阶梯的周面是电极工作面。显然，这种电极的结构非常简单，容易加工，几何尺寸也小，用料省，成本必然低。

第二，参见图1：电极1沿工件加工面周向进给，即相当于一把成形的铣刀，对工件加工面进行铣削一样。由机床X、Y轴控制电极的运动轨迹，精度很高，故加工精度也很高。

第三，考虑到电极1工作过程中会有损耗，致使加工精度降低，若电极运动轨迹仍为弧线，则工件加工面轮廓线将成为渐收螺旋面，尤其是整圈汽封加工时，时间较长，电极损耗大。故采用圆弧插补法，根据电极磨损给予在线不间断补偿，修正电极运动轨迹，使其成渐开螺旋线，其渐开度(螺旋角)可根据电极损耗率计算出来，这样，可保证工件加工面为圆弧面。

第四，为减小电极1的损耗，延长其使用寿命，可设计成旋转电极，由机床旋转轴驱动其作旋转运动。

本方法的具体步骤是：

1.准备步骤，包括

-首先将气封体3的两端面A1、A2进行铣、磨加工，达到图纸弧段宽度尺寸要求及粗糙度要求，且EDM加工时以A1面定位，保证蜂窝带加工面与端面A1垂直；

-制造好工具电极1，该工具电极1工作面的轮廓型线与蜂窝气封蜂窝带2内圆弧面的轮廓型线一致；

-编好数控加工程序，存入机床控制系统；

2.将蜂窝气封置于电火花机床永磁工作台上，找正同中后固定；

3.将工具电极1安装在电火花机床主轴上，工具电极工作面对应蜂窝带2内圆弧面，二者呈凹凸嵌入式配合关系，调整好放电间隙，向冷却箱内充入冷却液，将电极淹没；

4.启动机床，由机床的X、Y轴控制电极沿蜂窝带内圆弧面周向进给运动，对蜂窝带内圆弧面进行电腐蚀，并对运动轨迹进行插值补偿，其补偿量根据电流、加工材料、不同的路径长度等参数变化而变化，与加工电流、工件材料的导电率成正比，与加工面积、加工路径成反比。

在工具电极周向进给的同时，也作径向往复运动排屑。

在上述步骤2中，蜂窝气封可以是一个弧段，也可以是整圈汽封。

在上述步骤3中，工具电极可以是旋转电极，也可以是非旋转电极。

当采用旋转电极时，步骤4为：启动机床，由机床的X、Y轴控制电极沿蜂窝带内圆弧面周向进给运动，并对运动轨迹进行插值补偿，由机床旋转轴驱动电极旋转，对蜂窝带内圆弧面进行电腐蚀，在工具电极周向进给的同时，也作径向往复运动排屑。

Claims (6)

1.一种电火花加工汽轮机蜂窝气封的方法，制造一个工具电极，该工具电极工作面的轮廓型线与蜂窝气封蜂窝带内圆弧面的型线一致；将蜂窝气封侧放于电火花机床工作台上，找正对中后固定；将工具电极安装在电火花机床主轴上，工具电极工作面对应蜂窝带内圆弧面，调整好放电间隙，启动机床，使工具电极沿蜂窝带内圆弧面周向进给，对该蜂窝带内圆弧面进行电腐蚀，在工具电极周向进给的同时，也作径向往复运动排屑。

2.根据权利要求1所述的电火花加工汽轮机蜂窝气封的方法，其特征在于：所述工具电极是阶梯轴结构，各阶梯的周面是电极工作面，工作面的轮廓型线与蜂窝气封蜂窝带内圆弧面的型线一致。

3.根据权利要求2所述的电火花加工汽轮机蜂窝气封的方法，其特征在于：所述工具电极是旋转电极。

4.根据权利要求1所述的电火花加工汽轮机蜂窝气封的方法，其特征在于：所述蜂窝气封是一个弧段，工具电极的运动轨迹是与该弧段对应的一条渐开线段，其渐开度与工具电极的损耗率相适配，使加工后的蜂窝带内圆弧面是圆弧面。

5.根据权利要求1所述的电火花加工汽轮机蜂窝气封的方法，其特征在于：所述蜂窝气封是整圈，工具电极的运动轨迹是一条渐开线，其渐开度与工具电极的损耗率相适配，使加工后的蜂窝带内圆弧面轮廓型线是一个正圆。

6.根据权利要求1所述的电火花加工汽轮机蜂窝气封的方法，其特征在于：所述电火花机床是数控机床，其控制系统装有工具电极运动轨迹控制程序。

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