CN102528403A - 汽轮机叶轮自由锻造双凸成形工艺 - Google Patents

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许寅生
叶君芳
徐永华
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Abstract

本发明涉及一种关于汽轮机叶轮自由锻造双凸成形工艺。目的是提供的工艺具有质量好、合格率高以及成本低的特点。技术方案是:汽轮机叶轮自由锻造双凸成形工艺,依照以下步骤进行:1)下料:计算所需坯料的重量并且锯切下料,得到长方体的坯料;2)加热:加热升温到1260-1300℃,保温2-4小时;3)倒棱:将坯料倒棱成轴线为竖直方向的八角形;或者采用连铸圆坯;4)镦出第一凸台:把上述坯料移入制有锥形模腔的通用胎模中继续镦粗,同时在坯料的底部镦出第一凸台;5)镦出第二凸台:通过水压机镦出坯料顶部的第二凸台;6)冲孔:用冲头冲制出穿越过两个凸台的轴孔;7)修正成形:用通用芯棒穿住轴孔滚轮缘、校平成形。

Description

汽轮机叶轮自由锻造双凸成形工艺
技术领域
[0001] 本发明涉及热加工领域,特别是关于汽轮机叶轮自由锻造双凸成形工艺。 技术背景
[0002] 汽轮机叶轮是汽轮机中受力最重的零件。汽轮机叶轮运转时的线速度高达200〜 300m/s,将承受很大的切向和径向应力、运行中的震动应力和内外轮缘温度梯度造成的热应力、叶轮热压配合在主轴上的径向切向张力等。因而要求叶轮有高的强度,良好的塑性和韧性,低的脆性转变温度。因而对叶轮锻造过程提出很高的要求。
[0003] 常规的汽轮机叶轮的锻造是在专用设备上采用模型锻造方法(像二重集团万航模锻厂是在100吨-米对击锤上生产)进行的;业界通常认为叶轮只有在模膛中经过十几次的锻打才显得结实。但叶轮锻件最终得经过一系列的检测:超声波检测其内在质量(即所谓结实)、力学性能试验,金相检测等才得以评定验收。
[0004] 模型锻造的优越性在于大批量生产时可以节省原材料。但汽轮机叶轮外形尺寸种类繁多,而每一种尺寸的数量并不多,为了节省模具费用,只好将相近尺寸的若干品种共用一种模具,这样使节省材料的优越性大为逊色。而且整个工艺流程是需要多道工序相互配合完成:水压机开坯-锯床下料-模锻设备模锻;涉及的设备较多,投资较大(特别是模具的投资较大),导致制作成本较高。
发明内容
[0005] 本发明所要解决的技术问题是克服上述背景技术的不足,提供一种汽轮机叶轮的锻造工艺的改进,该工艺具有质量好、合格率高以及成本低的特点。
[0006] 本发明提供的技术方案是:汽轮机叶轮自由锻造双凸成形工艺,依照以下步骤进行:
[0007] 1)下料:根据叶轮的重量,计算所需坯料的重量并且锯切下料,得到长方体的坯料;
[0008] 2)加热:加热升温到U60-1300°C,保温2-4小时;
[0009] 3)倒棱:在水压机上将坯料倒棱成轴线为竖直方向的八角形;或者采用连铸圆坯;
[0010] 4)镦出第一凸台:先初步镦粗降低坯料的高度,然后把上述坯料移入制有锥形模腔的通用胎模中继续镦粗,同时在坯料的底部镦出第一凸台;
[0011] 5)镦出第二凸台:在坯料顶面放置一圆环,并通过水压机镦出坯料顶部的第二凸台;接着利用水压机砧子对第二凸台的周边部位不断镦压,使其展宽为叶轮的轮缘;
[0012] 6)冲孔:用冲头冲制出穿越过两个凸台的轴孔;
[0013] 7)修正成形:用通用芯棒穿住轴孔滚轮缘、校平成形。
[0014] 所需坯料重量G的计算公式为:G = (S+0. 33g) (1+0. 03)
[0015] 式中:S为成品汽轮机叶轮的重量[0016] g为与该叶轮的轴孔体积相等的坯料重量。
[0017] 本发明的有益效果是:由于采用自由锻工艺,因而能够一火次锻造成形,既降低了锻造时间(耗时15分钟内;如采用圆形连铸坯10分钟即可),又保证了锻造质量(锻后叶轮经超声波检测完全满足叶轮锻件的技术要求,且合格率达99%以上);更重要的是,由于无需模型锻造所需的各类规格的模具以及相应的设备投资,因而显著降低了制作成本(节约成本40%以上),具有极为明显的经济效益;目前已占领了国内汽轮机叶轮锻件市场的 65%。
附图说明
[0018] 图1是本发明所述的汽轮机叶轮的主视结构示意图。
[0019] 图2是本发明步骤3)中倒棱后的八角形坯料主视结构示意图。
[0020] 图3是本发明步骤3)中倒棱后的八角形坯料俯视结构示意图。
[0021] 图4是本发明步骤4)中坯料的俯视结构示意图。
[0022] 图5是经过本发明步骤4)后的坯料主视结构示意图。
[0023] 图6是本发明步骤5)中采用的通用胎模的剖视结构示意图。
[0024] 图7是经过本发明步骤6)后的坯料主视结构示意图。
[0025] 图8是本发明步骤6)中采用的圆环的剖视结构示意图。
[0026] 图9是经过本发明步骤7)后的汽轮机叶轮锻件的主视结构示意图。
具体实施方式
[0027] 如图所示,汽轮机叶轮自由锻造双凸成形工艺,依照以下步骤进行:
[0028] 1)下料:按照汽轮机各级叶轮的要求使用不同的合金钢种;接着根据汽轮机叶轮的重量计算坯料的重量,然后锯切下料,得到长方体的坯料;所需坯料重量G的计算公式为:G = (S+0. 33g) (1+0. 03);
[0029] 式中:S为成品汽轮机叶轮的重量;
[0030] g为与该叶轮的轴孔体积相等的坯料重量。
[0031] 2)加热:加热升温到U60-1300°C,保温2-4小时。
[0032] 3)倒棱:把长方体坯料横向放在水压机的下砧子表面;然后用操作机抓住坯料的一端并转动一定角度,利用水压机的上下砧子的压力将坯料的方角压平,使坯料轮廓形成八角形(如图2、图3所示);(也可直接采用连铸圆坯;用连铸圆坯可省略倒棱工步)。
[0033] 4)镦粗:八角形坯料8竖直放置在水压机的下砧子表面,然后利用水压机上下砧子的压力,将八角形的坯料镦粗使高度降低到工艺规定尺寸(俯视图如
[0034] 图4所示)。
[0035] 5)镦出第一凸台:把坯料放置在制有锥形模腔3-1的通用胎模3中继续镦粗,使其降低高度,同时在坯料底面的中央形成第一凸台2 (图5所示);锥形模腔(图6所示)的大小根据不同叶轮的规格确定(锥面与模腔轴线的角度可根据需要确定,推荐角度为16.5 度)。
[0036] 6)镦出第二凸台:在坯料顶面放置一圆环4(如图8所示),并通过水压机在坯料的顶部镦出与第一凸台相对称的第二凸台1(如图7所示);接着利用水压机砧子对第二凸台的周边部位不断镦压,使其展宽为叶轮的轮缘6。圆环的大小根据不同叶轮的规格确定, 通常可用Φ25ΜΜΧ4ΜΜ无缝钢管弯制而成。
[0037] 此后可将已基本成形的坯料翻身,使第二凸台1往下伸入通用胎模中的模腔中, 校平坯料(特别是校平坯料的轮缘部分)。
[0038] 7)冲孔:用通用冲头冲制出穿越过两个凸台的通孔5(该通孔作为叶轮的轴孔), 从而获得汽轮机叶轮的锻件成品(如图9所示)。
[0039] 8)用通用芯棒穿住轴孔,然后通过操作机将穿挂着叶轮锻件的通用芯棒转动至水平状态,并且不断上下提放叶轮锻件使叶轮锻件的轮缘在水压机砧子表面碰镦滚动进行滚圆作业;另外,再将叶轮锻件移动至通用胎模中的模腔中,对叶轮锻件的轮缘部分进行进一步校平作业,使其最后成型。
[0040] 实施例1
[0041] 锻造2万5千千瓦汽轮机的第15级叶轮,按照以下步骤进行:
[0042] 1)下料:按照该叶轮的要求选择的合金钢品种为34CrNi3Mo ;
[0043] 该汽轮机叶轮的锻件重量为1730kg ;
[0044] 与该叶轮的轴孔体积相等的坯料重量为IWkg
[0045] 所需坯料重量G的计算公式为:G = (S+0. 33g) (1+0. 03)
[0046] 计算结果,坯料的重量为1835kg ;
[0047] 按此重量锯切下料,得到长方体的坯料;长方体的尺寸450 X 450 X 1155mm。
[0048] 2)加热:加热升温到1280°C,保温4小时。
[0049] 3)倒棱:在水压机上将坯料倒棱成八角形;
[0050] 4)镦粗:使高度降低到420mm。
[0051] 5)镦出第一凸台:把坯料放置在制有锥形模腔的通用胎模中继续镦粗,使
[0052] 其降低高度到205mm,同时在坯料底面的中央形成第一凸台;锥形模腔的锥度为 33度(锥面与模腔轴线的角度为16. 5度),锥形模腔的小端直径为Φ780πιπι锥形模腔的深度为75mm。
[0053] 6)镦出第二凸台:在坯料顶面放置一圆环,通过水压机镦出与第一凸台相对称的第二凸台;接着利用水压机砧子对第二凸台的周边部位不断镦压,使其展宽为叶轮的轮缘; 圆环采用直径为Φ25mmX4mm的无缝钢管,内轮廓直径为Φ780πιπι。
[0054] 此后可将已初步成形的坯料翻身,使第二凸台往下伸入通用胎模中的模腔中,校平坯料,特别是校平轮缘部分。
[0055] 7)冲孔:采用通用冲头冲制出垂直于坯料轮缘所成平面且穿越过两个凸台的通孔(作为叶轮的轴孔);通用芯棒的直径为Φ300πιπι。
[0056] 8)用通用芯棒穿住轴孔滚轮缘、校平等修正作业,使其最终成型为汽轮机叶轮锻件。
[0057] 实施例2
[0058] 锻造1万千瓦汽轮机的第1级叶轮,按照以下步骤进行:
[0059] 1)下料:该叶轮要求的合金钢种为34CrMo ;
[0060] 该汽轮机叶轮的锻件重量为670kg,
[0061] 与该叶轮的轴孔体积相等的坯料重量为^kg。[0062] 所需坯料重量G的计算公式为:G = (S+0. 33g) (1+0. 03)。
[0063] 计算结果,坯料的重量为700kg。
[0064] 按此重量锯切下料,得到长方体的坯料;长方体的尺寸为450 X 450 X 440mm。
[0065] 2)加热:加热升温到1295°C,保温3小时。
[0066] 3)倒棱:在水压机上将方坯料倒棱成八角形;
[0067] 4)镦粗:使高度降低为180_。
[0068] 5)镦出第一凸台:把坯料放置在制有锥形模腔的通用胎模中继续镦粗,使其降低高度,同时在坯料底面的中央形成第一凸台;锥形模腔的锥度为33度(锥面与模腔轴线的角度为16. 5度),锥形模腔的小端直径为Φ 590mm,锥形模腔的深度为15mm。
[0069] 6)镦出第二凸台:在坯料顶面放置一圆环,通过水压机镦出与第一凸台相对称的第二凸台;接着利用水压机砧子对第二凸台的周边部位不断镦压,使其展宽为叶轮的轮缘; 圆环采用直径为Φ25mmX4mm的无缝钢管,内轮廓直径为Φ590πιπι。
[0070] 此后可将已初步成形的坯料翻身,使第二凸台往下伸入通用胎模中的模腔中,校平坯料,特别是校平轮缘部分。
[0071] 7)冲孔:采用通用冲头冲制出垂直于坯料轮缘所成平面且穿越过两个凸台的通孔(作为叶轮的轴孔);通用芯棒的直径为Φ200πιπι。
[0072] 8)、用通用芯棒穿住轴孔滚轮缘、校平等修正作业,使其最终成型为汽轮机叶轮锻件。

Claims (2)

1.汽轮机叶轮自由锻造双凸成形工艺,依照以下步骤进行:1)下料:根据叶轮的重量,计算所需坯料的重量并且锯切下料,得到长方体的坯料;2)加热:加热升温到U60-1300°C,保温2-4小时;3)倒棱:在水压机上将坯料倒棱成轴线为竖直方向的八角形;或者采用连铸圆坯;4)镦出第一凸台:先初步镦粗降低坯料的高度,然后把上述坯料移入制有锥形模腔的通用胎模(3)中继续镦粗,同时在坯料的底部镦出第一凸台O);5)镦出第二凸台:在坯料顶面放置一圆环,并通过水压机镦出坯料顶部的第二凸台 (1);接着利用水压机砧子对第二凸台的周边部位不断镦压,使其展宽为叶轮的轮缘(6);6)冲孔:用冲头冲制出穿越过两个凸台的轴孔(5);7)修正成形:用通用芯棒穿住轴孔滚轮缘、校平成形。
2.根据权利要求1所述的汽轮机叶轮自由锻造双凸成形工艺,其特征在于:所需坯料重量G的计算公式为=G = (S+0. 33g) (1+0. 03);式中:S为成品汽轮机叶轮的重量 g为与该叶轮的轴孔体积相等的坯料重量。
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