CN102756063B - 叶片类产品模锻荒坯的制造方法 - Google Patents

叶片类产品模锻荒坯的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种叶片类产品模锻荒坯的制造方法,叶片类产品模锻荒坯呈哑铃状,由左右两端的大头圆盘和中段杆件连接而成,且大头圆盘和中段杆件通过过渡弧面圆滑连接;所述荒坯使用镦锻加工方法制得,将圆柱状的棒料设置在模具内,该模具为水平两开模结构、上、下模闭合后的型腔尺寸与荒坯尺寸一致,在型腔的左、右两端分别设置有左、右镦头,左、右镦头相向运动、挤压棒料两端,使得棒料在模具内镦锻成型为荒坯。本发明综合了模锻和挤压的优点,突破了自由锻锤和径向锻造的局限性;改变了一般荒坯敷料大、余量和公差大、肥头大耳的落后状况,可实现荒坯精细化生产,制坯过程一次性完成,操作时间短,坯料成型精度高。

Description

叶片类产品模锻荒坯的制造方法
技术领域
[0001] 本发明涉及透平设备的叶片制造加工领域,具体是一种叶片类产品模锻荒坯的制造方法及其专用模具。
背景技术
[0002] 叶片是汽轮机、压气机等透平设备的核心零部件,起着能量转换的关键作用。随着叶片技术的发展,叶片的形状、结构越来越复杂,型面扭曲度大,汽道尺寸较长的叶片毛坯一般采用模锻成型,图1为典型汽轮机叶片模锻毛坯,因其独特两头大中间小的结构,为了保证模锻过程坯料充型,预制荒坯也需锻造成相应“哑铃”型,如图2所示。
[0003] 现有技术一般采用自由锻制坯或径向锻造制坯的方法对如图2所示的这种特殊结构的荒坯进行制作加工,具体的:
[0004] 1、自由锻制坯:是在自由锻设备上采用人工锻造上述“哑铃”型的荒坯,基本工序为:下料一加热一缴粗(或拔长)两端一滚圆一压肩一中间杆部拔长,在锤上制还完成。但是,本方法存在以下缺点:
[0005] I)不能完全满足开坯工艺的要求,尺寸不易控制,造成坯料各部位的金属分布不均匀,有的部位往往需加大敷料;
[0006] 2)过渡R部位很难控制,且这些部位出现的折叠、裂纹较多,开坯完成后需花大量的人力、物力去打磨,而且不易打磨干净,严重影响后续的模锻质量;
[0007] 3)坯料的表面不光滑,易在后续的模锻中出现折叠等缺陷;
[0008] 4)所需胎膜、工装重,人工不易操作,安全隐患多;
[0009] 5)整个过程工序复杂,锻造火次多,材料消耗大。
[0010] 2、径向锻造制坯:采用径向锻造技术锻造上述“哑铃”型的荒坯,需采用较大原材料,先将两端镦锻成型,再采用径向锻造拔长中间杆部。其缺点是:
[0011] I)原材料规格较大;
[0012] 2)拔长前中间杆部长度受限,不能太短;
[0013] 3)两端大头部分成型仍需在自由锻上镦粗成型,所需胎膜、工装重,人工不易操作,安全隐患多。
发明内容
[0014] 本发明的目的在于:提供一种叶片类产品模锻荒坯的制造方法,制作过程简单、满足工艺要求。
[0015] 本发明所采用的技术方案是:
[0016] 叶片类产品模锻荒坯的制造方法,叶片类产品模锻荒坯呈哑铃状,由左右两端的大头圆盘和中段杆件连接而成,且大头圆盘和中段杆件通过过渡弧面圆滑连接;所述荒坯使用镦锻加工方法制得,将圆柱状的棒料设置在模具内,该模具为水平两开模结构、上、下模闭合后的型腔尺寸与荒坯尺寸一致,在型腔的左、右两端分别设置有左、右镦头,左、右镦头相向运动、挤压棒料两端,使得棒料在模具内镦锻成型为荒坯。
[0017] 其具体步骤在于:
[0018] (I)棒料在中频炉中加热至可塑状态;
[0019] (2)将棒料送入下模后,合上上模;
[0020] (3)模具两端的左、右两镦头相向运动,使得棒料在模具中定位;
[0021] (4)上、下模闭合夹紧,左、右两镦头相向运动、同步挤压到位,使棒料镦锻成型;
[0022] (5)打开上模,左、右两镦头反向运动,取出荒坯。
[0023] 所述步骤(2)中,上模和下模的闭合连接处留有间隙。
[0024] 所述步骤(3)中,定位后的棒料左端圆盘外端面距离中段杆件的竖直中心线的距离为A:
[0025]
Figure CN102756063BD00041
[0026] 其中=D1为荒坯的左端圆盘的通径;
[0027] L1为荒坯的左端圆盘的轴向长度;
[0028] f(x)为过渡弧面的过渡圆角曲线方程;
[0029] a为过渡弧面起点的坐标值;
[0030] b为过渡弧面终点的坐标值;
[0031] I1为左端圆盘内端面距离中段杆件的竖直中心线的距离;
[0032] d为中段杆状的通径。
[0033] 所述荒坯的通径小于或等于棒料的通径。
[0034] 所述下模的底部、对应中段杆件的中心位置,沿竖直方向设置有顶料杆,顶料杆可沿竖直方向上下运动、其外端面对应荒坯底部。
[0035] 所述左、右镦头分别与压机的两个液压缸连接。
[0036] 本发明所产生的有益效果是:
[0037] 本发明的叶片类产品模锻荒坯的制造方法及其专用模具的设计,综合了模锻和挤压的优点,突破了自由锻锤和径向锻造的局限性;改变了一般荒坯敷料大、余量和公差大、肥头大耳的落后状况,可实现荒坯精细化生产,制坯过程一次性完成,操作时间短,坯料成型精度闻。具有以下优点:
[0038] I)荒坯尺寸能精确保证,特别是过渡圆角部分通过模具能准确得到,从而大幅度提闻荒还质量;
[0039] 2)原材料规格减小,降低材料消耗;
[0040] 3)两端大头部分一次镦挤成型;
[0041] 4)实现机械自动化,大大减轻了工人的劳动强度;
[0042] 5)工艺过程安全、可靠;
[0043] 6)减少加热次数,节约了能源和原材料;
[0044] 7)生产效率大大提高。
附图说明[0045] 图1是典型汽轮机叶片毛坯的结构示意图;
[0046] 图2是汽轮机叶片的模锻预制荒坯的结构示意图;
[0047] 图3是本发明镦锻制坯时的初始状态示意图;
[0048] 图4是本发明镦锻制坯完成后的状态示意图;
[0049] 图5是本发明镦锻过程的数学模型示意图;
[0050] 图6是本发明镦锻模具的结构示意图;
[0051] 图中标号表不:1—左缴头、2—上模、3—右缴头、4一下模、5—棒料、6一荒还、7一顶料杆、8—螺检、9一螺母、10—定位销、11一塾片。
具体实施方式
[0052] 如图3~6所示,为改善以往叶片荒坯6成型的缺点,本发明对荒坯6的制造方案进行相应改进,本发明采用镦锻技术进行叶片类产品模锻荒坯6的制造。具体是将加热好的圆柱状棒料5设置在制坯模具内,且荒坯6的通径小于或等于棒料5的通径。
[0053] 如图2所示,叶片类产品模锻荒坯6呈哑铃状,由左右两端的大头圆盘和中段杆件连接而成,且大头圆盘和中段杆件通过过渡弧面圆滑连接。
[0054] 如图6所示,根据镦锻制坯原理,设计了专用的制坯模具,该制坯模具为水平两开模结构、分为上模2和下模4,上模2和下模4闭合后的型腔尺寸与荒坯6尺寸一致,不过,模具型腔与荒坯6皆考虑一定的热收缩量。上模2和下模4都是采用螺栓8和螺母9、垫片11与压机工作台联接,上模2和下模4之间采用定位销10定位。在模具型腔的左、右两端分别设置有左镦头I和右镦头3,在模具型腔的两端分别预留一段镦挤导向距离。本具体实施方式中,下模4的底部、对应中段杆件的中心位置,沿竖直方向设置有顶料杆7,顶料杆7可沿竖直方向上下运动、其外端面对应荒坯6的底部。左镦头I和右镦头3分别与压机的两个液压缸连接,顶料杆7与顶料油缸连接。
[0055] 如图3、4所示,首先,将加热好的原始棒料5在制坯模具中进行定位;然后,上模2与下模4闭合、将棒料5对应荒坯6中段杆件位置夹紧;最后,左镦头I与右镦头3同时对棒料5施加一定作用力,棒料5的两端受到挤压力作用下局部镦粗,使得棒料5充满整个模具型腔,从而实现在封闭的型腔中镦锻形成最终的荒坯6。整个制坯过程一次性完成,操作时间短,最终荒坯6尺寸与模具尺寸一致,成型精度高。
[0056] 本发明叶片类产品模锻荒坯6的制造方法的具体步骤为:
[0057] (I)棒料5在中频炉中加热至可塑状态。
[0058] (2)将棒料5送入下模4后,合上上模2。为方便步骤(3)中棒料5的定位,此时,上模2和下模4没有完全闭合,其闭合连接处留有一定的间隙。
[0059] (3)模具两端的左镦头I和右镦头3相向运动,使得棒料5在模具中定位。此时,左镦头I和右镦头3在控制机构的作用下运动,棒料5在模具中的位置是事先计算好、并准确定位的,定位后的棒料5左端圆盘外端面m距离中段杆件的竖直中心线Y的距离为A:
[0060]
Figure CN102756063BD00051
[0061] 其中=D1为荒坯6的左端圆盘的通径;[0062] L1为荒坯6的左端圆盘的轴向长度;
[0063] f(x)为过渡弧面Rl的过渡圆角曲线方程;
[0064] a为过渡弧面Rl起点X坐标值;
[0065] b为过渡弧面Rl终点X坐标值;
[0066] I1为左端圆盘内端面距离中段杆件的竖直中心线Y的距离;
[0067] d为中段杆状的通径。
[0068] 上述公式是根据镦锻制坯原理计算得到的,具体如下所述。因为,整个镦锻过程棒料5的总体积保持不变,即V#=VK,根据这一原则建立如图5的数学模型进行计算,棒料5镦锻到荒坯6,总体积不变,因棒料5两端同时受力,原点O不动,以棒料5的左端为例,整个镦锻过程中,棒料5从m点移动到η点,假设过渡圆角曲线方程为y=f (x),根据高等数学旋
转体体积计算公式,则可以展开如下公式:
[0069]
Figure CN102756063BD00061
[0070] 简化求解得到位后的棒料5左端圆盘外端面m距离中段杆件的竖直中心线Y的距离A:
[0071]
Figure CN102756063BD00062
[0072] 同理,可以求得定位后的棒料5右端圆盘外端面t距离中段杆件的竖直中心线Y的距离B。
[0073] (I)棒料5在模具中定位后,上模2和下模4闭合夹紧,使得棒料5对应荒坯6中段杆件位置被模具夹紧,即棒料5中段杆件的竖直中心线Y的位置固定。此时,再使左镦头I和右镦头3相向运动、同步挤压到位,使棒料5镦锻成型为荒坯6。
[0074] (2)打开上模2,左镦头I和右镦头3反向运动、回程到位,取出荒坯6。本具体实施方式中,上模2回程到位、左镦头I和右镦头3头回程一定距离后,通过下模4底部中心的顶料杆Ί向上运动、将荒还6顶出,此时取出荒还6。
[0075] (3)最后,左镦头I和右镦头3回程到位,完成一个工作循环。
[0076] 本发明叶片类产品模锻荒坯6的制造方法的关键之处在于以下两点:
[0077] I)棒料5在模具中定位。为实现荒坯6的精确成型,棒料5在模具的精确定位尤为重要。为达到这一目的,将常规的模具合模、夹紧这一连续动作在此分成两步,即:步骤
(2)中棒料5放入下模4的型腔后,上模2和下模4合模、但是两者留有一定间隙,使得棒料5在模具型腔内、可以沿轴向方向左右移动;然后在步骤(3)中,再使左镦头I和右镦头3相向运动、贴合棒料5的两端,将棒料5推送至镦锻的初始位置,即棒料5的两端对应图5中的m和t位置,完成棒料5在模具中的定位。此后,再将上模2和下模4夹紧、开启压力机进行镦锻。
[0078] 2)取出荒坯6的步骤和工具。镦锻操作完成后,为防止工件粘在上模2上,在左镦头I和右镦头3仍处于夹紧位置、即压力状态下,上模2先回程;然后左镦头I和右镦头3回程一定距离后,顶料杆7动作将荒坯6顶出下模4,从而十方方便地将荒坯6取出,且不会有粘连现象产生。

Claims (3)

1.叶片类产品模锻荒坯的制造方法,叶片类产品模锻荒坯呈哑铃状,由左右两端的大头圆盘和中段杆件连接而成,且大头圆盘和中段杆件通过过渡弧面圆滑连接;其特征在于:所述荒坯使用的镦锻制坯模具为水平两开模结构、分为上模和下模,上模和下模闭合后的型腔尺寸与荒坯尺寸一致,模具型腔与荒坯皆考虑一定的热收缩量;在模具型腔的左、右两端分别设置有左镦头和右镦头,在模具型腔的两端分别预留一段镦挤导向距离;所述下模的底部、对应中段杆件的中心位置,沿竖直方向设置有顶料杆,顶料杆可沿竖直方向上下运动、其外端面对应荒坯底部;叶片类产品模锻荒坯的制造方法的具体步骤为: (1)棒料在中频炉中加热至可塑状态; (2)将棒料送入下模后,合上上模;此时,上模和下模没有完全闭合,其闭合连接处留有一定的间隙,使得棒料在模具型腔内、可以沿轴向方向左右移动; (3)模具的左镦头和右镦头相向运动、贴合棒料的两端,将棒料推送至镦锻的初始位置、使得棒料在模具中定位;定位后的棒料左端圆盘外端面距离中段杆件的竖直中心线的距离为A:
Figure CN102756063BC00021
其中=D1为荒坯的左端圆盘的通径; L1为荒坯的左端圆盘的轴向长度; f(x)为过渡弧面的过渡圆角曲线方程; a为过渡弧面起点的坐标值; b为过渡弧面终点的坐标值; I1为左端圆盘内端面距离中段杆件的竖直中心线的距离; d为中段杆状的通径; (4)棒料在模具中定位后,上模和下模闭合夹紧,使得棒料对应荒坯中段杆件位置被模具夹紧,即棒料中段杆件的竖直中心线的位置固定;此时,再使左镦头和右镦头相向运动、同步挤压到位,使棒料镦锻成型为荒坯; (5)打开上模,左、右两镦头反向运动、回程到位,通过下模底部中心的顶料杆向上运动、将荒坯顶出,此时取出荒坯。
2.根据权利要求1所述的叶片类产品模锻荒坯的制造方法,其特征在于:所述荒坯的通径小于或等于棒料的通径。
3.根据权利要求1所述的叶片类产品模锻荒坯的制造方法,其特征在于:所述左、右镦头分别与压机的两个液压缸连接。
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