CN103350213B - 汽轮机叶片加工中的低熔点合金浇铸定位工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种汽轮机叶片加工中的低熔点合金浇铸定位工艺，是通过以下的步骤实现的：（1）对叶片进行粗加工；（2）叶片与定位工装配合：粗加工完成的叶片横向设置，头部的叶冠与定位工装的单顶尖相抵触，尾部的叶根与定位工装的双顶尖相抵触，中部的叶片汽道穿过一个定位方箱中；（3）将在一定温度下熔化的锡铋合金熔液浇铸至定位方箱中，边浇铸边冷却定位方箱至锡铋合金凝固定位；（4）对叶冠与叶根部位进行精加工；（5）再次熔化锡铋合金，将锡铋合金熔液倒出定位方箱，移除定位方箱；（6）对叶片汽道进行精加工。本发明可以满足多种形状和尺寸叶片的加工，定位效果良好，大幅度节省原料。

Description

汽轮机叶片加工中的低熔点合金浇铸定位工艺
技术领域
本发明涉及一种汽轮机叶片加工中的低熔点合金浇铸定位工艺，属于汽轮机叶轮的精加工技术领域。
背景技术
汽轮机叶片为汽轮机中的重要部件，叶片加工工艺及精度在较大程度上影响着汽轮机使用的工作效率，叶片的强度也对汽轮机的安全和维护保养，起着重要的作用。采用扭曲的变截面叶片设计已越来越普遍，同时随着机组功率的增加，叶片的做的越来越长。叶片高度的增加，会产生叶片加工时，刚度不足的问题。叶片加工工艺必须要解决上述问题。
汽轮机叶片依次由叶冠，汽道，叶根三部分组成，及相互间的过渡部分组成。加工的工艺要考虑各部分之间的位置要求及定位装夹的可行性。产品的工序设计，要考虑加工及测量基准的转换和叶片的刚性。
对于某些带齿形或其它曲面的叶根，由于无法采用在叶根端面增加工艺头的装夹方式来加工。在叶根加工成形时，如果采用加工汽道部位(叶身)做加工基准，需要在汽道部位增加相当多的加工材料，在后续的汽道加工时，需要切除更多的加工余量，这将造成对于产品材料和加工时间的增加，加工的变形变大。
在现有技术中，如中国专利CN101767233B和CN102091919B，两种方法都浪费了较多的原材料，同时在叶片中部加工时，需要不停的校正，定位方法不稳。
通过在汽道部位的定位装夹来实现复杂叶根的加工是必须解决的问题。加工定位装夹装置需要稳定可靠，并且在后续的汽道部位加工时，必须能够移除，并能实现加工基准的可靠转换。
发明内容
本发明提供一种汽轮机叶片加工中的低熔点合金浇铸定位工艺，大量的节省在精加工中削掉的原料；能够定位精确，在叶冠、汽道和叶根的加工过程中去掉各种校准步骤，同时在加工结束后完全移除。
本发明是通过以下的技术方案实现的:
一种汽轮机叶片加工中的低熔点合金浇铸定位工艺，是通过以下的步骤实现的：
(1)对叶片进行粗加工；
(2)完成粗加工的叶片与定位工装进行配合，具体方式为：粗加工完成的叶片横向放置，头部的叶冠与定位工装的单顶尖相抵触，尾部的叶根与定位工装的双顶尖相抵触，中部的叶片汽道穿过一个定位方箱中；
(3)将在一定温度下熔化的锡铋合金熔液浇铸至定位方箱中，边浇铸边冷却定位方箱至锡铋合金凝固定位；
(4)对叶冠与叶根部位进行精加工；
(5)再次熔化锡铋合金，将锡铋合金熔液倒出定位方箱，移除定位方箱；
(6)对叶片汽道进行精加工。
所述步骤(1)中的粗加工，主要是将叶片的基准面加工成型，同时可以选择的在叶冠与叶根部位加工极小的定位孔。
所述步骤(2)中的定位工装包括一个底板和垂直设置在底板两端的两个竖直立柱板，一个竖直立柱板上垂直设置单顶尖，另一个竖直立柱板上垂直设置并列的双顶尖；所述单顶尖和双顶尖所在的直线能够组成一个等腰三角形。
所述顶尖的本体是圆柱体，在所述圆柱体的顶端为锥体。
所述步骤(2)中当叶片横向放置后，所述叶片的重心应当尽可能的接近于所述单顶尖和双顶尖所在的直线能够组成一个等腰三角形的重心。
在本发明中，根据需要加工的叶片的形状，会提前设计定位工装的尺寸、顶尖的高低位置等各方面参数，因此，即使叶片为异形形状，也能够通过不同的定位工装设计，使叶片的重心无限的接近所述的形成的等腰三角形的重心。通过三角形定位后的叶片，将精确的符合设计位置，在整个加工过程中不会产生移位。另外，定位工装也可以将所述的竖直立柱板的本体制作成具有滑动槽的方式，让顶尖可以在滑动槽中上下滑动来调节其移动位置，并且根据该原理，顶尖本体也可以设计成长度可以伸缩，进一步，竖直立柱板也可以设计成能够在底板上滑动的结构。为了更进一步定位，对于一些形状极其不定的叶片，还可以如前所述，在叶冠和叶根部位加工极小的定位孔，将顶尖的尖头部位插入其中。
所述步骤(2)中的定位方箱为六面体方形，本体中部开设依据叶片汽道形状设计的型腔，本体侧边还开设有冷却型腔。
定位方箱材料优选为铸铁，六个面都需要在使用前精加工至设计尺寸。在使用时，叶片汽道穿过型腔进行定位。
所述步骤(3)中锡铋合金溶液浇铸至定位方箱中是将熔化后的锡铋合金熔液迅速倒入已经插装好叶片汽道的型腔中。
在本发明中，定位方箱中的型腔是按照叶片汽道的形状进行设计的，但是在遇到形状极其独特的异形叶片，如螺旋状或者曲面较多的叶片，又为了保证型腔的通用性，在实际生产中不可能单独为了这种形状的叶片单独设计形状独特的型腔，所以，为了保证精确定位，需在型腔内浇铸填充物来完成
所述步骤(3)中冷却定位方箱的方式为向所述冷却型腔中不断注入循环冷却水，至锡铋合金熔液凝固。
所述步骤(3)中锡铋合金的熔化方式为水浴或者油浴进行熔化。
所述步骤(3)中锡铋合金是由如下重量份原料混合而成：金属铋45～55份，金属锡22～32份，金属镉10份，再添加10～14份的金属锌、铅或者锌铅合金。
所述锡铋合金的熔化温度为76℃～82℃。
锡铋合金是低熔点金属合金的一种，特点是可以在较低熔点的条件下进行熔化，而熔化的温度和速率等参数受到金属种类及其百分比的影响差异较大。这种低熔点金属具有一个特殊的性质，就是膨胀性能，选择不同种类的金属和成分，膨胀率差异较大。许多文献都公开过不同金属和金属的含量所产生的膨胀率。根据这一性质，以金属锡和金属铋为主要原料的锡铋合金的晶格面主要为菱形状，其不规则的形状正好可以填充因叶片不规则而产生的型腔中的空隙。进一步，选择本发明的配方金属，调节到其熔化温度为76℃～82℃，温度变化不影响叶片的形状，不会使叶片变性，同时该熔化温度下的锡铋合金的熔化速度较快，凝固较快，非常适合应用于叶片加工工艺中。
本发明的有益效果为：
1.采用定位方箱与定位工装结合，严格将叶片定位，保证加工精度，由于该套定位装置能够使叶片大部分表面都暴露在外，一次定位成功，切削和加工中，不用反复定位，节省了大量的时间与原料。
2.采用锡铋合金作为填充载体，在深度加工中叶片不会产生位移，产品在加工完成后不变形，锡铋合金容易移除。能够采用通用性较高的方法精加工形状较为复杂的叶片，锡铋合金可以循环使用。
3.加工完成的叶片产品机械性能良好，硬度高，与设计标准误差较小。
附图说明
图1是本发明定位工装、定位方箱与叶片的装配示意图
图2是定位方箱的侧面剖视图
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本发明做进一步说明。
如图1，是本发明定位工装、定位方箱与叶片的装配示意图，定位工装1具有底板101，两个竖直立柱板102和103，单顶尖601，双顶尖602，叶冠4与单顶尖601相抵触，叶根5与双顶尖602相抵触，可以看出，单顶尖601和双顶尖602所在直线形成的等腰三角形的重心与叶片7的重心能够基本重合，形成最稳定的三角定位。叶片汽道2穿过定位方箱3。
如图2，是定位方箱的侧面剖视图，定位方箱3具有型腔301和冷却型腔302。
加工一批三螺旋曲面，设计长度为35cm，叶片汽道中心直径为10cm的叶片。
在开始对叶片进行加工前，首先进行定位工装和定位方箱的制作，然后准备锡铋合金的原料，待使用时熔化使用。
选用三种配方的锡铋合金。
1、铋50份、锡26份，镉10份，锌和铅混合14份，测得熔化温度为80℃；
2、铋45份、锡32份，镉10份，锌10份，测得熔化温度76℃；
3、铋55份、锡22份，镉10份，铅12份，测得熔化温度82℃；
以下温度均具有±1℃的误差，但温度计可以监控，符合设计要求，可以进行使用。
(1)对叶片进行粗加工；将叶片加工至设计长度尺寸左右。
(2)粗加工完成的叶片横向放置，头部的叶冠与定位工装的单顶尖相抵触，尾部的叶根与定位工装的双顶尖相抵触，中部的叶片汽道穿过定位方箱中；
(3)任选一种组分的锡铋合金进行混合熔化，熔化方式采用水浴或者油浴熔化，将在一定温度下熔化的锡铋合金熔液迅速浇铸至定位方箱的型腔中，边浇铸边向冷却型腔中通入循环冷却水至锡铋合金凝固定位；
(4)对叶冠与叶根部位进行精加工；
(5)向冷却型腔中通入选定锡铋合金对应的熔化温度的热循环水，再次熔化锡铋合金，将锡铋合金熔液倒出定位方箱，移除定位方箱；
(6)对叶片汽道进行精加工。
将上述批次的叶片进行形状的复核审查，叶片汽道直径、长度、曲率直径误差均在±0.5cm以内，机械强度良好，硬度高。

Claims (9)

1.一种汽轮机叶片加工中的低熔点合金浇铸定位工艺，其特征在于是通过以下的步骤实现的：
(1)对叶片进行粗加工；
(2)完成粗加工的叶片与定位工装进行配合，具体方式为：粗加工完成的叶片横向放置，头部的叶冠与定位工装的单顶尖相抵触，尾部的叶根与定位工装的双顶尖相抵触，中部的叶片汽道穿过一个定位方箱；
(3)将在一定温度下熔化的锡铋合金熔液浇铸至定位方箱中，边浇铸边冷却定位方箱至锡铋合金凝固定位；
(4)对叶冠与叶根部位进行精加工；
(5)再次熔化锡铋合金，将锡铋合金熔液倒出定位方箱，移除定位方箱；
(6)对叶片汽道进行精加工；
所述步骤(3)中锡铋合金是由如下重量份原料混合而成：金属铋45～55份，金属锡22～32份，金属镉10份，再添加10～14份的金属锌。
2.如权利要求1所述的汽轮机叶片加工中的低熔点合金浇铸定位工艺，其特征在于所述步骤(2)中的定位工装包括一个底板和垂直设置在底板两端的两个竖直立柱板，一个竖直立柱板上垂直设置单顶尖，另一个竖直立柱板上垂直设置并列的双顶尖；所述单顶尖和双顶尖所在的直线能够组成一个等腰三角形。
3.如权利要求2所述的汽轮机叶片加工中的低熔点合金浇铸定位工艺，其特征在于所述顶尖的本体是圆柱体，在所述圆柱体的顶端为锥体。
4.如权利要求1所述的汽轮机叶片加工中的低熔点合金浇铸定位工艺，其特征在于所述步骤(2)中当叶片横向放置后，所述叶片的重心应当尽可能的接近于所述单顶尖和双顶尖所在的直线能够组成一个等腰三角形的重心。
5.如权利要求1所述的汽轮机叶片加工中的低熔点合金浇铸定位工艺，其特征在于所述步骤(2)中的定位方箱为六面体方形，本体中部开设依据叶片汽道形状设计的型腔，本体侧边还开设有冷却型腔。
6.如权利要求1所述的汽轮机叶片加工中的低熔点合金浇铸定位工艺，其特征在于所述步骤(3)中锡铋合金熔液浇铸至定位方箱中是将熔化后的锡铋合金熔液迅速倒入已经插装好叶片汽道的型腔中。
7.如权利要求5所述的汽轮机叶片加工中的低熔点合金浇铸定位工艺，其特征在于所述步骤(3)中冷却定位方箱的方式为向所述冷却型腔中不断注入循环冷却水，至锡铋合金熔液凝固。
8.如权利要求1或7所述的汽轮机叶片加工中的低熔点合金浇铸定位工艺，其特征在于所述步骤(3)中锡铋合金的熔化方式为水浴或者油浴进行熔化。
9.如权利要求1所述的汽轮机叶片加工中的低熔点合金浇铸定位工艺，其特征在于所述锡铋合金的熔化温度为76℃～82℃。
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