CN104148499A - 一种燃气轮机锁片模具及制作工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种燃气轮机锁片模具及制作工艺，属于机械加工领域，包括上模座、上模芯、下模芯、以及下模座；上模座固定于液压机的上滑块；上模芯固定于上模座，上模芯的下表面轮廓与锁片其中一面的轮廓相匹配，上模座的前后两侧设有固定连接于上模座的限位块；下模座固定于液压机的底座上；下模芯固定于下模座，下模芯的上表面轮廓与锁片另一面的轮廓相匹配，下模座的前后两侧设有连接于下模座的下浮动模芯，下浮动模芯可在垂直方向移动。通过本发明提供的燃气轮机锁片模具及制作工艺制作出的锁片，其内外没有任何瑕疵，能够达到规定的各项要求，完全适应超高温、高压的工作环境，保证在燃气轮机在工作过程中不会出现问题。

Description

一种燃气轮机锁片模具及制作工艺

技术领域

本发明涉及机械加工领域，具体而言，涉及一种燃气轮机锁片模具及制作工艺。

背景技术

燃气轮机是一种先进而复杂的成套动力机械装备，是典型的高新技术密集型产品。作为高科技的载体，燃气轮机代表了多理论学科和多工程领域发展的综合水平，是国家高技术水平和科技实力的重要标志之一，具有十分突出的战略地位。

燃气轮机锁片安装在叶轮轴侧，是燃气轮机内最为重要的部件之一，在超高温、高压的环境运行，锁片的全程工艺问题是燃气轮机转子上的叶轮正常运行的根本保证，如果锁片在制造过程中有暇疵，将会造成重大设备故障。

图1-图3示出了一种燃气轮机锁片的结构，由于这种锁片在国内并无制作先例，因此现有技术中不存在这种锁片的模具以及制作工艺。

发明内容

本发明提供了一种燃气轮机锁片模具及制作工艺，旨在解决燃气轮机锁片的制作问题。

本发明是这样实现的：

一种燃气轮机锁片模具，用于制作燃气轮机的锁片，包括上模座(101)、上模芯(103)、下模芯(105)、以及下模座(106)；

所述上模座(101)固定于液压机的上滑块；

所述上模芯(103)固定于所述上模座(101)，上模芯(103)的下表面轮廓与所述锁片(201)的其中一面的轮廓相匹配，上模座(101)的前后两侧设有固定连接于上模座(101)的限位块(102)；

所述下模座(106)固定于所述液压机的底座上；

所述下模芯(105)固定于所述下模座(106)，下模芯(105)的上表面轮廓与所述锁片(201)的另一面的轮廓相匹配，下模座(106)的前后两侧设有连接于下模座(106)的下浮动模芯(104)，所述下浮动模芯(104)可在垂直方向移动。

一种燃气轮机锁片的制作工艺，包括：

检验：检验材料的厚薄以及尺寸，确认无表面划伤；

分析成分：对所述材料的化学成分进行熔炼分析，其化学成分应满足以下要求，其中百分比含量为重量百分比：

C含量0.08％-0.15％

Si含量不超过1％

Mn含量不超过1％

P含量不超过0.02％

S含量不超过0.015％

Cr含量18％-21％

Ti含量0.2％-0.6％

Co含量不超过2％

Cu含量不超过0.5％

Fe含量不超过5％

Al含量不超过0.3％

余量为Ni；

力学性能测试，其力学性能应满足以下要求：

规定塑性延伸强度Rp_0.2≥240MPa

抗拉强度Rm≥650MPa

断后伸长率A≥25％；

硬度测试：抽取样品进行硬度测试，其硬度值至多为260HB，其中抽取样品中最高硬度值与最低硬度值之间的偏差至多为15HB；

无损探伤检测：检测材料内部是否存在裂纹或缺陷；

切割下料：制作坯料；

平磨：用平口钳将所述坯料夹住磨两边宽度，保证不将坯料面夹伤；

钳工：对坯料进行倒角和去毛刺，并检验是否有划伤；

冲压成型：用权利要求1所述的燃气轮机锁片模具将所述坯料压制成锁片；

线切割：将所述锁片切割至符合要求；

修饰：修去两边线切割的走刀痕，去除周边毛刺；

检测表面：锁片的质量及表面粗糙度应符合相应规定；

检测尺寸：锁片的尺寸及偏差应符合相应规定；

PT检测：对锁片进行渗透探伤；

喷丸处理：采用玻璃球喷丸工艺对锁片进行喷射，喷射工艺参数如下

玻璃球粒度：150～600μm

喷射压力：4～7 Bar

喷嘴到锁片的距离：50～100mm

喷射覆盖率：200％

其中，喷丸速率要恒定，且每一部分的喷射最长时间不应超过1分钟，不需要喷丸的部位要加以保护，防止喷到，喷丸过程中，操作人员必须随时目视检查，确保喷丸设备正常，当喷丸用玻璃珠的直径超过500μm时，则喷射压力及喷嘴到锁片的距离应选择上限。

进一步地，所述力学性能测试采用夏比冲击试验，在试样上开V型缺口，其中每次试验中冲击功的单个值应至少为25J。

进一步地，所述硬度测试中对于厚度不超过5mm的材料，其硬度值应不超过240HB。

进一步地，在无损探伤检测之后要进行目视检查，目视检查时应至少在3倍放大镜下观察，特别注意观察折弯区域。

进一步地，所述切割下料时可采用水切割或者激光切割，保证切割边无微裂纹。

进一步地，在硬度测试时按照以下方式进行取样：每批次至少抽取10％进行测试，并且保证取样数不低于10件；若该批次中总样少于10件，则该批次所有材料全部进行硬度测试。

通过本发明提供的燃气轮机锁片模具及制作工艺制作出的锁片，其内外没有任何瑕疵，能够达到规定的各项要求，完全适应超高温、高压的工作环境，保证在燃气轮机在工作过程中不会出现问题。

附图说明

图1是现有技术中燃气轮机的一种锁片的主视图；

图2是现有技术中燃气轮机的一种锁片的俯视图；

图3是图2的B-B向视图；

图4是本发明提供的燃气轮机锁片模具在开模时的主视图；

图5是本发明提供的燃气轮机锁片模具在开模时的侧视图；

图6是本发明提供的燃气轮机锁片模具在合模时的主视图；

图7是本发明提供的燃气轮机锁片模具在合模时的侧视图；

图8是非侧弯锁片PT检测区域的示意图；

图9是侧弯锁片PT检测区域的示意图；

图10是侧弯锁片PT检测时需要特别注意的折弯区示意图；

图11是侧弯锁片PT检测时需要特别注意的侧弯区示意图。

具体实施方式

欧美发达国家早在40-50年前就已经实现燃气轮机发电，我国在此领域对燃气轮机的引进、吸收、国产化仅有十年左右的时间。目前我国的燃气轮机国产化率达90％，一些关键零部件的国产化仍是瓶颈问题，这就需要我们在此领域实现突破。目前针对燃气轮机叶轮轴向锁紧片(简称锁片)所有所做的工作均为国内首次开发、研究，目前国内市场不存在类似的生产制作模具及工艺流程。燃气轮机中锁片有多种，本发明只针对其中一种(图1-图3所示)锁片进行阐述，本发明所提供的燃气轮机锁片制作工艺适用于燃气轮机内所有锁片，并不仅仅限于本发明所提的此种。

锁片所采用的材料牌号可为NiCr20Ti或X2CrNi12，本发明中采用NiCr20Ti。材料在制作过程中应采用冷轧工艺生产制造，保证组织均匀，内、外质量良好。冷轧成型后，应进行固溶退火热处理，在进行固溶退火热处理时，应采取惰性气体保护措施，保证钢带无氧化皮、无开裂。工艺参数如下：

固溶退火温度：1000～1060℃；

冷却方式：空冷或风冷。

材料制作好后应检验材料的厚薄以及尺寸，确认无表面划伤。

在拿到材料后，取样对其化学成分进行熔炼分析，分析偏差应符合GB/T14992-1994中规定，其成分含量应符合以下要求：

C含量0.08％-0.15％；Si含量不超过1％；Mn含量不超过1％；P含量不超过0.02％；S含量不超过0.015％；Cr含量18％-21％；Ti含量0.2％-0.6％；Co含量不超过2％；Cu含量不超过0.5％；Fe含量不超过5％；Al含量不超过0.3％；余量为Ni。

进行室温力学性能分析测试，其力学性能应满足以下要求：

规定塑性延伸强度Rp_0.2≥240MPa；

抗拉强度Rm≥650MPa；

断后伸长率A≥25％。

在此采用夏比冲击试验进行测试，夏比冲击试验(Charpy impacttest)是用以测定金属材料抗缺口敏感性(韧性)的试验。制备有一定形状和尺寸的金属试样，使其具有U形缺口或V形缺口，在夏比冲击试验机上处于简支梁状态，以试验机举起的摆锤作一次冲击，使试样沿缺口冲断，用折断时摆锤重新升起高度差计算试样的吸收功，即为Aku和Akv。可在不同温度下作冲击试验。吸收功值(焦耳)大，表示材料韧性好，对结构中的缺口或其他的应力集中情况不敏感。对重要结构的材料近年来趋向于采用更能反映缺口效应的V形缺口试样做冲击试验。

本发明在采用V形缺口做实验，在试样上开V型缺口，其中每次试验中V型冲击功的单个值为25J。

上述的V型冲击功是指将待测试样在中心位置加切一个细小V型缺口槽，然后在冲击设备上冲击，得出的数据为冲击功，指冲击过程中消耗掉的摆锤的能量。

此外，如果由于材料尺寸较小，不能取标准冲击试样，可制备宽度5MM的冲击试样进行测试，此时的V型冲击功应不小于13J。

为保证材料的加工性能，应控制固溶退火后的硬度值。按固溶处理炉批次，每炉至少抽取10％(至少10片)测试硬度，如果某一炉总数少于10件，则应全部进行硬度测试。确保硬度值≤260HB；对于厚度≤5mm的材料，硬度值应≤240HB。

同时需满足抽取样品中最高硬度值和最低的硬度值偏差不超过15HB。

原材料进厂前应严格按照供货合同要求，进行相应的热处理工艺，并达到要求，出具有资质化学成份报告、力学性能试验报告。

进行无损探伤检测，检测材料内部是否存在裂纹或缺陷，材料纵向应100％进行无损探伤检测。

切割下料，制作坯料。切割下料时可采用水切割或者激光切割，保证切割边无微裂纹。本实施例中采用水切割的方式纵向下料。

下好料进行第一次清点，确保坯料件数合格。

用平口钳将坯料夹住磨两边宽度，保证平口钳不将坯料面夹伤。

此时再进行第二次清点。

对坯料平磨的两面倒角、去毛刺，检验是否有划伤，有划伤要做好记号，测量出锁片厚度尺寸，相同一致的放在一起并做好记号。

上述工序做完后就可用燃气轮机密封锁片模具对坯料进行冲压成型。

请参阅图4-图7，本发明提供的燃气轮机密封锁片模具，包括上模座101、限位块102、上模芯103、下模芯105、下浮动模芯104以及下模座106；上模座101的顶部固定于液压机的上滑块；上模芯103用螺栓固定在上模座101的底部，上模芯103的下表面轮廓与锁片201的上表面轮廓相匹配，上模座101的前后两侧(方向参考图4)设有固定连接于上模座101的限位块102；下模座106的底部固定于液压机的底座上，下模芯105的底部固定在下模座106的顶部，下模芯105的上表面轮廓与锁片201的下表面轮廓相匹配，下模座106的前后两侧设有连接于下模座106的下浮动模芯104，下浮动模芯104可在垂直方向移动。限位块102与下浮动模芯104有利于定位，以及方便后续脱模。

在使用时，将坯料放在下浮动模芯104上，操作液压机，压下上模座101，下浮动模芯104托着坯料与上模芯103、限位块102一起下行，行至下模芯105，上模芯103与下模芯105将坯料压制成型，锁片201初步制作完成。

初步完成后进行第三次清点。

此时的锁片尺寸仍不符合规定要求，需进行线切割，将锁片长宽切割至基本符合要去。

线切割后的锁片棱角比较突出，毛刺较多，需用钳工对每个锁片进行修饰，修去线切割造成的走刀痕，去除周边毛刺，如果锁片外表面有划痕，用抛光机抛光。

进行第四次清点，确保产品件数符合要求。

清点完成后对每个锁片的表面质量进行检测，确保表面质量及表面粗糙度符合相应规定。

再进行尺寸检测，确保锁片的尺寸及偏差符合相应规定。

上述工作完成后需进行裂纹实验，裂纹实验分为PT表面裂纹无损探伤检测和喷丸裂纹试验检测，首先进行PT表面裂纹无损探伤检测。

PT表面裂纹无损探伤检测即渗透检测技术又称渗透探伤，其工作原理为：渗透剂在毛细作用下,渗入表面开口缺陷内；在去除工件表面多余的渗透剂后,通过显象剂的毛细作用将缺陷内的渗透剂吸附到工件表面形成痕迹而显示缺陷的存在,这种检测方法称为渗透检测。

请参阅图8，本发明提供的锁片在中间部位有折弯区202，侧边并无侧弯区，因此只对折弯区202及其周边区域进行检测，并且保证两面都要检测，具体操作程序如下：

1、对锁片进行预清洗，清洗后，检测面上遗留的溶剂、水分等必须干燥，且应保证在施加渗透剂之前不被污染。

2、施加渗透剂，将着色渗透液均匀喷涂于锁片的折弯区202。喷涂时，喷嘴距受检折弯区202表面30mm。在整个渗透时间内，着色渗透液必须润湿覆盖全部受检区域表面；在10-50℃的温度条件下，渗透持续时间一般30分钟左右。

3、去除多余的渗透剂，先用干燥、洁净不脱毛的布依次擦拭，直至大部分多余渗透剂被清除掉。再用蘸有清洗剂的洁净不脱毛布或纸进行擦拭。但应注意，不得往复擦拭，不得用清洗剂直接在受检区域冲洗。

4、干燥，用干净的布擦干被检面。

5、施加显像剂，显像剂使用前要摇动使其充分混和均匀，喷施的显像剂应薄而均匀，不可在同一部位反复多次施加；施加完显像剂后，应进行自然干燥(或用温空气吹干)。

6、观察及记录，观察显示应在显像剂施加后7min-60min内进行。缺陷显示的评定应在满足标准要求光照度下进行；缺陷的显示可采用照相法、录像法和可剥性塑料薄膜法等方式进行记录，同时应用草图标示。

7、处理检测结束后，需清除工作表面残留的各种对以后使用或对材料有害的残留物。清除可用刷洗、水洗、布或纸擦除等方法。

8、缺陷解释及质量分级。

9、出具检测报告。

上述的渗透剂一般为颜料或荧光粉剂等的渗透液。本发明中采用荧光粉剂做渗透剂。

请参阅图9-图11，如果针对其他带侧弯的锁片进行PT表面裂纹无损探伤检测时，应同时检测侧弯区203，及其附近区域，并且保证两面都要检测。

之后进行喷丸裂纹试验检测，喷丸裂纹试验检测即喷丸处理。喷丸处理是工厂广泛采用的一种表面强化工艺，其设备简单、成本低廉，不受工件形状和位置限制，操作方便。喷丸广泛用于提高零件机械强度以及耐磨性、抗疲劳和耐腐蚀性等。还可用于表面消光、去氧化皮和消除铸、锻、焊件的残余应力等。

本发明中采用玻璃球喷丸工艺进行裂纹检测，用玻璃球通过喷丸设备喷射锁片折弯区202及其周边，喷射区域的尺寸为10mm。喷射工艺参数如下：

玻璃球粒度：150～600μm；

喷射压力：4～7 Bar；

喷嘴到锁片的距离：50～100mm；

喷射覆盖率：200％。

另外要注意的是，喷丸速率要恒定，且每一部分的喷射最长时间不应超过1分钟，不需要喷丸的部位要加以保护，防止喷到；喷丸过程中，操作人员必须随时目视检查，确保喷丸设备正常，当喷丸用玻璃珠的直径超过500μm时，则喷射压力及喷嘴到锁片的距离应选择上限。

此时整个燃气轮机锁片的制作工艺完成，可在锁片表面进行标示、刻字等其他处理。

在密封件指定的KZ处标记SAP物料码或图号时，标记应该清晰，标记方法可以采用电刻笔或机械方法，不可造成缺陷，并应永久保留。

刻字时需先进性试刻，试刻不能用合格的产品，首件必须报验填单。

最后根据需要，提交质量证明书，应中英文对照，内容包括：

订货合同号；产品图号及产品的物料码；引用规范或协议号及版本号；MQCP文件号；力学性能测试报告；热处理工艺及相关记录；渗透测试报告；所有部件的尺寸检查报告及表面质量检验报告；质量证明书还应包含附件规定的内容。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种燃气轮机锁片模具，用于制作燃气轮机的锁片，其特征在于，包括上模座(101)、上模芯(103)、下模芯(105)、以及下模座(106)；

所述上模座(101)固定于液压机的上滑块；

所述上模芯(103)固定于所述上模座(101)，上模芯(103)的下表面轮廓与所述锁片(201)的其中一面的轮廓相匹配，上模座(101)的前后两侧设有固定连接于上模座(101)的限位块(102)；

所述下模座(106)固定于所述液压机的底座上；

所述下模芯(105)固定于所述下模座(106)，下模芯(105)的上表面轮廓与所述锁片(201)的另一面的轮廓相匹配，下模座(106)的前后两侧设有连接于下模座(106)的下浮动模芯(104)，所述下浮动模芯(104)可在垂直方向移动。

2.一种燃气轮机锁片的制作工艺，其特征在于，包括：

检验：检验材料的厚薄以及尺寸，确认无表面划伤；

分析成分：对所述材料的化学成分进行熔炼分析，其化学成分应满足以下要求，其中百分比含量为重量百分比：

C含量0.08％-0.15％

Si含量不超过1％

Mn含量不超过1％

P含量不超过0.02％

S含量不超过0.015％

Cr含量18％-21％

Ti含量0.2％-0.6％

Co含量不超过2％

Cu含量不超过0.5％

Fe含量不超过5％

Al含量不超过0.3％

余量为Ni；

力学性能测试，其力学性能应满足以下要求：

规定塑性延伸强度Rp_0.2≥240MPa

抗拉强度Rm≥650MPa

断后伸长率A≥25％；

硬度测试：抽取样品进行硬度测试，其硬度值至多为260HB，其中抽取样品中最高硬度值与最低硬度值之间的偏差至多为15HB；

无损探伤检测：检测材料内部是否存在裂纹或缺陷；

切割下料：制作坯料；

平磨：用平口钳将所述坯料夹住磨两边宽度，保证不将坯料面夹伤；

钳工：对坯料进行倒角和去毛刺，并检验是否有划伤；

冲压成型：用权利要求1所述的燃气轮机锁片模具将所述坯料压制成锁片；

线切割：将所述锁片切割至符合要求；

修饰：修去两边线切割的走刀痕，去除周边毛刺；

检测表面：锁片的质量及表面粗糙度应符合相应规定；

检测尺寸：锁片的尺寸及偏差应符合相应规定；

PT检测：对锁片进行渗透探伤；

喷丸处理：采用玻璃球喷丸工艺对锁片进行喷射，喷射工艺参数如下

玻璃球粒度：150～600μm

喷射压力：4～7 Bar

喷嘴到锁片的距离：50～100mm

喷射覆盖率：200％

其中，喷丸速率要恒定，且每一部分的喷射最长时间不应超过1分钟，不需要喷丸的部位要加以保护，防止喷到，喷丸过程中，操作人员必须随时目视检查，确保喷丸设备正常，当喷丸用玻璃珠的直径超过500μm时，则喷射压力及喷嘴到锁片的距离应选择上限。

3.根据权利要求2所述的燃气轮机锁片的制作工艺，其特征在于，所述力学性能测试采用夏比冲击试验，在试样上开V型缺口，其中每次试验中冲击功的单个值应至少为25J。

4.根据权利要求2所述的燃气轮机锁片的制作工艺，其特征在于，所述硬度测试中对于厚度不超过5mm的材料，其硬度值应不超过240HB。

5.根据权利要求2所述的燃气轮机锁片的制作工艺，其特征在于，在无损探伤检测之后要进行目视检查，目视检查时应至少在3倍放大镜下观察，特别注意观察折弯区域。

6.根据权利要求2所述的燃气轮机锁片的制作工艺，其特征在于，所述切割下料时可采用水切割或者激光切割，保证切割边无微裂纹。

7.根据权利要求2所述的燃气轮机锁片的制作工艺，其特征在于，在硬度测试时按照以下方式进行取样：每批次至少抽取10％进行测试，并且保证取样数不低于10件；若该批次中总样少于10件，则该批次所有材料全部进行硬度测试。