CN105773085B - 一种扭曲叶片类工件的数控加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种扭曲叶片类工件的数控加工方法，属于属机械行业设计制造领域。本发明首先测量叶片毛胚压力面和非压力面余量，然后对叶片毛胚进行精确测量定位、快速装夹，最后进行叶片加工，所述叶片加工分四个步骤，包括叶片压力面粗加工、非压力面粗、精加工和压力面精加工。本发明叶片类工件的数控加工方法可有效消除加工中叶片内应力的再分布，亦切削引起的变形。
Description
技术领域
本发明应用于叶片类工件的铣削加工，属机械行业设计制造领域，尤其涉及一种防止大曲面叶片变形的叶片类工件的加工方法。
背景技术
叶片类零部件空间曲面复杂，特别是混流式、抽水蓄能式叶片。水轮机转轮叶片的制造质量直接影响水轮机的水力效率、空化性能及机组运行稳定性。目前针对此类间曲面复杂的叶片，采用压膜加工和数控加工两种方式。
叶片模压成型工艺涉及多方面的技术，包括叶片展平计算、压模设计制造、叶片模压成型工艺及热处理等。该技术具有制造成本低、叶片内部质量好、生产效率高等优点，但该技术在加工叶片工件前首先需要加工压膜，且一组压膜只能加工一种曲面形式的叶片，想要加工多曲面形式的叶片需要重新加工压膜，对叶片加工带来不便。
针对上述压膜加工叶片，数控加工很好的弥补了其缺陷。采用数控加工叶片时，其叶片毛坯多采用铸造毛坯，在加工过程中和加工完成后都易产生变形；由于叶片形状不规则，重量和尺寸又特别大，定位装夹困难，加工时容易产生刀具干涉，装夹定位难度大，加工质量不稳定，产品加工时间长，费用较大，效率低等一系列问题。
发明内容
为了克服现有数控加工技术的不足，本发明提供了一种定位装夹方便，减少道具干涉，可减少叶片内应力和点焊引起的拉应力的，同时减少叶片加工和加工完成后变形的叶片类工件加工方法。
为了达到目的，本发明提供的技术方案为：
本发明涉及的一种扭曲叶片类工件的数控加工方法包括以下步骤：
(1)叶片加工前准备，包括叶片铸件准备，正背面胎具加工，划检叶片铸件各部位加工余量，所述的胎具包括底板和若干筋板，底板通过压板和工作台固定，筋板根据叶片的形状和大小均匀焊在底板上用于支撑叶片，筋板顶端设有螺栓孔；
(2)叶片正面粗加工：叶片正面朝上固定在胎具上，叶片边缘通过搭焊板与胎具连接，搭焊板底端通过螺栓与筋板顶端连接，搭焊板顶端通过焊接的方式与叶片边缘连接，叶片中心位置通过在筋板顶部填充垫板的方式，使筋板支撑叶片中心位置但不固定，然后采用数控的方式粗铣叶片正面；
(3)叶片背面粗加工：叶片背面朝上装配至胎具上，采用与步骤2相同的方式连接胎具和叶片，通过搭焊板焊接连接叶片边缘位置，支撑但不固定叶片中心位置，采用数控加工方式粗铣叶片反面；
(4)叶片背面精加工：粗铣完成后松开叶片边缘与搭焊板连接点，释放应力，然后通过搭焊板焊接连接叶片边缘位置与筋板以及叶片中心位置与筋板，采用数控方式精铣叶片背面；
(5)叶片正面精加工：叶片正面朝上，通过搭焊板焊接连接叶片边缘位置与筋板以及叶片中心位置与筋板，采用数控方式精铣叶片正面；
(6)叶片正反两面分别采用铲磨、半精磨、精磨的方式各打磨一遍。
由于叶片在正反两面粗加工过程中，叶片中心位置只支撑、不固定，可有效消除叶片内应力，缩短生产周期，同时可有效避免因与工装的点焊引起的拉应力。
作为优选，所述的叶片固定在胎具上时，还安装了测量棒，并通过测量棒检测正面四个基准点坐标的位置，调整叶片加工姿态，叶片摆放位置的误差小于1mm。
作为优选，所述的叶片正反面粗铣、精铣时，与胎具的焊接方式均采用点焊，所用的搭焊板采用不锈钢材料或碳钢材料，搭焊板厚度至少为5mm，焊接采用ER410NiMo焊丝。
作为优选，所述的粗铣正面和反面时，在叶片边缘位置插上若干定位销，并再次测量基准点，测量误差不超过1.5mm。
作为优选，所述的叶片与胎具焊接时，采用塞尺检测叶片与胎具的间隙，叶片与胎具的间隙不大于0.3mm。
作为优选，所述的叶片正面粗铣、叶片背面粗铣时，叶片均保留5mm的余量。
作为优选，所述的叶片正面精铣、叶片背面精铣时，叶片均保留0.5mm的余量。
作为优选，所述的叶片正反面铲磨后打磨面粗糙度不大于6.3μm，半精磨后打磨面粗糙度为6.3μm～3.2μm，精磨后打磨面粗糙度大于1.6μm，半精磨、精磨后均对叶片进行100％PT探伤。
本发明提出的一种扭曲叶片类工件的数控加工方法，其优异效果体现在以下几点：
(1)本发明与常规的叶片数控加工相比，叶片正面的精加工不是在粗加工后进行，而是在叶片反面粗加工或精加工之后进行，可有效消除加工中叶片内应力的再分布，以达到控制叶片变形的目的。
(2)本发明方法加工叶片时对叶片内部产生拉应力的部位采用胎板支撑但不固定，可减小因切削引起的变形。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不限于此。
实施例1
一种扭曲叶片类工件的数控加工方法，其加工步骤如下：
第一步：叶片加工前准备，包括叶片铸件准备，正背面胎具加工，保证足够强度，划检叶片铸件各部位加工余量，所述的胎具包括底板和若干筋板，底板通过压板和工作台固定，筋板根据叶片的形状和大小均匀焊在底板上用于支撑叶片，筋板顶端设有螺栓孔；同时准备搭焊板和焊丝，搭焊板采用不锈钢材料或碳钢材料，搭焊板厚度为5mm，焊丝采用ER410NiMo。
第二步：叶片正面朝上，吊装到正面胎具上，并安装测量棒，根据正面4个基准点坐标数据调整叶片加工姿态，误差小于1mm；叶片加工姿态调整完成后，叶片边缘通过搭焊板与筋板顶端焊接连接，叶片中心位置通过填充垫板的方式使筋板支撑但不固定叶片，再次测量正面基准点，保证测量误差小于1.5mm，然后在叶片边界指定位置上插4个定位销，最后预留5mm的叶片正面余量粗铣叶型，并对叶片正面粗磨，采用100％UT对叶片进行探伤。
第三步：将叶片背面向上装到叶片背面胎具上，安装方式与第二步相同，使叶片边缘与筋板焊接固定，叶片中心支撑在筋板上，但不固定，然后采用塞尺对胎具与叶片之间的间隙进行检测，确保最大间隙不大于0.3mm，最后预留5mm的余量采用数控的方式粗铣叶片背面。
第四步：叶片背面粗铣完成后松开叶片与连接板释放应力，然后通过搭焊板焊接连接叶片边缘位置与筋板以及叶片中心位置与筋板，采用数控方式精铣叶片背面，精加工时留0.5mm余量铲磨。
第五步：再次将叶片正面朝上装到叶片正面胎具上，采用塞尺对胎具与叶片之间的间隙进行检测，确保最大间隙不大于0.3mm，点焊搭焊板连接叶片中心位置和胎具以及点焊连接叶片边缘位置和胎具，预留0.5mm余量精铣叶片正面。
第六步：采用36#、200#碗型砂轮对叶片正、背面各铲磨一遍，坡口及钝边不进行铲磨，每一次需与前一次方向交错打磨，直至叶片表面光顺，打磨面粗糙度要求表面粗糙度Ra不超过6.3μm；然后用抛光片120#、240#、320#、600#砂轮各打磨叶片一遍，确保打磨面粗糙度要求表面粗糙度Ra在6.3μm～6.2μm，然后对叶片进行一次100％PT探伤；最后用400#、600#气滚轮对叶片正背面各精磨一遍，确保打磨面粗糙度Ra不大于1.6μm，并对叶片进行100％PT探伤。
实施例2
本实施例的一种扭曲叶片类工件的数控加工方法与实施例1类似，不同之处在于：本实施例在步骤三完成后，首先进行第五步，先对叶片的正面进行精加工，然后将叶片与胎具气刨割开，叶片背面朝上重新焊接叶片和胎具，叶片和胎具之间的间隙不超过0.2mm，按数控加工程序完成叶片背面精加工，且留0.1mm余量铲磨。最后再按照实施例1中的第六步打磨叶片正反面。
以上结合实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (8)
1.一种扭曲叶片类工件的数控加工方法，其特征在于以下步骤：
(1)叶片加工前准备，包括叶片铸件准备，正背面胎具加工，划检叶片铸件各部位加工余量，所述的胎具包括底板和若干筋板，底板通过压板和工作台固定，筋板根据叶片的形状和大小均匀焊在底板上用于支撑叶片，筋板顶端设有螺栓孔；
(2)叶片正面粗加工：叶片正面朝上固定在胎具上，叶片边缘通过搭焊板与胎具连接，搭焊板底端通过螺栓与筋板顶端连接，搭焊板顶端通过焊接的方式与叶片边缘连接，叶片中心位置通过在筋板顶部填充垫板的方式，使筋板支撑叶片中心位置但不固定，然后采用数控的方式粗铣叶片正面；
(3)叶片背面粗加工：叶片背面朝上装配至胎具上，采用与步骤2相同的方式连接胎具和叶片，通过搭焊板焊接连接叶片边缘位置，支撑但不固定叶片中心位置，采用数控加工方式粗铣叶片反面；
(4)叶片背面精加工：粗铣完成后松开叶片边缘与搭焊板连接点，释放应力，然后通过搭焊板焊接连接叶片边缘位置与筋板以及叶片中心位置与筋板，采用数控方式精铣叶片背面；
(5)叶片正面精加工：叶片正面朝上，通过搭焊板焊接连接叶片边缘位置与筋板以及叶片中心位置与筋板，采用数控方式精铣叶片正面；
(6)叶片正反两面分别采用铲磨、半精磨、精磨的方式各打磨一遍。
2.根据权利要求1所述的一种扭曲叶片类工件的数控加工方法，其特征在于：所述的叶片固定在胎具上时，还安装了测量棒，并通过测量棒检测正面四个基准点坐标的位置，调整叶片加工姿态，叶片摆放位置的误差小于1mm。
3.根据权利要求1所述的一种扭曲叶片类工件的数控加工方法，其特征在于：所述的叶片正反面粗铣、精铣时，与胎具的焊接方式均采用点焊，所用的搭焊板采用不锈钢材料或碳钢材料，搭焊板厚度至少为5mm，焊接采用ER410NiMo焊丝。
4.根据权利要求1所述的一种扭曲叶片类工件的数控加工方法，其特征在于：所述的粗铣正面和反面时，在叶片边缘位置插上若干定位销，并再次测量基准点，测量误差不超过1.5mm。
5.根据权利要求1所述的一种扭曲叶片类工件的数控加工方法，其特征在 于：所述的叶片与胎具焊接时，采用塞尺检测叶片与胎具的间隙，叶片与胎具的间隙不大于0.3mm。
6.根据权利要求1所述的一种扭曲叶片类工件的数控加工方法，其特征在于：所述的叶片正面粗铣、叶片背面粗铣时，叶片均保留5mm的余量。
7.根据权利要求1所述的一种扭曲叶片类工件的数控加工方法，其特征在于：所述的叶片正面精铣、叶片背面精铣时，叶片均保留0.5mm的余量。
8.根据权利要求1所述的一种扭曲叶片类工件的数控加工方法，其特征在于：所述的叶片正反面铲磨后打磨面粗糙度不大于6.3μm，半精磨后打磨面粗糙度为6.3μm～3.2μm，精磨后打磨面粗糙度不大于1.6μm，半精磨、精磨后均对叶片进行100％PT探伤。
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