CN107649845B - 一种大尺寸燃机透平叶片精铸毛坯定位及加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大尺寸燃机透平叶片精铸毛坯定位及加工方法,其主要用于精密铸造工艺生产大尺寸燃机透平叶片中，采用本发明的方法对叶片毛坯进行定位及加工，只需要在叶片毛坯铸造时基准点尺寸精度达到同型面的公差即可，无需后续再对基准点进行打磨处理，其操作简单，节约大量打磨及检测成本，同时，在对叶片毛坯的基准点补偿调整后将基准转移至顶针孔，使得叶片后续的加工定位，叶片毛坯始终处于最佳拟合的最好尺寸状态，从而能够最大程度的保证叶片毛坯的合格率，避免因基准点尺寸超差带来的叶片毛坯在加工时因误差累计造成的报废。

Description

一种大尺寸燃机透平叶片精铸毛坯定位及加工方法

技术领域

本发明属于重型燃机透平叶片的精密铸造及加工技术领域，特别涉及一种大尺寸燃机透平叶片精铸毛坯定位及加工方法。

背景技术

重型燃气轮机透平叶片均采用熔模铸造的方法。熔模铸造过程如下，制备“蜡模→蜡模组树→制备陶瓷型壳→型壳脱蜡→型壳焙烧→型壳预热→钢水熔炼浇注→清壳→热等静压→热处理”。

以上过程中，由于工序环节多，控制难度大，蜡模变形、陶瓷型壳变形均会造成叶片铸件变形，可能直接导致叶片铸件的报废。对于大于100mm的地面燃机透平叶片来说，通过精密铸造能够达到的尺寸精度为±0.3mm。尺寸超差约占重型燃机透平叶片熔模铸造报废率的一半。

如图1所示，为常见的燃机透平级大尺寸动叶片结构示意图。叶片一般包括叶根1、榫头2、端壁气道面3、叶身、叶顶4（静止叶片还包括内外缘板），其中叶身又包括叶盆5、叶背6、进气边7、排气边8。叶身凹面为叶盆，叶身凸面为叶背，接受气流冲击的部位为进气边，燃气最后流过叶片的部位为排气边。

传统燃机透平叶片铸件毛坯一般采用六个基准点定位的方式加工，六个基准点一般表示为A1、A2、A3、B1、B2、C1。其中A1、A2、A3一般位于叶片叶盆或叶背部位，建立的是第一基准，B1、B2一般为进气边/排气边上2点，建立第二基准，C1点一般位于端壁气道面上，建立的是叶片轴向基准，确定叶片的轴线方向。由于叶片的型面公差一般在±0.2～0.5mm范围内，而基准点的公差要求在±0.03～0.05mm范围之内，方能减少加工带来的叶片尺寸偏差。但是通过精密铸造几乎是无法保证基准点在±0.03～0.05mm范围的，一般都是通过后期“打磨→三坐标测量→打磨→三坐标测量……”来保证的，后期打磨及检验的工作量极大，而且在打磨基准点前，需要建立另外一套基准点系统，以建立新坐标系，通过新坐标系测量沿基准点系统偏差，增加工装设计制造的成本。同时“打磨→三坐标测量→打磨→三坐标测量……”中间过程涉及在检测工装上的反复装卡过程，也会导致基准点系统精度的丧失，涉及大尺寸叶片的精铸铸造毛坯，其基准点精度更难保证。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种操作简单，节约大量打磨及检测成本，同时能够最大程度的保证叶片毛坯的合格率，避免因基准点尺寸超差带来的叶片毛坯在加工时因误差累计而报废的大尺寸燃机透平叶片精铸毛坯定位及加工方法。

本发明技术的技术方案是这样实现的：一种大尺寸燃机透平叶片精铸毛坯定位及加工方法,其特征在于：包括以下步骤：

a）燃机透平叶片毛坯铸造时，在燃机透平叶片可加工部位设置顶针孔凸台，用于后期的顶针孔加工；

b）燃机透平叶片毛坯铸造完成后，对燃机透平叶片毛坯尺寸进行测量，得到叶片尺寸数据，然后采用最佳拟合数据处理方式处理叶片尺寸数据，在叶片铸件毛坯满足公差要求的情况下，得到叶片毛坯六个基准点A1、A2、A3、B1、B2、C1的偏差值分别为δ1、δ2、δ3、δ4、δ5、δ6，如在最佳拟合状态，叶片铸件毛坯尺寸超出公差要求，则作为废品处理；

c）设置六个基准点可调的顶针孔加工工装，所述顶针孔加工工装包括在每个基准点设置的可调定位机构，所述可调定位机构用于与叶片毛坯的各基准点接触，将叶片毛坯放置于顶针孔加工工装，使叶片毛坯的各基准点分别与各自的可调定位机构对应，并通过可调定位机构分别将叶片毛坯六个基准点的偏差值以负值的方式进行补偿调整，使得调整后的叶片毛坯在顶针孔加工工装上处于最佳拟合的姿态；

d）所有基准点的可调定位机构设置完成后，将叶片毛坯紧固在顶针孔加工工装上，然后对顶针孔加工工装上的叶片毛坯进行尺寸扫描，尺寸扫描结果与叶片毛坯原始尺寸检验结果相差在预先设定的公差范围内，则满足要求，最后在叶片毛坯上的顶针孔凸台上打顶针孔；

e）将叶片毛坯的基准转移至顶针孔与叶身第一基准点系统中的任意一个基准点，在叶片毛坯的后续加工中，均以转移后的基准进行加工定位基准，直至叶片毛坯加工完成，然后切割掉顶针孔凸台即可，即完成所有工序的加工，得到加工状态的叶片。

本发明所述的大尺寸燃机透平叶片精铸毛坯定位及加工方法,其在所述步骤a）中，所述顶针孔凸台设置在透平动叶片的叶根或透平导向叶片的缘板挂钩部位。

本发明所述的大尺寸燃机透平叶片精铸毛坯定位及加工方法,其在所述步骤c）中，在将叶片毛坯放置于顶针孔加工工装之前，将各基准点的可调定位机构设置为零位，再将叶片毛坯放置于顶针孔加工工装上，并根据最佳拟合姿态的六个基准点的偏差数据，将对应基准点的可调定位机构反向调整为偏差数据。

本发明所述的大尺寸燃机透平叶片精铸毛坯定位及加工方法,其在所述步骤d）中，将紧固有处于最佳拟合姿态叶片毛坯的顶针孔加工工装固定在机床上，并在叶片毛坯上的顶针孔凸台上加工顶针孔，所述顶针孔的位置精度保证在±0.02mm范围内。

本发明所述的大尺寸燃机透平叶片精铸毛坯定位及加工方法,其在所述步骤d）中，对顶针孔加工工装上的叶片毛坯进行尺寸扫描的结果与叶片毛坯原始尺寸检验结果相差在公差带的1/5，则满足定位要求。

本发明主要用于精密铸造工艺生产大尺寸燃机透平叶片中，采用本发明的方法对叶片毛坯进行定位及加工，只需要在叶片毛坯铸造时基准点尺寸精度达到同型面的公差即可，无需后续再对基准点进行打磨处理，其操作简单，节约大量打磨及检测成本，同时，在对叶片毛坯的基准点补偿调整后将基准转移至顶针孔，使得叶片后续的加工定位，叶片毛坯始终处于最佳拟合的最好尺寸状态，从而能够最大程度的保证叶片毛坯的合格率，避免因基准点尺寸超差带来的叶片毛坯在加工时因误差累计造成的报废。

附图说明

图1是本发明中叶片的结构示意图。

图2是本发明中叶片上基准点分布及顶针孔凸台位置的结构示意图。

图3是本发明中B1、B2、C1基准点对应的可调定位机构的示意图。

图4是本发明中A3、B2基准点对应的可调定位机构的示意图。

图5是本发明中A1、A2、B1基准点对应的可调定位机构的示意图。

附图标记：1为叶根，2为榫头，3为端壁气道面，4为叶顶，5为叶盆，6为叶背，7为进气边，8为排气边，9为顶针孔凸台。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例：一种大尺寸燃机透平叶片精铸毛坯定位及加工方法,包括以下步骤：

a）燃机透平叶片毛坯铸造时，在燃机透平叶片可加工部位设置顶针孔凸台9，通常在透平动叶片的叶根或透平导向叶片的缘板挂钩部位，用于后期的顶针孔加工，所述顶针孔凸台的大小满足后期能够加工出满足国家标准的标准顶针孔即可。

b）燃机透平叶片毛坯铸造完成后，通过三坐标测量机或其它扫描测量设备对燃机透平叶片毛坯尺寸进行测量，得到叶片尺寸数据，然后采用最佳拟合数据处理方式处理叶片尺寸数据，在叶片铸件毛坯满足公差要求的情况下，得到叶片毛坯六个基准点A1、A2、A3、B1、B2、C1的偏差值分别为δ1、δ2、δ3、δ4、δ5、δ6，如在最佳拟合状态，叶片铸件毛坯尺寸超出公差要求，则作为废品处理。

图2示出了叶片上基准点分布及顶针孔凸台位置，叶片六个基准点分别为：A1、A2、A3、B1、B2、C1，其中A1、A2、A3一般位于叶片叶盆5或叶背6部位，本实施例为叶背6，建立的是叶片第一基准，B1、B2一般为进气边7/排气边8上2点，本实施例为进气边7，建立叶片第二基准，C1点一般位于叶片端壁气道面3上，确定叶片的轴线方向；顶针孔凸台9为圆柱形，位于叶根1两侧面，顶针孔凸台9加工完成后为锥形孔。

c）设置六个基准点可调的顶针孔加工工装，所述顶针孔加工工装包括在每个基准点设置的可调定位机构，所述可调定位机构前端采用硬质合金钢球或圆柱，用于与叶片毛坯的各基准点接触，六个基准点分别对应六个可调定位机构。

图3示出了叶片B1、B2、C1基准点对应的可调定位机构，其中C1基准点处的可调定位机构决定基准点C1的调整量，其可以沿着叶片坐标系Z向精确移动，以补偿叶片铸件毛坯上C1基准点的偏差；B1基准点处的可调定位机构决定基准点B1的调整量，其可以沿着叶片坐标系X向精确移动，以补偿叶片铸件毛坯上B1基准点的偏差；B2基准点处的可调定位机构决定基准点B2的调整量，其可以沿着叶片坐标系X向精确移动，以补偿叶片铸件毛坯上B2基准点的偏差。图4示出了叶片B2、A3基准点对应的可调定位机构，其中A3基准点处的可调定位机构决定基准点A3的调整量，其可以沿着叶片坐标系Y向精确移动，以补偿叶片铸件毛坯上A3基准点的偏差。图5示出了A1、A2基准点对应的可调定位机构，其中A1基准点处的可调定位机构决定基准点A1的调整量，其可以沿着叶片坐标系Y向精确移动，以补偿叶片铸件毛坯上A1基准点的偏差；A2基准点处的可调定位机构决定基准点A2的调整量，其可以沿着叶片坐标系Y向精确移动，以补偿叶片铸件毛坯上A2基准点的偏差。以上基准点调整量通过百分表可以动态显示出来。

然后将叶片毛坯放置于顶针孔加工工装，使叶片毛坯的各基准点分别与各自的可调定位机构对应，并通过可调定位机构分别将叶片毛坯六个基准点的偏差值以负值的方式进行补偿调整，使得调整后的叶片毛坯在顶针孔加工工装上处于最佳拟合的姿态。

其中，在将叶片毛坯放置于顶针孔加工工装之前，将各基准点的可调定位机构设置为零位，再将叶片毛坯放置于顶针孔加工工装上，并根据最佳拟合姿态的六个基准点的偏差数据，将对应基准点的可调定位机构反向调整为偏差数据，如A1基准点偏差为叶片坐标系Y正向δ1mm，则对应的调整机构沿对应叶片坐标系Y负向调整δ1mm。

d）所有基准点的可调定位机构设置完成后，将叶片毛坯紧固在顶针孔加工工装上，然后对顶针孔加工工装上的叶片毛坯进行尺寸扫描，尺寸扫描结果与叶片毛坯原始尺寸检验结果相差在公差带的1/5，则满足定位要求，最后在叶片毛坯上的顶针孔凸台上打顶针孔，所述顶针孔的加工位置精度保证在±0.02mm范围内。

e）将叶片毛坯的基准转移至顶针孔与叶身第一基准点系统中的任意一个基准点，例如A3基准点，在叶片毛坯的后续加工中，所有配套的加工工装，如磨叶根工装、磨叶顶工装均以转移后的基准进行加工定位基准，选择的基准点如A3，则所有工装上的A3定位机构均设计制造为可调结构，在叶片装卡至工装后，根据A3基准点偏差值反向调节对应的定位结构，使得叶片在对应加工工装上处于最佳拟合姿态，直至叶片毛坯加工完成，然后切割掉顶针孔凸台即可，即完成所有工序的加工，得到加工状态的叶片。

本发明的定位加工方法既适用于透平动叶片，也适用于透平静止叶片，以及适用于其它采用六个基准点定位的结构件的定位及加工。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种大尺寸燃机透平叶片精铸毛坯定位及加工方法,其特征在于：包括以下步骤：

a）燃机透平叶片毛坯铸造时，在燃机透平叶片可加工部位设置顶针孔凸台，用于后期的顶针孔加工；

b）燃机透平叶片毛坯铸造完成后，对燃机透平叶片毛坯尺寸进行测量，得到叶片尺寸数据，然后采用最佳拟合数据处理方式处理叶片尺寸数据，在叶片铸件毛坯满足公差要求的情况下，得到叶片毛坯六个基准点A1、A2、A3、B1、B2、C1的偏差值分别为δ1、δ2、δ3、δ4、δ5、δ6，如在最佳拟合状态，叶片铸件毛坯尺寸超出公差要求，则作为废品处理；

c）设置六个基准点可调的顶针孔加工工装，所述顶针孔加工工装包括在每个基准点设置的可调定位机构，所述可调定位机构用于与叶片毛坯的各基准点接触，将叶片毛坯放置于顶针孔加工工装，使叶片毛坯的各基准点分别与各自的可调定位机构对应，并通过可调定位机构分别将叶片毛坯六个基准点的偏差值以负值的方式进行补偿调整，使得调整后的叶片毛坯在顶针孔加工工装上处于最佳拟合的姿态；

d）所有基准点的可调定位机构设置完成后，将叶片毛坯紧固在顶针孔加工工装上，然后对顶针孔加工工装上的叶片毛坯进行尺寸扫描，尺寸扫描结果与叶片毛坯原始尺寸检验结果相差在预先设定的公差范围内，则满足要求，最后在叶片毛坯上的顶针孔凸台上打顶针孔；

e）将叶片毛坯的基准转移至顶针孔与叶身第一基准点系统中的任意一个基准点，所述叶身第一基准点系统为基准点A1、A2、A3所在的叶片叶盆或叶背，在叶片毛坯的后续加工中，均以转移后的基准进行加工定位基准，直至叶片毛坯加工完成，然后切割掉顶针孔凸台即可，即完成所有工序的加工，得到加工状态的叶片。

2.根据权利要求1所述的大尺寸燃机透平叶片精铸毛坯定位及加工方法,其特征在于：在所述步骤a）中，所述顶针孔凸台设置在透平动叶片的叶根或透平导向叶片的缘板挂钩部位。

3.根据权利要求1所述的大尺寸燃机透平叶片精铸毛坯定位及加工方法,其特征在于：在所述步骤c）中，在将叶片毛坯放置于顶针孔加工工装之前，将各基准点的可调定位机构设置为零位，再将叶片毛坯放置于顶针孔加工工装上，并根据最佳拟合姿态的六个基准点的偏差数据，将对应基准点的可调定位机构反向调整为偏差数据。

4.根据权利要求1所述的大尺寸燃机透平叶片精铸毛坯定位及加工方法,其特征在于：在所述步骤d）中，将紧固有处于最佳拟合姿态叶片毛坯的顶针孔加工工装固定在机床上，并在叶片毛坯上的顶针孔凸台上加工顶针孔，所述顶针孔的位置精度保证在±0.02mm范围内。

5.根据权利要求1所述的大尺寸燃机透平叶片精铸毛坯定位及加工方法,其特征在于：在所述步骤d）中，对顶针孔加工工装上的叶片毛坯进行尺寸扫描的结果与叶片毛坯原始尺寸检验结果相差在公差带的1/5，则满足定位要求。