CN107971442B - 一种超大型末级长叶片成型辊锻模具的设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种超大型末级长叶片成型辊锻模具的设计方法，超大型末级长叶片成型辊锻模具设计，包括第一道辊锻模具、第二道辊锻模具及第三道辊锻模具，且三道次辊锻模具都是闭式辊锻模具设计，整个成形辊锻过程特点是，主要变化发生在模腔长度和模腔厚度方向的辊锻成形过程。第一、二道辊锻模在辊锻成形过程中的主要作用是减少截面面积，使成形辊锻件在长度方向上拔长，第三道辊锻模在辊锻成形过程中的主要作用使辊锻截面几乎接近叶片的形状，即在辊锻过程中起到模锻成形的作用，在辊锻过程中使材料组织性能得到改善，有利于提高超大型叶片的强度和刚度，使成型部位达到超大型末级长叶片的最终尺寸并取消此处的模锻工位。

Description

一种超大型末级长叶片成型辊锻模具的设计方法
技术领域
本申请涉及一种超大型末级长叶片成型辊锻模具的设计方法，尤其是一种应用在核电领域的、用于常规岛汽轮机超大型末级长叶片的净成形辊锻模具。
背景技术
超大型末级长叶片(67英寸(1700mm)以上叶片)是第三代核电常规岛汽轮机组中的关键部件，由于第三代反应堆机组容量比目前1000MW等级的容量增加20％～80％，特别是在沿海和中、北部等采用较低冷却水温的地区,现有末级叶片排汽面积的不足将造成巨大的排汽损失，因此开发更大排汽面积的超大型末级长叶片是大容量高效率核电汽轮机发展的关键。
超大型末级长叶片还是决定机组经济性、可靠性的关键部件。长叶片的设计制造涉及气动、振动、强度、材料、抗疲劳、抗水蚀、大型锻件锻造工艺、检测、试验测试等学科一系列前沿技术，只有将这些学科综合起来，才能制造出高质量的超大型末级长叶片，为核电机组提供保障。
对于67英寸(1700mm)以上叶片，在2011年以前，国内还没有生产67英寸以上特大型叶片的能力，完全依赖进口。2011年6月，无锡透平叶片厂花巨资引进的355MN螺旋压力机的投产，并成功生产了67英寸核电用大叶片才实现了国产化。随着第三代核电的研发，大容量高效率核电汽轮机发展的，末级动叶片的尺寸也在增加，现在70英寸级叶片已经设计完成并投入使用。而现在采用的锻造技术是：高温电炉加热,750kg空气锤制坯,模锻过程是在两次加热后分别用11200t离合器式螺旋压力机锻打两次,然后切边(1200t压力机),再加热并用螺旋压力机校形,最后叶片砂冷回火。但这种锻造工艺出现的问题是锻件超厚、超重的问题。目前对叶片锻造成形工艺的研究主要集中在模锻方面的研究，而本发明是对近净形辊锻技术成形叶片，特别是超大长叶片近净形辊锻(成型部位达到超大型末级长叶片的最终尺寸)技术研究还鲜见报道，这一技术可以实现在小吨位设备上生产大吨位设备的锻件，并大幅节省设备投资。这种净成形辊锻工艺有利于提高超大型末级长叶片材料的结构组织性能，使材料的晶粒度、锻造流线有更大提高，从而增强叶片的强度和刚度。
发明内容
本发明要解决的技术问题是一种超大型末级长叶片成型辊锻模具的设计方法，其特征在于，超大型末级长叶片成型辊锻模具包含三道辊锻模具，即第一道辊锻模具，第二道辊锻模具，第三道辊锻模具，且三道辊锻模具都是闭式辊锻模具；第一道辊锻模具的各个截面处的型腔最大深度分别为H15＝180.6mm,H17＝184.8mm,H18＝181.2mm,H19＝161mm,H119＝127.4mm，H11＝78.2mm,H12＝74.4mm,H13＝80.9mm；第一道辊锻模具、第二道辊锻模具和第三道辊锻模具的上模型腔和下模型腔都不对称，使成型部位达到超大型末级长叶片的最终尺寸并取消此处的模锻工位。
第二道辊锻模具的各个截面处的型腔最大深度分别为H25＝165.6mm，H27＝170.1mm，H28＝154.7mm，H29＝124mm,H229＝189.1mm，H21＝51.9mm，H22＝47.8mm，H23＝51.3mm。
第三道辊锻模的各个截面处的型腔最大深度分别为H35＝146mm，H37＝145.1mm，H38＝126.6mm，H39＝95.9mm，H339＝61.7mm，H31＝33.4mm，H32＝30.2mm，H33＝34.6mm。
本发明的优点是一种超大型末级长叶片成型辊锻模具的设计方法，在辊锻过程中使辊锻件接近叶片最终尺寸，在三道次的辊锻过程中相同位置的截面宽度尺寸保持不变，而厚度减少，从而使长度方向增加以这种辊锻技术来达到最终的叶片尺寸，且整个过程不出现飞边。这种净成形辊锻技术不仅提高材料利用率，而且使材料的晶粒度得到改善，能形成更好的金属流线使叶片的性能得到进一步的提高。
附图说明
图1是超大型末级长叶片成形辊锻第一道辊锻模具主视图；
图2是超大型末级长叶片成形辊锻第一道辊锻模具断面A1-A1′剖视图；
图3是超大型末级长叶片成形辊锻第一道辊锻模具D1-D1′截面图；
图4是超大型末级长叶片成形辊锻第一道辊锻模具G1-G1′截面图；
图5是超大型末级长叶片成形辊锻第一道辊锻模具J1-J1′截面图；
图6是超大型末级长叶片成形辊锻第一道辊锻模具M1-M1′截面图；
图7是超大型末级长叶片成形辊锻第一道辊锻模具R1-R1′截面图；；
图8是超大型末级长叶片成形辊锻第一道辊锻模具U1-U1′截面图；
图9是超大型末级长叶片成形辊锻第一道辊锻模具Y1-Y1′截面图；
图10是超大型末级长叶片成形辊锻第二道辊锻模具主视图；
图11是超大型末级长叶片成形辊锻第二道辊锻模具A2-A2′截面图；
图12是超大型末级长叶片成形辊锻第二道辊锻模具D2-D2′截面图；
图13是超大型末级长叶片成形辊锻第二道辊锻模具G2-G2′截面图；
图14是超大型末级长叶片成形辊锻第二道辊锻模具J2-J2′截面图；
图15是超大型末级长叶片成形辊锻第二道辊锻模具M2-M2′截面图；
图16是超大型末级长叶片成形辊锻第二道辊锻模具R2-R2′截面图；
图17是超大型末级长叶片成形辊锻第二道辊锻模具U2-U2′截面图；
图18是超大型末级长叶片成形辊锻第二道辊锻模具Y2-Y2′截面图；
图19是超大型末级长叶片成形辊锻第三道辊锻模具主视图；
图20是超大型末级长叶片成形辊锻第三道辊锻模具A3-A3′截面图；
图21是超大型末级长叶片成形辊锻第三道辊锻模具D3-D3′截面图；
图22是超大型末级长叶片成形辊锻第三道辊锻模具G3-G3′截面图；
图23是超大型末级长叶片成形辊锻第三道辊锻模具J3-J3′截面图；
图24是超大型末级长叶片成形辊锻第三道辊锻模具M3-M3′截面图；
图25是超大型末级长叶片成形辊锻第三道辊锻模具R3-R3′截面图；
图26是超大型末级长叶片成形辊锻第三道辊锻模具U3-U3′截面图；
图27是超大型末级长叶片成形辊锻第三道辊锻模具Y3-Y3′截面图；
具体实施方式
一种1600mm辊锻机上大型叶片辊锻模具的设计方法是安装在1600mm辊锻机上的辊锻模具，分三道次辊锻；图1中第一道辊锻模具的各个特征截面的A1-A1′、D1-D1′、G1-G1′、J1-J1′、M1-M1′、R1-R1′、U1-U1′、Y1-Y1′分别于图10中第二道辊锻模具的各个特征截面的A2-A2′、D2-D2′、G2-G2′、J2-J2′、M2-M2′、R2-R2′、U2-U2′、Y2-Y2′，分别于图19第三道辊锻模具的各个特征截面的A3-A3′、D3-D3′、G3-G3′、J3-J3′、M3-M3′、R3-R3′、U3-U3′、Y3-Y3′对应；所有附图说明中，11′表示第一道辊锻模上模，11表示第一道辊锻模下模；22′表示第二道辊锻模上模，22表示第二道辊锻模下模；33′表示第三道辊锻模上模，33表示第三道辊锻模下模；G是辊锻上模和下模之间的间隙。
图1为第一道辊锻模具的主视图，图1中的D是锻辊中心距为1600mm，M为辊锻上模和辊锻下模分模线。01-01是上下锻辊的中心距，α1是截面D1-D1′到辊锻中心距的角度，α2是截面G1-G1′到辊锻中心距的角度,α3是截面J1-J1′到辊锻中心距的角度，α4是截面M1-M1′到辊锻中心距的角度，α5是截面R1-R1′到辊锻中心距的角度，α6是截面U1-U1′到辊锻中心距的角度，α7是截面Y1-Y1′到辊锻中心距的角度，
图2是图1中A1-A1′处的特征截面，h17是辊锻上模凸高，h18是辊锻下模凹深，H15是辊锻下模腔的最大深度，H14辊锻件在下模型腔厚度，L14是下模辊锻模腔的最大宽度。
图3是图1中D1-D1′处的特征截面，h19是辊锻上模凸高，h20是辊锻下模凹深，H17是辊锻下模腔的最大深度，H16辊锻件在下模型腔厚度，L15是下模辊锻模腔的最大宽度。
图4是G1-G1′处的截面图，h21是辊锻上模凸高，h22是辊锻下模凹深，H18是辊锻上下模腔的最大深度和，L16是下模辊锻模腔的最大宽度。
图5是J1-J1′处的截面图，h24是辊锻上模凸高，h23是辊锻下模凹深，H19是辊锻上下模腔的最大深度和，L17是下模辊锻模腔的最大宽度。
图6是M1-M1′处的截面图，h25是辊锻上模凸高，h26是辊锻下模凹深，H119是辊锻上下模腔的最大深度和，L18是下模辊锻模腔的最大宽度。
图7是R1-R1′处的截面图，h12是辊锻上模凸高，h11是辊锻下模凹深，H11是辊锻上下模腔的最大深度和，L11是下模辊锻模腔的最大宽度。
图8是U1-U1′处的截面图，h14是辊锻上模凸高，h13是辊锻下模凹深，H12是辊锻上下模腔的最大深度和，L12是下模辊锻模腔的最大宽度。
图9是Y1-Y1′处的截面图，h16是辊锻上模凸高，h15是辊锻下模凹深，H13是辊锻上下模腔的最大深度和，L13是下模辊锻模腔的最大宽度。
图10为第二道辊锻模具的主视图，图10中的D是锻辊中心距为1600mm，M为辊锻上模和辊锻下模分模线。01-01是上下锻辊的中心距，β1是截面D2-D2′到辊锻中心距的角度，β2是截面G2-G2′到辊锻中心距的角度,β3是截面J2-J2′到辊锻中心距的角度，β4是截面M2-M2′到辊锻中心距的角度，β5是截面R2-R2′到辊锻中心距的角度，β6是截面U2-U2′到辊锻中心距的角度，β7是截面Y2-Y2′到辊锻中心距的角度。
图11是图10中A2-A2′处的特征截面，h27是辊锻上模凸高，h28是辊锻下模凹深，H25是辊锻上下模腔的最大深度和，H24辊锻件在下模型腔厚度，L24是第二道辊锻下模腔的最大宽度。
图12是图10中D2-D2′处的特征截面，h29是辊锻上模凸高，h229是辊锻下模凹深，H27是辊锻上下模腔的最大深度和，H26辊锻件在下模型腔厚度，L25是下模辊锻模腔的最大宽度。
图13是G2-G2′处的截面图，h230是辊锻上模凸高，h231是辊锻下模凹深，H28是辊锻上下模腔的最大深度和，L26是下模辊锻模腔的最大宽度。
图14是J2-J2′处的截面图，h233是辊锻上模凸高，h232是辊锻下模凹深，H29是辊锻上下模腔的最大深度和，L27是下模辊锻模腔的最大宽度。
图15是M2-M2′处的截面图，h234是辊锻上模凸高，h235是辊锻下模凹深，H229是辊锻上下模腔的最大深度和，L28是下模辊锻模腔的最大宽度。
图16是R2-R2′处的截面图，h222是辊锻上模凸高，h21是辊锻下模凹深，H21是辊锻上下模腔的最大深度和，L21是下模辊锻模腔的最大宽度。
图17是U2-U2′处的截面图，h23是辊锻上模凸高，h24是辊锻下模凹深，H22是辊锻上下模腔的最大深度和，L22是下模辊锻模腔的最大宽度。
图18是Y2-Y2′处的截面图，h226是辊锻上模凸高，h25是辊锻下模凹深，H23是辊锻上下模腔的最大深度和，L23是下模辊锻模腔的最大宽度。
图19为第三道辊锻模具的主视图，图19中的D是锻辊中心距为1600mm，M为辊锻上模和辊锻下模分模线。01-01是上下锻辊的中心距，γ1是截面D3-D3′到辊锻中心距的角度，γ2是截面G3-G3′到辊锻中心距的角度,γ3是截面J3-J3′到辊锻中心距的角度，γ4是截面M3-M3′到辊锻中心距的角度，γ5是截面R3-R3′到辊锻中心距的角度，γ6是截面U3-U3′到辊锻中心距的角度，γ7是截面Y3-Y3′到辊锻中心距的角度。
图20是图19中A3-A3′处的特征截面，h38是辊锻上模凸高，h37是辊锻下模凹深，H35是辊锻上下模腔的最大深度和，H34辊锻件在下模型腔厚度，L34是第三道辊锻下模腔的最大宽度。
图21是图19中D3-D3′处的特征截面，h39是辊锻上模凸高，h339是辊锻下模凹深，H37是辊锻上下模腔的最大深度和，H36辊锻件在下模型腔厚度，L35是下模辊锻模腔的最大宽度。
图22是G3-G3′处的截面图，h341是辊锻上模凸高，h340是辊锻下模凹深，H38是辊锻上下模腔的最大深度和，L36是下模辊锻模腔的最大宽度。
图23是J3-J3′处的截面图，h342是辊锻上模凸高，h343是辊锻下模凹深，H39是辊锻上下模腔的最大深度和，L37是下模辊锻模腔的最大宽度。
图24是M3-M3′处的截面图，h344是辊锻上模凸高，h345是辊锻下模凹深，H339是辊锻上下模腔的最大深度和，L38是下模辊锻模腔的最大宽度。
图25是R3-R3′处的截面图，h32是辊锻上模凸高，h31是辊锻下模凹深，H31是辊锻上下模腔的最大深度和，L31是下模辊锻模腔的最大宽度。
图26是U3-U3′处的截面图，h34是辊锻上模凸高，h33是辊锻下模凹深，H32是辊锻上下模腔的最大深度和，L32是下模辊锻模腔的最大宽度。
图27是Y3-Y3′处的截面图，h36是辊锻上模凸高，h35是辊锻下模凹深，H33是辊锻上下模腔的最大深度和，L33是下模辊锻模腔的最大宽度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡以本发明权利要求所做的改变，都应属于本发明的涵盖范围。

Claims (3)

1.一种超大型末级长叶片成型辊锻模具的设计方法，其特征在于，超大型末级长叶片成型辊锻模具包含三道辊锻模具，即第一道辊锻模具，第二道辊锻模具，第三道辊锻模具，且三道辊锻模具都是闭式辊锻模具；第一道辊锻模具的各个截面处的型腔最大深度分别为H15＝180.6mm,H17＝184.8mm,H18＝181.2mm,H19＝161mm,H119＝127.4mm，H11＝78.2mm,H12＝74.4mm,H13＝80.9mm；第一道辊锻模具、第二道辊锻模具和第三道辊锻模具的上模型腔和下模型腔都不对称，使成型部位达到超大型末级长叶片的最终尺寸并取消此处的模锻工位。
2.如权利要求1所述超大型末级长叶片成型辊锻模具的设计方法，其特征在于，所述第二道辊锻模具的各个截面处的型腔最大深度分别为H25＝165.6mm，H27＝170.1mm，H28＝154.7mm，H29＝124mm,H229＝189.1mm，H21＝51.9mm，H22＝47.8mm，H23＝51.3mm。
3.如权利要求1所述超大型末级长叶片成型辊锻模具的设计方法，其特征在于，所述第三道辊锻模的各个截面处的型腔最大深度分别为H35＝146mm，H37＝145.1mm，H38＝126.6mm，H39＝95.9mm，H339＝61.7mm，H31＝33.4mm，H32＝30.2mm，H33＝34.6mm。
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