CN111515636A - 一种汽轮机三维叶片的生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽轮机三维叶片的生产工艺，通过以下步骤实现的：S1、模锻成型为叶片锻件，具体包括：a、叶片毛坯铸造，b、制备叶片模锻模具，c、加热，d：模锻成型，S2、将步骤S1中叶片锻件进行定位安装：采用专用的四轴工装将步骤S1中的叶片锻件可转动的安装在四轴工装上，四轴工装上设有对称的安装凸起，安装凸起分别对应和步骤S1中的安装孔对应安装，使得叶片锻件的中心轴线校准安装在四轴工装上，S3、铣削精加工，S4、切割抛光，本发明相对于传统使用叶片毛坯的加工方式减少了大量的机械加工工时，减少了人工数量，提高了企业的生产效率。

Description

一种汽轮机三维叶片的生产工艺

技术领域：

本发明涉及一种叶片生产技术领域，尤其是一种汽轮机三维叶片的生产工艺。

背景技术：

叶片是汽轮机的关键零件，又是最精细、最重要的零件之一，汽轮机叶片具有复杂的叶片型线，叶片型线在加工大约占到整个叶片的二分之一，因此叶片的成型比较困难，目前叶片的生产大都是在毛坯铸造热处理时两端增加工艺头，并在工艺头上加工安装孔通过安装孔将叶片毛坯安装数控铣削机床上，随后综合编程一次性把机械加工的所有工序完成。

然而这种热处理铸造成型叶片毛坯较为粗糙，叶片毛坯后续在数控机床上进行铣削加工时，仍然需要经过半精铣削加工，调整铣削刀具的转速以及进给量，增加了加工工艺的复杂量，阻碍了叶片生产效率的提高，另一方面，这种叶片毛坯生产出来的叶片，叶片毛坯内部的金属变形程度差，导致后续叶片毛坯在进行铣削加工时，很容易破坏叶片毛坯内部的金属结构，导致金属内部的细密性差，降低了叶片最终成型的强度。

现有技术中，随着叶片生产工艺的进一步发展，叶片的精密模锻得到了进一步的发展，精密模锻是在一般模锻基础上逐步发展起来的一种少无切削加工新工艺，这种精密模锻生产出来的叶片具有表面质量好，机械加工余量少，尺寸精度高，而且能够使得叶片内部金属流线沿零件轮廓合理分布，增加叶片的强度，然而这种新型发展的叶片精锻生产工艺要求较高，其精锻模具费用较高，一般企业很难达到叶片精密模锻生产的要求，因此，亟需提出一种针对现有叶片生产工艺的改进方法，在确保企业能够生产的前提下，能够进一步提高企业叶片的生产效率，并且能够满足最终叶片成型的强度。

发明内容：

本发明的目的提供一种汽轮机三维叶片的生产工艺，解决上述现有技术问题中的一个或者多个。

为解决上述技术问题，本发明提供一种汽轮机三维叶片的生产工艺，其创新点在于是通过以下步骤实现的：

S1、模锻成型为叶片锻件。

a、叶片毛坯铸造：在毛坯加热铸造成型为叶片毛坯时，在叶片毛坯的两端分别一体成型对称的工艺头。

b、制备叶片模锻模具：叶片模锻模具包括上模具和下模具，上模具和下模具闭合形成为叶片模腔，叶片模腔的两侧设有对称的工艺头模腔，工艺头模腔的内部均设有锻造插入杆，锻造插入杆可移动的设置在工艺头模腔的内部，锻造插入杆的移动方向朝向叶片模腔，两个锻造插入杆的延伸方向相对且两个锻造插入杆的连接线对应叶片模腔的中心轴线。

c、加热：将上述步骤a中的叶片毛坯铸件加热到叶片毛坯材料的塑形变形温度。

d：模锻成型：将上述步骤c中加热的叶片毛坯铸件放入到步骤b中制备的叶片模锻模具中，在高压状态下，将该加热的叶片毛坯铸件锻造成型为相应的叶片锻件，工艺头锻造成型为相应的工艺头锻件，工艺头锻件的内部锻造成型为相应的安装孔。

S2、将步骤S1中叶片锻件进行定位安装：采用专用的四轴工装将步骤S1中的叶片锻件可转动的安装在四轴工装上，四轴工装上设有对称的安装凸起，安装凸起分别对应和步骤S1中的安装孔对应安装，使得叶片锻件的中心轴线校准安装在四轴工装上。

S3、铣削精加工：采用螺旋加工的方式，依次对步骤S2中固定在四轴工装上的叶片锻件进行精铣削叶根、精铣削内背径向面以及精铣削叶身。

S4、切割抛光：采用电火花切割机将步骤S3中铣削精加工后的叶片锻件进行切割、抛光处理。

进一步的，上述步骤S1中模锻成型的锻击顺序依次为对所述叶片模腔进行快速锻击且成型为叶片锻件、对工艺头模腔进行快速锻击且成型为工艺头锻件、对锻造插入杆进行快速锻击且成型为安装孔，锻造插入杆的快速锻击方向朝向叶片模腔。

进一步的，上述步骤S4中的切割抛光包括对工艺头进行切割以及对叶身进行抛光。

进一步的，上述步骤S3中精铣削叶根的刀具、精铣削内背径向面的刀具分别为叶根专用铣刀、平头刀，上述步骤S3中精铣削叶身的刀具依次为球头刀以及牛鼻铣刀。

进一步的，上述四轴工装包括工作台，工作台上设有两个相互平行的夹板，其中一个夹板可水平移动的设置在工作台上，两个夹板之间形成为用于装夹叶片锻件的装夹腔，夹板上均设有转动轴承，两个安装凸起分别一一固定在转动轴承上，工作台上设有驱动转动轴承转动的旋转电机。

进一步的，上述安装凸起上均设有稳定齿轮，装夹腔的底部设有对称稳定杆，稳定杆上设有和稳定齿轮啮合连接的传动齿轮，两个稳定杆之间设有可上下移动的校准板，校准板平行于水平面。

进一步的，上述校准板的表面开设有放置叶片锻件的放置槽。

进一步的，上述装夹腔的底部设有驱动气缸，驱动气缸的输出端和校准板的底部相连。

进一步的，上述装夹腔的底部设有位移传感器，驱动气缸上设有控制器，位移传感器和控制器电连接。

本发明的有益效果在于：

1、本发明提供了一种汽轮机三维叶片的生产工艺，在对叶片锻件进行螺旋加工时，通过利用模锻加工成型的叶片锻件进行精加工成型为最终的叶片，无需调整铣削铣削刀具的转速以及进给量，相对于传统使用叶片毛坯的加工方式减少了大量的机械加工工时，减少了人工数量，提高了企业的生产效率。

2、本发明提供了一种汽轮机三维叶片的生产工艺，在将叶片毛坯加工成叶片之前，优先将叶片毛坯模锻成型为叶片锻件，通过制备叶片模锻模具，将叶片毛坯在叶片模锻模具中进行锻击成型为叶片锻件，而利用这种叶片锻击最终叶片能够保证金属具有良好的成型条件以及合适的变形程度，保证了最终成型的叶片能够获得沿叶身形状分布的流线和均匀细小的晶粒，提高了叶片最终成型的强度。

3、本发明提供了一种汽轮机三维叶片的生产工艺，在将叶片毛坯的工艺头定位安装在四轴工装之前，将工艺头锻造成型为工艺头锻件，通过制备的工艺头模腔保证了工艺头锻件最终成型形状的均匀性，在后续通过夹取工艺头锻件使得叶片锻件转动的过程中，这种形状的均匀保证了叶片锻件转动稳定，从而保证了最终叶片加工的稳定性。

附图说明：

图1为本发明模锻模具的侧面结构示意图。

图2为本发明四轴工装的侧面结构示意图。

具体实施方式：

为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例和附图对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。

实施例1

如图1到图2为本发明实施例的一种具体实施方式，是通过以下步骤实现的：

S1、模锻成型为叶片锻件101。

a、叶片毛坯铸造：在毛坯加热铸造成型为叶片毛坯时，在叶片毛坯的两端分别一体成型对称的工艺头。

b、制备叶片模锻模具：叶片模锻模具包括上模具102和下模具103，上模具102和下模具103闭合形成为叶片模腔，叶片模腔的两侧设有对称的工艺头模腔104，工艺头模腔104的内部均设有锻造插入杆105，锻造插入杆105可移动的设置在工艺头模腔104的内部，锻造插入杆105的移动方向朝向叶片模腔，两个锻造插入杆105的延伸方向相对且两个锻造插入杆105的连接线对应叶片模腔的中心轴线。

c、加热：将上述步骤a中的叶片毛坯铸件加热到叶片毛坯材料的塑形变形温度。

d：模锻成型：将上述步骤c中加热的叶片毛坯铸件放入到步骤b中制备的叶片模锻模具中，在高压状态下，将该加热的叶片毛坯铸件锻造成型为相应的叶片锻件101，工艺头锻造成型为相应的工艺头锻件106，工艺头锻件106的内部锻造成型为相应的安装孔107。

在本发明实施例中，在将叶片毛坯加工成叶片之前，优先将叶片毛坯模锻成型为叶片锻件101，通过制备叶片模锻模具，具体的叶片模锻模具接近最终成型叶片的形状，将叶片毛坯在叶片模锻模具中进行锻击成型为叶片锻件101，而利用这种叶片锻击101最终叶片能够保证金属具有良好的成型条件以及合适的变形程度，保证了最终成型的叶片能够获得沿叶身形状分布的流线和均匀细小的晶粒，提高了叶片最终成型的强度。

在本发明实施例中，在将叶片毛坯的工艺头定位安装在四轴工装之前，将工艺头锻造成型为工艺头锻件106，通过制备的工艺头模腔104保证了工艺头锻件106最终成型形状的均匀性，在后续通过夹取工艺头锻件106使得叶片锻件101转动的过程中，这种形状的均匀保证了叶片锻件101转动稳定，从而保证了最终叶片加工的稳定性。

在本发明实施例中，工艺头锻件106上的安装孔107通过锻造插入杆105在工艺头锻件106上进行锻击成型，这种锻击成型的安装孔107力学性能较高了，保证了后续安装孔107在四轴工装上夹取的稳定性，从而保证了叶片在四轴工装上加工的稳定性，同时，这种锻击成型的安装孔107在叶片锻件101的两侧较为对称，从而保证了两个安装孔107的连线位置和叶片锻件101的轴线位置保持一致，从而提高了后续叶片锻件101加工的精度。

S2、将步骤S1中叶片锻件进行定位安装：采用专用的四轴工装将步骤S1中的叶片锻件101可转动的安装在四轴工装上，四轴工装上设有对称的安装凸起1，安装凸起1分别对应和步骤S1中的安装孔107对应安装，使得叶片锻件101的中心轴线校准安装在四轴工装上。

在本发明实施例中，通过专用的四轴工装将上述步骤S1中的叶片锻件101的轴线校准安装在四轴工装上，保证了四轴工装上的叶片锻件101加工的轴线位置和叶片锻件101自身的轴线位置一致，从而进一步保证了最终叶片加工的精度。

S3、铣削精加工：采用螺旋加工的方式，依次对步骤S2中固定在四轴工装上的叶片锻件进行精铣削叶根、精铣削内背径向面以及精铣削叶身。

在本发明实施例中，螺旋加工方式， 是指沿叶片径向方向采用螺旋状的刀路切削并向产品的轴向方向进给的一种加工方式，是机加工中常见的切削方式，在本发明实施例中不做具体的展开描述，在对叶片锻件101进行螺旋加工时，通过利用模锻加工成型的叶片锻件101进行精加工成型为最终的叶片，相对于传统使用叶片毛坯的加工方式减少了大量的机械加工工时，减少了人工数量，提高了企业的生产效率。

S4、切割抛光：采用电火花切割机将步骤S3中铣削精加工后的叶片锻件进行切割、抛光处理。

在本发明实施例中，在叶片最终成型后，通过表面抛光、 去工艺头和

线切割加工叶片总长端面等工序得到成品叶片。

在本发明实施例中，上述步骤S1中模锻成型的锻击顺序依次为对所述叶片模腔进行快速锻击且成型为叶片锻件101、对工艺头模腔进行快速锻击且成型为工艺头锻件106、对锻造插入杆105进行快速锻击且成型为安装孔107，锻造插入杆105的快速锻击方向朝向叶片模腔，在整个模锻成型的锻击过程中，叶片锻件101、工艺头锻件106以及安装孔107的锻件按照从内到外的锻击顺序，能够有效引导叶片模腔、工艺头模腔内部金属的流动，满足了叶片锻件101复杂形状的模锻。

在本发明实施例中，上述步骤S4中的切割抛光包括对工艺头进行切割以及对叶身进行抛光。

在本发明实施例中，上述步骤S3中精铣削叶根的刀具、精铣削内背径向面的刀具分别为叶根专用铣刀、平头刀，上述步骤S3中精铣削叶身的刀具依次为球头刀以及牛鼻铣刀，在对叶根、内背径向面以及叶身进行加工时，叶根专用铣刀、平头刀、球头刀以及牛鼻铣刀的转速直接达到4000r/min，进给量直接达到3000mm/min，无需调整，机械加工工时短，企业的工作效率高。

实施例2

如图1所示，本发明实施例提供了一种四轴工装，上述四轴工装包括工作台2，工作台2上设有两个相互平行的夹板3，其中一个夹板3可水平移动的设置在工作台2上，两个夹板3之间形成为用于装夹叶片锻件101的装夹腔4，夹板3上均设有转动轴承31，两个安装凸起1分别一一固定在转动轴承31上，工作台2上设有驱动转动轴承31转动的旋转电机5。

在本发明实施例中，根据实施例1中叶片锻件101的长度，调整夹板3之间距离，距离对应叶片锻件101的长度，在将叶片锻件101安装在装夹腔4时，将安装凸起1分别一一嵌入在安装孔107的内部，从而使得叶片锻件101可转动设置在装夹腔4的内部，在对叶片锻件101进行铣削精加工时，打开旋转电机5，具体的，旋转电机5安装在固定在工作台2上的夹板3上且和上述固定的夹板3上的轴承连接，在旋转电机5的带动下，叶片锻件101在装夹腔4的内部进行转动，同时，铣削刀具按照实施例1中提供的转速和进给量对叶片锻件101进行铣削精加工，直到完成叶片锻件101的精加工。

在本发明实施例中，上述安装凸起1上均设有稳定齿轮6，装夹腔4的底部设有对称稳定杆7，稳定杆7上设有和稳定齿轮6啮合连接的传动齿轮71，两个稳定杆7之间设有可上下移动的校准板8，校准板8平行于水平面，在叶片锻件101转动过程中，通过稳定齿轮6和传动齿轮71的啮合连接，保证了安装凸起1转动的稳定性，从而保证了叶片锻件101转动的稳定性，同时，在将叶片锻件101校准安装在装夹腔4的内部时，优先将叶片锻件101放置在校准板8上，通过将校准板8上下移动，将叶片锻件101两侧的安装孔107分别对准安装凸起1，随后再将安装凸起1和安装孔107对准安装，上述叶片锻件101在装夹腔4的这种安装方式一方面保证了校准板8和叶片锻件101的轴线相互平行，提高了叶片锻件101轴线位置在装夹腔4内部校准安装的准确性，另一方面，校准板8的上下移动使得后续每个叶片锻件101在和安装孔107安装时都是处于同一水平面，从而保证了每一个叶片锻件101安装位置的一致性，保证了每一个叶片锻件铣削精加工的一致性。

在本发明实施例中，上述校准板8的表面开设有放置叶片锻件的放置槽81，具体的，放置槽81的形状对应叶片锻件101的形状，方便将叶片锻件101放置在放置槽81的内部，随着校准板8的上下移动，放置槽81随着校准板8上下移动，在将叶片锻件101两侧的安装孔107和安装凸起1进行安装时，放置槽81的水平位置和安装凸起1相互平齐，以方便安装孔107和安装凸起1之间的安装。

在本发明实施例中，上述装夹腔4的底部设有驱动气缸41，驱动气缸41的输出端和校准板8的底部相连，上述装夹腔4的底部设有位移传感器42，驱动气缸41上设有控制器，位移传感器42和控制器电连接，在驱动气缸41驱动校准板8上下移动过程中，通过位移传感器42监测校准板8和水平面之间的距离，并且通过控制器控制驱动气缸驱动校准板8上下的移动距离，具体的，在放置槽81的水平位置和安装凸起1水平对齐时，预先测量校准板8和水平面之间的距离为a，通过将位移传感器42预先设定校准板8的位移距离，满足校准板8和水平面之间的距离达到a，从而保证了每次驱动气缸41驱动校准板8向上移动时，校准板8的停留位置都是安装槽81上安装孔107和安装凸起1之间的安装位置。

本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种汽轮机三维叶片的生产工艺，其特征在于是通过以下步骤实现的：

S1、模锻成型为叶片锻件（101）：

a、叶片毛坯铸造：在毛坯加热铸造成型为叶片毛坯时，在叶片毛坯的两端分别一体成型对称的工艺头；

b、制备叶片模锻模具：所述叶片模锻模具包括上模具（102）和下模具（103），所述上模具（102）和所述下模具（103）闭合形成为叶片模腔，所述叶片模腔的两侧设有对称的工艺头模腔（104），所述工艺头模腔（104）的内部均设有锻造插入杆（105），所述锻造插入杆（105）可移动的设置在所述工艺头模腔（104）的内部，所述锻造插入杆（105）的移动方向朝向所述叶片模腔，两个所述锻造插入杆（105）的延伸方向相对且两个所述锻造插入杆（105）的连接线对应叶片模腔的中心轴线；

c、加热：将上述步骤a中的叶片毛坯铸件加热到叶片毛坯材料的塑形变形温度；

d：模锻成型：将上述步骤c中加热的叶片毛坯铸件放入到步骤b中制备的叶片模锻模具中，在高压状态下，将该加热的叶片毛坯铸件锻造成型为相应的叶片锻件（101），所述工艺头锻造成型为相应的工艺头锻件（106），所述工艺头锻件（106）的内部锻造成型为相应的安装孔（107）；

S2、将步骤S1中叶片锻件进行定位安装：采用专用的四轴工装将步骤S1中的叶片锻件（101）可转动的安装在所述四轴工装上，所述四轴工装上设有对称的安装凸起（1），所述安装凸起（1）分别对应和步骤S1中的安装孔（107）对应安装，使得所述叶片锻件（101）的中心轴线校准安装在所述四轴工装上；

S3、铣削精加工：采用螺旋加工的方式，依次对步骤S2中固定在所述四轴工装上的叶片锻件进行精铣削叶根、精铣削内背径向面以及精铣削叶身；

S4、切割抛光：采用电火花切割机将步骤S3中铣削精加工后的叶片锻件进行切割、抛光处理。

2.根据权利要求1所述的一种汽轮机三维叶片的生产工艺，其特征在于：所述步骤S1中模锻成型的锻击顺序依次为对所述叶片模腔进行快速锻击且成型为所述叶片锻件（101）、对所述工艺头模腔进行快速锻击且成型为所述工艺头锻件（106）、对所述锻造插入杆（105）进行快速锻击且成型为所述安装孔（107），所述锻造插入杆（105）的快速锻击方向朝向所述叶片模腔。

3.根据权利要求1所述的一种汽轮机三维叶片的生产工艺，其特征在于：所述步骤S4中的切割抛光包括对所述工艺头进行切割以及对叶身进行抛光。

4.根据权利要求1所述的一种汽轮机三维叶片的生产工艺，其特征在于：所述步骤S3中精铣削叶根的刀具、精铣削内背径向面的刀具分别为叶根专用铣刀、平头刀，所述步骤S3中精铣削叶身的刀具依次为球头刀以及牛鼻铣刀。

5.根据权利要求1所述的一种汽轮机三维叶片的生产工艺，其特征在于：所述四轴工装包括工作台（2），所述工作台（2）上设有两个相互平行的夹板（3），其中一个所述夹板（3）可水平移动的设置在所述工作台（2）上，两个所述夹板（3）之间形成为用于装夹所述叶片锻件（101）的装夹腔（4），所述夹板（3）上均设有转动轴承（31），两个所述安装凸起（1）分别一一固定在所述转动轴承（31）上，所述工作台（2）上设有驱动所述转动轴承（31）转动的旋转电机（5）；

所述安装凸起（1）上均设有稳定齿轮（6），所述装夹腔（4）的底部设有对称稳定杆（7），所述稳定杆（7）上设有和所述稳定齿轮（6）啮合连接的传动齿轮（71），两个所述稳定杆（7）之间设有可上下移动的校准板（8），所述校准板（8）平行于水平面。

6.根据权利要求5所述的一种汽轮机三维叶片的生产工艺，其特征在于：所述校准板（8）的表面开设有放置叶片锻件的放置槽（81）。

7.根据权利要求5所述的一种汽轮机三维叶片的生产工艺，其特征在于：所述装夹腔（4）的底部设有驱动气缸（41），所述驱动气缸（41）的输出端和所述校准板（8）的底部相连。

8.根据权利要求7所述的一种汽轮机三维叶片的生产工艺，其特征在于：所述装夹腔（4）的底部设有位移传感器（42），所述驱动气缸（41）上设有控制器，所述位移传感器（42）和所述控制器电连接。

Images