CS225720B1

CS225720B1 - Method of manufacturing blades

Info

Publication number: CS225720B1
Application number: CS695881A
Authority: CS
Inventors: Frantisek Ing Vlasak
Original assignee: Frantisek Ing Vlasak
Priority date: 1981-09-22
Filing date: 1981-09-22
Publication date: 1984-02-13

Abstract

Vynález se týká způsobu výroby lopatek, zejména lopatek pro axiální turbiny a pro kompresory. Způsob výroby podle vynálezu zjednodušuje výrobu lopatek a v některých případech umožňuje zmenšit rozměry i hmotnost výchozích lopatkových polotovarů. Při aplikaci, způsobu výroby podle vynálezu se lopatkový polotovar v upínacím přípravku upne za listovou část potom se na kotvicím konci lopatkového polotovaru vytvoří závěs a na volném konci se lopatkový polotovar délkově upraví, gotom se na tomto volném konci z alespoň jedné ze dvou stran jeho listové části vytvoří technologický pruh a potom se lopatkový polotovar oběma svými konci upne v ustavůvacím přípravku, přičemž se opracuje jeho listová .část.The invention relates to a method of manufacturing blades, in particular blades for axial turbines and for compressors. The manufacturing method according to the invention simplifies the manufacturing of blades and in some cases allows to reduce the dimensions and weight of the initial blade blanks. When applying the manufacturing method according to the invention, the blade blank is clamped in a clamping fixture by the blade part, then a hinge is formed at the anchoring end of the blade blank and the blade blank is adjusted in length at the free end, then a technological strip is formed on this free end from at least one of the two sides of its blade part and then the blade blank is clamped by both its ends in a positioning fixture, while its blade part is machined.

Description

Vynález se týká způsobu výroby lopatek, zejména lopatek pro axiální turbíny a pro kompresory.BACKGROUND OF THE INVENTION The invention relates to a method for producing blades, in particular blades for axial turbines and compressors.

V celosvětovém měřítku je známa a průmyslově využívána celá řada výrobních postupů zhotovování turbínových a kompresorových lopatek. Tyto průmyslové výrobní postupy lze v zásadě rozdělit do tří výrobních etap, z nichž první etapu tvoří výroba polotovarů, druhá etapa zahrnuje vytvoření vlastních tvarů lopatek a třetí etapa zahrnuje některé povrchové dokončovací operace a konečnou kontrolu. V praxi se ovSem zejména první dvě výrobní etapy navzájem velmi silně ovlivňují. Hlavně první etapa, v níž, se polotovary lopatek zhotovují nejčaštěji zápustkovým kováním, případně lisováním, přesným litím, dále profilovým tažením a tvářením, případně lisováním a slinováním z práěků, má pro vlastní tvarovací opracování ve druhé etapě rozhodující význam.A wide range of manufacturing processes for the manufacture of turbine and compressor blades are known and used worldwide. In principle, these industrial production processes can be divided into three production stages, of which the first stage consists of the production of semi-finished products, the second stage involves the creation of own blade shapes and the third stage includes some surface finishing operations and final inspection. In practice, however, especially the first two production stages influence each other very strongly. In particular, the first stage, in which the blade blanks are produced most often by die forging or pressing, precision casting, profile drawing and forming, or by pressing and sintering from powders, is of decisive importance for the actual shaping treatment in the second stage.

Skladba operací ve druhé etapě je dále v konkrétních podmínkách ovlivněna i dalšími faktory, zejména strojním parkem, velikostmi sérií vyráběných lopatek i technologickými možnostmi, zvyklostmi a znalostmi. Základním problémem při opracování lopatek je obrábění jejich listových částí, které se nejčastěji provádějí hoblováním, kopírovacím frézováním, dále elektrochemickým obráběním, případně i broušením. Tvarové opracování listových částí polotovarů, zhotovených z těžko obrobitelných materiálů, například z nimonicových slitin, se provádí zpravidla elektrochemicky. Opracování patkových částí ne kotvicích koncích a břitových částí na volných koncích lopatek se provádějí větěinou pomocí přípravků na seřízených a na speciálních obráběcích strojích.The structure of operations in the second stage is also influenced by other factors in particular conditions, in particular the machinery, size of the series of blades produced and technological possibilities, customs and knowledge. The basic problem in machining the blades is the machining of their leaf parts, which are most often performed by planing, copy milling, electrochemical machining, or even grinding. Shaping of sheet parts of semi-finished products made of hard-to-machine materials, for example of nimonic alloys, is generally performed electrochemically. The machining of the bead parts at the anchoring ends and the blade parts at the free ends of the blades is usually carried out by means of jigs on adjusted and special machine tools.

Konečné úpravy povrchu lopatek, spojené ve třetí etapě s vizuální kontrolou, se provádějí zpravidla ručně.Finishing of the surface of the blades, associated in the third stage with visual inspection, is generally carried out manually.

K obrábění listových částí ve druhé etapě je nezbytně nutno polotovary lopatek oboustranně koncově upnout. K vytvoření prvního upínacího místa na kotvicím konci lopatky je možno s výhodou využít stávající patku, pro druhé upínací místo na volném konci lopatky je však nutno její polotovar opatřit technologickým výstupkem, načež se na obou takto vytvořených upínacích místech opracují technologické základny. K opracování technologických základen je ovSem třeba celá řada pomocných operací, která jsou v současné době prováděny na seřízených a jednoúčelových obráběcích strojích.In order to machine the leaf parts in the second stage, it is necessary to clamp the blade blanks on both sides. An existing foot can be advantageously used to form the first clamping point at the anchoring end of the blade, but for the second clamping point at the free end of the blade the workpiece blank has to be provided with a technological projection. However, a number of auxiliary operations are currently required to machine the technological bases, which are currently carried out on customized and dedicated machine tools.

U polotovarů lopatek, zhotovených z dobře obrobitelných materiálů, se pak jejich listové části nejčastěji obrábějí bu3 na speciálních hoblovacích strojích, nebo na kopírovacích frézkách řádkovacím frézováním. U většiny polotovarů, zhotovených z těžko obrobitelných materiálů, se pak v hromadné výrobě lopatek používá produktivní elektrochemické obrábění, při němž k úbšru materiálu dochází narušováním jeho povrchové vrstvy elektrickým proudem a odplavováním takto uvolněných materiálových částic proudícím tlakovým elektrolytem.In the case of blade blanks made of easily machinable materials, their leaf parts are most often machined either on special planing machines or on copying milling machines by row milling. For most blanks made of difficult-to-machine materials, the mass production of blades uses productive electrochemical machining, in which the material is reduced by disturbing its surface layer by electric current and washing away the released particles by flowing electrolyte.

Provádění pomocných operací, nezbytně nutných k výše naznačenému obrábění listových částí lopatek, je však značnou zátěží celého technologického procesu, protože je velmi pracné. Nadto část vynaložené práce i drahého materiálu přichází v podstatě nazmar, nebol po obrobení listové části musí být technologický výstupek i s opracovanými technologickými základnami odstraněn, aby bylo možno upravit délku lopatky a na jejím volném konci vytvořit těsnicí břit.However, carrying out the auxiliary operations necessary for the machining of the blade parts described above is a considerable burden on the entire technological process because it is very laborious. In addition, a portion of the work and expensive material comes in vain, because after machining the leaf part, the technological projection and the machined technological bases must be removed in order to adjust the length of the blade and form a sealing lip at its free end.

Některé z obtíží a nevýhod, vyskytujících se u stávajících způsobů výroby lopatek odstraňuje způsob výroby lopatek podle vynálezu. Podstata vynálezu spočívá v tom, že lopatkový polotovar se v upínacím přípravku upne za listovou část, pak se na kotvicím konci lopatkového polotovaru vytvoří závěs a na volném konci se lopatkový polotovar délkově upraví, načež se na tomto volném konci z alespoň jedné ze dvou stran jeho listové části vytvoří technologický pruh a posléze se lopatkový polotovar oběma svými konci upne v ústa vovacím přípravku, přičemž se opracuje jeho listová část.Some of the inconveniences and disadvantages encountered with existing blade manufacturing methods are overcome by the blade manufacturing method of the invention. SUMMARY OF THE INVENTION The object of the invention is to clamp the blade part in the fixture by the leaf part, then form a hinge at the anchoring end of the blade part and adjust the length of the blade part at the free end. The blade portions form a technological strip and then the paddle blank is clamped at both ends in the mouthpiece jig while the sheet portion is machined.

Pro realizaci způsobu výroby lopatek podle vynálezu je možno používat relativné jednodušší polotovary, na nichž není třeba vytvářet technologické' výstupky, což se v praxi projevuje v úsporách materiálu, energie, i ve snížení zmetkovitosti.Relatively simpler blanks can be used for the production of the blades according to the invention, without the need to produce technological projections, which in practice results in savings in material, energy and also in the reduction of scrap.

U způsobu výroby podle vynálezu se vyloučením některých pomocných operací, spojených s vytvořením technologických základen na technologickém výstupku, bezprostředně zkrátí strojní časy a dále se v důsledku sdružení operací, potřebných k opracování lopatkového polotovaru na jeho volném konci, podstatně zkrátí průběžná doba výroby. Opracováním lopatkových polotovarů při jednom upnutí se dále zpřesní výroba, přičemž se také sníží nároky na manipulaci a na vybavenost přípravky.In the production method according to the invention, by eliminating some of the auxiliary operations associated with forming the technological bases on the technological projection, the machining times are immediately shortened, and the continuous production time is considerably shortened due to the combination of operations required for machining the blade blank. The machining of the blade blanks in one clamping further refines the production, while also reducing the handling and equipment requirements.

Dále jsou popsány čtyři příklady provádění způsobu výroby lopatek podle vynálezu, a to s užitím vyobrazení, nakreslených na připojených výkresech. Všechny tyto příklady se týkají výroby lopatek pro axiální parní turbíny.In the following, four embodiments of the method of manufacturing the blades according to the invention are described using the drawings shown in the accompanying drawings. All these examples relate to the production of blades for axial steam turbines.

K vysvětlení prvního příkladu provádění způsobu výroby podle vynálezu jsou využity obr. 1, obr. 4 až obr. 14, a obr. 15, k vysvětlení druhého příkladu jsou využity obr. 1, obr. 4 až obr. 14 a obr. 16. Pro vysvětlení třetího příkladu jsou použity obr. 2, obr. 3 a obr. 15, pro vysvětlení čtvrtého příkladu pak jsou použity obr. 2, obr. 3 a obr. 16.Figures 1, 4 to 14, and 15 are used to explain the first embodiment of the manufacturing method of the invention, and Figures 1, 4 to 14 and 16 are used to explain the second example. Figures 2, 3 and 15 are used to explain the third example, and Figures 2, 3 and 16 are used to explain the fourth example.

Na obr. 1 je v řezu znázorněn první z možných způsobů upnutí lopatkového polotovaru za jeho listovou část, na obr. 2 a na obr. 3 je v čelním pohledu a v bočním pohledu znázorněn druhý z možných způsobů upnutí lopatkového polotovaru za listovou část, na obr. 4 až obr. 14 je technologický sled jednotlivých obráběcích operací na obou koncích tohoto polotovaru, který je oběma prvním příkladům společný, na obr. 15 je čelní pohled na koncově ustavený polotovar při elektrochemickém opracování jeho listové části a na obr. 16 je čelní pohled na koncově ustavený lopatkový polotovar při hoblování jeho listové části.Fig. 1 is a cross-sectional view of the first possible method of clamping the blade blank by its leaf portion; Figs. 2 and 3 are front and side views of the second possible method of clamping the blade blank by the leaf portion; Fig. 4 to Fig. 14 is a sequence of machining operations at both ends of the blank which is common to the first two examples; Fig. 15 is a front view of an end-set blank during electrochemical machining of its sheet portion; a view of an end-set paddle blank when planing its leaf portion.

U prvního příkladu je podle obr. 1 k upnutí výchozího lopatkového polotovaru 1_ využito upínací kostky 6, podle čs. autorského osvědčeni číslo 174 665, která v dalším technologickém sledu při opracování obou konců tohoto lopatkového polotovaru J_ v upínacím přípravku slouží jako technologická paleta. Lopatkový polotovar _1_ se volně vloží do dutiny upínací kostky 6_, upevněné v zalévacím přípravku, načež se v této dutině vymezovacími šablonami 2, i a ustavujícími šablonami 4.» 2. ustaví na opěrné ploše podstavce 8. Po vyplněni štěrbinového prostoru v upínací kostce 6. zalévací hmotou 2 a po ztuhnutí této zalévací hmoty 2 je lopatkový polotovar 1_ připraven k přesnému opracování svých konců v upínacím přípravku.In the first example, according to FIG. 1, a clamping block 6, according to FIG. No. 174,665, which in a further technological sequence serves as a technological pallet for the machining of both ends of this paddle blank in the fixture. The paddle 7 is loosely inserted into the cavity of the chuck 6 fixed in the embedding fixture, and is then fixed in the cavity by the spacing templates 2 and the locating templates 4. »2 on the support surface of the base 8. After filling the slot space in the chuck 6. with the casting compound 2, and after solidification of the casting compound 2, the paddle blank 7 is ready for precise machining of its ends in the fixture.

Na obr. 4 až obr. 12 je upínací přípravek znázorněn jako mechanický upínač 13 s plochými čelistmi. Podle obr. 4 a obr. 5 se na lopatkovém polotovaru 1_, přesně ustaveném upínací kostkou v mechanickém upínači 13. nejprve válcovou frézou 12 obvodově ofrézuje jeho kotvicí konec, načež se podle obr. 6 na tomto kotvicím konci čelní frézou 14 opracuje jeho čelo. Po natočení mechanického upinače 13 podle obr. 7 se na kotvicím konci lopatkového polotovaru _1_ válcovou frézou 12 opracují dva závěsové boky a podle obr. 8 se v těchto závěsových bocích profilovou frézou 15 vytvoří dva navzájem osově souměrné závěsové tvary, takzvaný stromeček.In Figures 4 to 12 the clamping fixture is shown as a flat-jaw mechanical clamp 13. According to FIGS. 4 and 5, the anchoring end is milled circumferentially on the blade blank 7 precisely positioned by the clamping bar in the mechanical fixture 13. By means of the milling cutter 12, its anchoring end is milled circumferentially. After turning the mechanical chuck 13 according to FIG. 7, two hinge sides are machined at the anchoring end of the blade blank 1 by the milling cutter 12, and according to FIG. 8 two hinge-shaped axially symmetrical hinge shapes are formed in these hinge sides.

Po vyfrézování závěsu se na lopatkovém polotovaru _1_ podle obr. 9 kotoučovou frézou 16 opracuje přechodové zaoblení mezi vyčnívající závěsovou částí a střední zalitou listovou částí, načež se podle obr. 10 po otočení mechanického upinače 13 čelní frézou 14 na volném konci lopatkového polotovaru J_ opracuje listové čelo. Poté se podle obr. 11 a obr.After the hinge has been milled, the transverse rounding between the protruding hinge part and the central potted leaf part is machined on the blade blank according to FIG. forehead. 11 and FIG.

,2 na tomto volném konci tvarovou frézou 17 vytvoří obvodový technologický pruh 1 9. který pod¹» obr. 13 sestává z fezetkovitého koncového profilového tvaru a z navazujícího výběhového přechodu. Dále se podle obr. 13 a obr. 14 na volném konci lopatkového polotovaru J_ z jeho žlábkové strany zaoblovací frézou 17 zhotoví koncové zahloubení, které je součástí obvodového technologického pruhu 1 9. čímž se na volném konci lopatky vytvoří koncový břit 20.2 at this free end by means of a milling cutter 17 forms a circumferential technological strip 19, which below ¹ ' FIG. Further, according to FIGS. 13 and 14, an end recess is formed at the free end of the blade blank 11 from its groove side with a rounding cutter 17, which is part of the circumferential technological strip 19, thereby forming an end lip 20 at the free end of the blade.

Upínací kostka £ se spolu s oboustranně koncově opracovaným lopatkovým polotovarem £ vyjme z mechanického upínaěe 13. ohřeje se na teplotu, potřebnou k vytavení zalévací hmoty 2, načež se z její dutiny uvolněný lopatkový polotovar £ vyjme.The clamping block 4 is removed from the mechanical clamp 13 together with the end-machined blade workpiece 6, heated to the temperature required to melt the casting compound 2, and the loosened blade workpiece 6 is removed from its cavity.

Pro opracování listové části ve druhé etapě se lopatkový polotovar £ podle obr. 15 oboustranně koncově upne v ustavovacím přípravku 21 pod první funkční část elektrody 24 elektrochemického obráběcího stroje, přičemž se jeho patkový konec ustaví v tvarovaném sklíčidle 22 a jeho volný konec spočívá hřbetní stranou obvodového technologického pruhu £2 na první dosedací ploše koncové opěry 23. Po elektrochemickém opracování žlábkové strany se lopatkový polotovar £ otočí okolo své podélné osy a v ustavovacím přípravku 21 se jeho listová část opět elektrochemicky opracuje na hřbetní straně. K elektrochemickému opracování hřbetní strany se patkový konec lopatkového polotovaru £ ve sklíčidle 22 přesune pod druhou funkční část elektrody 24. takže spočívá na druhé dosedací ploěe koncové opěry 23. V praxi ověem vzhledem k produktivitě bývá první i druhá funkční část elektrody 24 upravena pro současné opracování více lopatkových polotovarů £. Při první operaci elektrochemického opracování listové části je tedy každý lopatkový polotovar £ upnut za závěs a opřen o hřbetní stranu obvodového technologického pruhu £9 na volném konci, při druhé operaci elektrochemického opracování pak je upnut za závěs a opřen o koncové zahloubení na žlábkové straně obvodového technologického pruhu 19.For machining the leaf part in the second stage, the blade blank according to FIG. 15 is clamped on both sides in the locating tool 21 under the first functional part of the electrode 24 of the electrochemical machine tool, its bead end being aligned in the shaped chuck 22 and its free end rests After the electrochemical treatment of the groove side, the blade blank 6 is rotated about its longitudinal axis and in the locating tool 21 its leaf part is again electrochemically machined on the dorsal side. For the electrochemical treatment of the dorsal side, the foot end of the paddle blank 6 in the chuck 22 is moved below the second functional portion of the electrode 24 so that it rests on the second abutment surface of the end abutment 23. In practice, more paddle blanks £. Thus, in the first sheet electrochemical machining operation, each blade blank 6 is clamped by the hinge and is supported on the dorsal side of the circumferential technological strip 9 at the free end, in the second electrochemical machining operation it is clamped behind the hinge and supported on the end recess on the groove side. lane 19.

Po ukončeném elektrochemickém opracování listové části se ve třetí etapě odstraní vtokové a přechodové výstupky, povrch listové části se obrousí a vyleští a nakonec se provede konečné proměření a vizuální kontrola.After the electrochemical treatment of the leaf part is completed, the inlet and transition projections are removed in the third stage, the surface of the leaf part is ground and polished, and finally the final measurement and visual inspection is performed.

U druhého příkladu provádění způsobu výroby turbínových lopatek je v první etapě k upnutí výchozího lopatkového polotovaru £ opět využito upínací kostky podle československého AO č. 174 665. Také technologický sled dalších obráběcích operací v této první etapě je stejný jako u prvního příkladu, a to až po vytvoření obvodového technologického pruhu 19 na volném konci podle obr. 11 a obr. 12 a koncového břitu 20 podle obr. 13 a obr, 14.In the second embodiment of the method for producing turbine blades, the clamping block according to the Czechoslovak AO No. 174 665 is again used in the first stage for clamping the starting blade blank 6. Also, the technological sequence of further machining operations in this first stage is the same as in the first example. 11 and 12 and the end cutting edge 20 of FIGS. 13 and 14 have been formed.

Pro opracování listové části ve druhé etapě se lopatkový polotovar £ podle obr. 16 oboustranně koncově upne v ustavovacím přípravku 21 pod smykadlem 26 hoblovacího stroje, přičemž jeho patkový konec se v první upínací poloze ustaví v tvarovém sklíčidle 22 a jeho volný konec, který hřbetní stranou obvodového technologického pruhu 19 spočívá na první dosedací ploše koncové opěry 23, se upínkou 27 zajistí proti nadzvedávání řeznými silami. Po opracování žlábkové strany hoblovacím nástrojem 25 se lopatkový polotovar £ otočí a přesune do druhé upínací polohy, v níž je kotvicím koncem upnut ve sklíčidle 22 a volným koncem spočívá na druhé dosedací ploše koncové opěry 23. na níž je upínkou 27 zajištěn proti nadzvedávání.For the machining of the leaf part in the second stage, the blade blank according to FIG. 16 is clamped on both sides in the locating fixture 21 under the slide 26 of the planer, its bead end being fixed in the chuck 22 and its free end, The circumferential technological strip 19 rests on the first bearing surface of the end support 23, with the clamp 27 secured against lifting by cutting forces. After the groove side has been machined by the planer tool 25, the blade blank 6 is rotated and moved to a second clamping position in which it is clamped by the anchoring end in the chuck 22 and rests with the free end on the second abutment surface of the end abutment 23.

Ve třetí etapě se listová část obrousí a vyleští a nakonec se celá vyrobená turbínová lopatka znovu důkladně proměří a vizuálně zkontroluje.In the third stage, the leaf part is ground and polished, and the entire turbine blade produced is again thoroughly measured and visually inspected.

Zatímco u prvních dvou příkladů byl k upnutí výchozího lopatkového polotovaru £ použit jako upínací přípravek mechanický upínač 13 s upínací kostkou 6., která v první etapě umožňuje koncové opracování jak na běžných seřízených obráběcích strojích, tak na číslicově řízeném obráběcím centru, u třetího příkladu je k upnutí lopatkového polotovaru £ za listovou část podle obr. 2 a obr. 3 využito upínacího přípravku, vytvořeného jako hydraulický upínač 2· Tento hydraulický upínač 2 j® zůe součástí obráběcího centra. Střed ní listová část lopatkového polotovaru £ je v hydraulickém upínači 2 upevněna tvarovými čelistmi £0., 11 s využitím ne znázorněných ustavovacích pomůcek v přesně určené poloze. Po obvodovém ofrézovéní válcovou frézou £2 podle obr. 2 a obr. 3 se na kotvicím konci lopatkového polotovaru £ ofrézuje čelo. Frézování čela, jakož i další neznázorněné obráběcí operace první etapy se uskutečňují podobně jako u prvního příkladu. Elektrochemické opracování podle obr. 15 ve druhé etapě i dokončovací, měřicí a kontrolní operace ve třetí etapě pak se provádějí stejně jako u prvního příkladu.While in the first two examples, a mechanical fixture 13 with a clamping bar 6 was used as a fixture to clamp the starting blade workpiece 6, which in the first stage allows end machining on both conventional set-up machine tools and a numerically controlled machining center, in the third example 2 and 3, a clamping device designed as a hydraulic clamp 2 is used to clamp the blade workpiece 6 behind the leaf portion. This hydraulic clamp 2 remains part of the machining center. The central leaf part of the paddle blank 6 is fixed in the hydraulic clamp 2 by the shaped jaws 60, 11 using the not shown alignment means in a precisely determined position. After circumferential milling with a cylindrical milling cutter 52 according to FIGS. 2 and 3, the face is milled at the anchoring end of the paddle blank. The face milling as well as the first stage machining operations (not shown) are carried out similarly to the first example. The electrochemical treatment of FIG. 15 in the second stage as well as the finishing, measuring and inspection operations in the third stage are then carried out as in the first example.

Také u čtvrtého příkladu je v první etapě k upnutí výchozího lopatkového polotovaru J_ v obráběcím centru použito jako upínacího přípravku hydraulického upínače Při následujícím obvodovém frézování válcovou frézou 12 podle obr. 2 a obr. 3 se dalěi neznázorněné obráběcí operace první etapy provádějí stejně jako u třetího příkladu, hoblování listové části ve druhé etapě probíhá stejně jako u druhého příkladu podle obr. 16» Dokončovací, měřicí a kontrolní operace ve třetí etapě pak jsou prováděny stejně jako u prvního příkladu.Also in the fourth example, in the first stage, a hydraulic clamp is used as a fixture for the hydraulic clamp in the machining center in the machining center. In the following circumferential milling of the cylindrical milling cutter 12 according to FIGS. 2 and 3, the first stage machining operations not shown For example, the planing of the leaf part in the second stage proceeds as in the second example of FIG. 16. The finishing, measuring and inspection operations in the third stage are then carried out in the same way as in the first example.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

Method for producing blades, in particular blades for axial turbines and compressors, characterized in that the blade blank is clamped in the fixture by the leaf part, then a hinge is formed at the anchoring end of the blade blank and the blade blank is lengthwise adjusted, at this free end, at least one of the two sides of its leaf portion forms a technological strip, and then the paddle blank is clamped at both ends in the locating fixture while the leaf portion is machined.