CN104028983B - 一种枞树型叶根类汽轮机叶片制造工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种枞树型叶根类汽轮机叶片制造工艺，是通过以下步骤实现的：A,对叶片毛坯进行工艺头加工；B，以叶片毛坯的三顶针孔定位，使用夹具在加工时夹持工艺头，对叶片除叶根外各部进行粗加工和精加工，精加工时在叶冠一端加工出叶冠工艺基准，与叶根中间体组成一个大的空间定位面；C，采用铣叶根夹具，利用加工好的空间定位面进行定位，对叶片的叶根部位进行粗加工和精加工；D,对叶片汽道进行抛光。使用此加工方法，取消了传统的浇方箱工艺方法，降低了加工风险，并节约了成本。同时，不再采用以小面定位加工大面，而是以大面定位加工小面，大大提高了大型汽轮机叶片的制造精度，并确保了大面与小面间的位置精度。

Description

一种枞树型叶根类汽轮机叶片制造工艺
技术领域
本发明属于汽轮机叶片制造技术及其装置领域，具体而言是一种替代传统枞树型叶根类模锻叶片浇合金的制造方法。
背景技术
作为汽轮机的核心部件，叶片的制造是否合格直接影响汽轮机的效率，特别是随着材料科学的发展，汽轮机末级叶片的设计结构越来越复杂，尺寸越来越大，导致加工难度也越来越大。
汽轮机叶片的结构可分为叶根、汽道、叶冠三个部分，目前低压缸叶片的设计趋势为枞树型叶根结构。此类结构对叶根和叶冠的位置度要求非常高，变形过大不仅影响装配，还影响汽轮机机组效率。
针对大型低压枞树型叶根类模锻叶片，传统的制造技术，如中国专利CN103350213A，采用浇合金的方式以方箱定位，先加工叶根部位，并将其作为定位面，加工叶片其余部位。传统方法对方箱精度要求极高，而且叶根部位定位面非常小，其他待加工部位长度往往是叶根长度的数倍，往往微小的误差会造成后续加工的极大偏差，导致叶片无法正常加工，或者叶冠相对于叶根变形巨大。
发明内容
为了克服现有制造技术造成的大叶片制造成本高，叶片合格率低的不足，本发明提供一种新的制造技术，利用专门设计的夹具，先加工尺寸大的部位，最后加工尺寸小的叶根部位，能有效减少定位误差对叶片加工的影响，确保叶片的合格率。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：模锻毛坯来料后，首先利用毛坯原有三顶针孔进行定位，采用三顶针夹具进行夹持，对叶片毛坯进行粗加工和精加工，加工部位为除叶根外的所有部位，这样可以第一时间发现毛坯是否合格，避免继续加工带来的成本浪费。接着利用精加工制造的基准，以叶根中间体和叶冠工艺基准组成的大面进行定位，采用专门设计的铣叶根夹具，加工叶根齿形，叶片越大，大面基准误差对叶根的影响反而越小，不仅能够确保叶片有效加工成形，还能有效控制叶根相对于叶冠的位置度误差。
本发明的目的通过下述技术方案来实现：
一种枞树型叶根类汽轮机叶片制造工艺，是通过以下步骤实现的：
A,对叶片毛坯进行工艺头加工；
B，以叶片毛坯的三顶针孔定位，使用夹具在加工时夹紧工艺头，对叶片除叶根外各部进行粗加工和精加工，精加工时在叶冠一端加工出叶冠工艺基准，与叶根中间体组成一个空间定位面；
C，采用铣叶根夹具，利用加工好的空间定位面进行定位，对叶片的叶根部位进行粗加工和精加工；
D,对叶片汽道进行抛光。
所述步骤A中的叶片毛坯结构为模锻毛坯，所述叶根和叶冠带三顶针孔。在所述步骤A中分别在叶根和叶冠处各加工一个夹持工艺头。
在所述步骤B中，所述夹具为顶针夹具，通过毛坯的三个顶针孔实现对叶片毛坯定位和夹持，所述一号顶针夹具包括传动盘，垂直设置在传动盘上的螺柱，从上到下在螺柱上设置有螺母、压板，在所述螺柱的外侧设置有顶针，配合顶针、压板设置有垫片、螺钉，在加工时夹持加工好的叶根处的工艺头，二号顶针夹具夹持加工好的叶冠处的工艺头。
在所述步骤B中粗加工包括除叶片叶根部位外的所有部位，本步骤分2或3次进行，每次留有余量，并且进行去应力处理。
在所述步骤B中精加工包括叶根中间体，叶片汽道，叶片凸台，叶片叶冠，叶冠工艺基准。
所述铣叶根夹具包括叶根定位块、叶根主压头、叶根侧面压板、叶根辅助压板、叶根中间体定位块、底板、叶冠定位块、叶冠压板、叶冠侧面压板，所述地底板的一端垂直设置有叶冠定位块、叶冠侧面压板，所述叶冠压板位于叶冠定位块、叶冠侧面压板的上部，所述地底板的另一端设置有叶根中间体定位块、所述叶根中间体定位块两侧设置叶根侧面压板，所述叶根侧面压板上部设置叶根辅助压板、叶根主压头，所述叶根中间体定位块上设置有叶根定位块。
在所述步骤C中，所述的铣叶根夹具，以叶根中间体与叶冠工艺基准组成的面、叶根出汽侧、叶冠工艺基准侧面、叶根端面基准进行定位。
在所述步骤C中以铣或者磨的方式精加工叶根。
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、取消了传统的浇方箱工艺方法，降低了加工风险，并节约了成本。对叶片毛坯进行粗加工和精加工，加工部位为除叶根外的所有部位，这样可以第一时间发现毛坯是否合格，避免继续加工带来的成本浪费。
2、不再采用以小面定位加工大面，而是以大面加工小面，大大提高了大型汽轮机叶片的制造精度，并确保了大面与小面间的位置精度。利用精加工制造的基准，以叶根和叶冠基准组成的大面进行定位，采用专门设计的铣叶根夹具，加工叶根齿形，叶片越大，大面基准误差对叶根的影响反而越小，不仅能够确保叶片有效加工成形，还能有效控制叶根相对于叶冠的位置度误差。同时，采用空间组合大面定位加工小面，能减少叶片的制造变形，提高叶片的合格率。能替代传统枞树型叶根类模锻叶片浇合金的制造方法，不再使用方箱。可以应用火电、核电、燃机等枞树型叶根类、榫齿型叶根类汽轮机叶片。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是叶片基本结构图；
图2是铣叶根夹具结构图；
图3是顶针夹具结构图；
图4是顶针夹具工作状态示意图；
图5是叶片用于铣叶根夹具定位面位置示意图；
图6是铣叶根夹具工作状态示意图。
附图标记：1为叶片叶根、2为叶根中间体、3为叶片汽道、4为叶片凸台、5为叶片叶冠、6为叶冠工艺基准、7为叶根定位块、8为叶根主压头、9为叶根侧面压板、10为叶根辅助压板、11为叶根中间体定位块、12为底板、13为叶冠定位块、14为叶冠压板、15为叶冠侧面压板、16为传动盘、17为压板、18为螺母、19为顶针、20为螺柱、21为垫块、22为螺钉、23为一号顶针夹具、24为二号顶针夹具、25为叶根中间体出汽侧（虚线面）、26为叶根中间体进汽侧、27为叶根中间体内径向面、28为叶根中间体背径向面（虚线面）、29为汽道相贯面、30为叶根端面、31为叶冠工艺基准的出汽侧（虚线面）、32为叶冠工艺基准进汽侧、33为叶根工艺基准内径向面、34为叶根工艺基准背径向面（虚线面）。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
该技术方案的主要工艺路线步骤如下：
A，毛坯来料。
B,铣叶根和叶冠夹持工艺头。
C，粗铣除叶根外各部。利用三顶针孔定位，以集成加工的方式，粗加工叶片汽道型线及叶冠。
D，精铣除叶根外各部及工艺基准。利用三顶针孔定位，以集成加工的方式，精加工叶片汽道型线、拉筋、叶根中间体、叶冠以及叶冠工艺基准。
E，粗铣叶根型线。以前工序加工的叶根中间体和叶冠工艺基准定位，粗加工叶根。
F，精铣叶根型线。以前工序加工的叶根中间体和叶冠工艺基准定位，以铣或者磨的方式精加工叶根。
G，抛光。对叶片进行抛光，随后进入收尾完工阶段。
如图1所示，所述枞树型叶根类汽轮机叶片，包括叶片叶根1、叶根中间体2、叶片汽道3、叶片凸台4、叶片叶冠5、叶冠工艺基准6。
在所述步骤A毛坯来料中，毛坯结构为模锻毛坯，叶根和叶冠带三顶针孔。所述毛坯的叶根带两个顶针孔，叶冠带一个顶针孔。
在所述步骤B中，利用三顶针孔定位，在叶冠端面和叶冠冠端面加工夹持工艺头。
在所述步骤C中，利用图3所示的顶针夹具，采用三顶针孔辅助定位，夹紧步骤B加工的工艺头，对叶片进行粗加工。
粗加工包括除图1所示的叶片叶根部位外的所有部位，本步骤可以分2～3次进行，每次留不一样的余量，并且可以适当地进行去应力处理。以减少加工变形量。
在所述步骤D中，利用图3所示的顶针夹具，采用三顶针孔辅助定位，夹紧步骤B加工的工艺头，对叶片进行精加工。
精加工包括图1所示的叶片叶根部位外的所有部位，即图1中的：包括叶片叶根1、叶根中间体2、叶片汽道3、叶片凸台4、叶片叶冠5、叶冠工艺基准6。
如图3所示，一号顶针夹具包括传动盘，垂直设置在传动盘上的三根螺柱，从上到下在螺柱上设置有螺母、压板，所述传动盘上设置有两个顶针，所述顶针分别设置在螺柱的外侧，配合顶针、压板设置有垫片、螺钉。二号顶针夹具至少设置一个顶针。
如图4所示，顶针夹具是利用叶片毛坯上的三个顶针孔定位叶片的，在所述步骤C、D中，一号顶针夹具夹紧叶根处的工艺头，夹具上叶根端有两个顶针，二号顶针夹具夹紧叶冠处的工艺头，叶冠端有一个顶针，三个顶针形成稳定的三个定位点，分别对应叶片上叶根两个顶针孔及叶冠一个顶针孔，将叶片位置固定好。顶针主要起定位作用，定位好后，利用顶针夹具上的压板及螺钉，将叶片夹紧。
其中叶根中间体2与叶冠工艺基准6的相对尺寸要严格保证。
在所述步骤E中，利用步骤D加工的叶根中间体和工艺基准，再采用图2设计的铣叶根夹具，对叶根进行粗加工去余量。
在所述步骤F中，利用步骤D加工的叶根中间体和工艺基准，再采用图2设计的铣叶根夹具，对叶根进行精加工，精加工采用成型砂轮或者成型铣刀进行。
所述铣叶根夹具包括叶根定位块、叶根主压头、叶根侧面压板、叶根辅助压板、叶根中间体定位块、底板、叶冠定位块、叶冠压板、叶冠侧面压板，所述底板的一端垂直设置有叶冠定位块、叶冠侧面压板，所述叶冠压板位于叶冠定位块、叶冠侧面压板的上部，所述底板的另一端设置有叶根中间体定位块、所述叶根中间体定位块两侧设置叶根侧面压板，所述叶根侧面压板上部设置叶根辅助压板、叶根主压头，所述叶根中间体定位块上设置有叶根定位块。
所述步骤F中采用的铣叶根夹具，以叶根中间体、叶冠工艺基准、叶根出汽侧或进汽侧、叶根端面长度基准作为定位面，对叶片进行装夹。
如图5所示，叶片各部位被夹持、放置在铣叶根夹具上来实现装夹的。所述步骤E、F中使用的铣叶根夹具，在叶根和叶冠分别具有两个方向的定位面，两个方向是进出汽侧方向和内背径向面方向，其中叶根端的定位面在叶根中间体出汽侧25（虚线面）和叶根中间体背径向面28（虚线面）上，叶冠端的定位面在叶冠工艺基准的出汽侧31（虚线面）和叶冠工艺基准背径向面34（虚线面）上，叶冠一端的定位面可以根据具体情况进行确定。同时在叶根一端，以叶根端面30做长度方向的定位面，使用时，将叶片放于铣叶根夹具上，将叶根放置于叶根中间体定位块上，调整叶片位置，使得叶片的工艺基准在洗叶根夹具上与定位面贴死（间隙＜0.03mm）。再利用压板和螺钉，分别压紧叶冠工艺基准进汽侧32和叶冠工艺基准内径向面33，压紧叶根中间体进汽侧26和叶根中间内径向面27，辅助压紧汽道相贯面29。压紧后，对叶根进行加工。
另外，也可以以叶冠的工艺基准进汽侧32、叶冠工艺基准内径向面33、叶根中间体进汽侧26、叶根中间内径向面27作为定位面，以叶根中间体出汽侧25（虚线面）、叶根中间体背径向面28（虚线面）、叶冠工艺基准的出汽侧31（虚线面）、叶冠工艺基准背径向面34（虚线面）作为压紧面，对叶根进行加工。
所述步骤E、F采用的基本原理是，以叶根中间体和叶冠工艺基准组成一个大面，以大面进行定位，加工叶根型线。
由于大面是叶根型线的十数倍，大面微小的误差对叶根的误差影响相应缩小十数倍，能有效地确保叶片的汽道和叶冠相对于叶根的位置关系。
浇合金的方法先加工叶根型线，以叶根型线作为定位面，加工其余部位，叶根部位的微小误差会放大十数倍，造成叶片变形大，叶冠相对于叶根位置度差，甚至在粗加工的时候毛坯就会缺肉，造成废品。
本发明的加工效果要由于传统的浇合金工艺方法。
在所述步骤G中，对叶片汽道进行抛光，随后进行铣总长及其他完工工序。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (8)

1.一种枞树型叶根类汽轮机叶片制造工艺，其特征在于是通过以下步骤实现的：
A,对叶片毛坯进行工艺头加工；
B，以叶片毛坯的三顶针孔定位，使用夹具在加工时夹紧工艺头，对叶片除叶根外各部进行粗加工和精加工，精加工时在叶冠一端加工出叶冠工艺基准，与叶根中间体组成一个空间定位面；
C，采用铣叶根夹具，利用加工好的空间定位面进行定位，对叶片的叶根部位进行粗加工和精加工；所述铣叶根夹具包括叶根定位块、叶根主压头、叶根侧面压板、叶根辅助压板、叶根中间体定位块、底板、叶冠定位块、叶冠压板、叶冠侧面压板，所述底板的一端垂直设置有叶冠定位块、叶冠侧面压板，所述叶冠压板位于叶冠定位块、叶冠侧面压板的上部，所述底板的另一端设置有叶根中间体定位块、所述叶根中间体定位块两侧设置叶根侧面压板，所述叶根侧面压板上部设置叶根辅助压板、叶根主压头，所述叶根中间体定位块上设置有叶根定位块；
D,对叶片汽道进行抛光。
2.根据权利要求1所述的一种枞树型叶根类汽轮机叶片制造工艺，其特征在于：所述步骤A中的叶片毛坯结构为模锻毛坯，所述叶根和叶冠带三顶针孔。
3.根据权利要求1所述的一种枞树型叶根类汽轮机叶片制造工艺，其特征在于：在所述步骤A中分别在叶根和叶冠处各加工一个夹持工艺头。
4.根据权利要求1所述的一种枞树型叶根类汽轮机叶片制造工艺，其特征在于：在所述步骤B中，所述夹具为顶针夹具，通过毛坯的三个顶针孔实现对叶片毛坯定位和夹持，一号顶针夹具包括传动盘，垂直设置在传动盘上的螺柱，从上到下在螺柱上设置的螺母、压板，在所述螺柱的外侧设置的顶针，配合顶针、压板设置的垫片、螺钉，在加工时夹持叶根处的工艺头，二号顶针夹具夹持叶冠处的工艺头。
5.根据权利要求1所述的一种枞树型叶根类汽轮机叶片制造工艺，其特征在于：在所述步骤B中粗加工包括除叶片叶根部位外的所有部位，本步骤分2或3次进行，每次留有余量，并且进行去应力处理。
6.根据权利要求1所述的一种枞树型叶根类汽轮机叶片制造工艺，其特征在于：在所述步骤B中精加工包括叶根中间体，叶片汽道，叶片凸台，叶片叶冠，叶冠工艺基准。
7.根据权利要求1所述的一种枞树型叶根类汽轮机叶片制造工艺，其特征在于：在所述步骤C中，所述的铣叶根夹具，以叶根中间体与叶冠工艺基准组成的面、叶根出汽侧、叶冠工艺基准侧面、叶根端面基准进行定位。
8.根据权利要求1所述的一种枞树型叶根类汽轮机叶片制造工艺，其特征在于：在所述步骤C中以铣或者磨的方式精加工叶根。
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