汽轮机叶片制造工艺过程

1、轴流式蒸汽轮机动叶片制造工艺简述 摘要：介绍了汽轮机等截面直叶片、自由成型叶片、有成型规 律叶片汽道加工的毛坯制造、型面加工工艺过程，并介绍了五联 动加工中心的基本特点，简单说明了汽轮机叶片几种特种加工方 法的基本原理。关键字：汽轮机动叶片 毛坯制造加工工艺特种加工一：汽轮机简介汽轮机是将蒸汽的能量转换为机械功的旋转式动力机械，是蒸汽动力 装置的主要设备Z-O主要用作发电用的原动机，也可直接驱动各种 泵、风机、压缩机和船舶螺旋桨等。还可以利用汽轮机的排汽或中间 抽汽满足生产和生活上的供热需要。汽轮机是一种高温高压高速旋 转的机械，尤其对于发电用汽轮机来说，又是大功率输岀地原动力机 械，所以设计

2、要求汽轮机具有高效率，高安全可靠性，而且可调性要 好。目前我国发电用汽轮机以300600MW居多，体积庞人，结构精细复 朵。由于多级轴流式汽轮机绝热焙降大，能够充分利用蒸汽的热能， 因此绝人多数为发电用汽轮机均为多级轴流式汽轮机。汽轮机本体主要由转动部分和静止部分两个方面组成。转子包括主轴、 叶轮、动叶片和联轴器等。静了包括进汽部分、汽缸、隔板和静叶栅、 汽封及轴承等。因此汽轮机的制造工艺主要为上述部件的制造工艺。 汽轮机制造工艺的特点为：属单件生产，生产期长，材料品种多，材 料性能要求高，零件种类多，加工精度高，设备要求高，操作技能要 求高，机械加工工种齐全，设计冷热工艺且面广，检测手段齐备

3、要求 高，计量设备、测量工具齐全而且要求高采用专门工装多。轴流式蒸汽轮机动叶片制造工艺1:叶片的结构静叶片一般由工作部分和安装部分组成动叶片一般由叶根、叶型部分和叶顶三部分组成2：叶片的工作条件及材料选择叶片的工作条件复杂，除因高速旋转和气流作用而承受较高的静应力 和动应力外，还因其分别处在过热蒸汽区、两相过渡区、和湿蒸汽区 段内工作而承受高温、高压、腐蚀和冲蚀作用。因此叶片的材料要满 足以下要求：良好的常温和高温机械性能、良好的抗蚀性、良好的减震性、和一定 的耐磨性良好的冷热加工性能。叶片的常用材料有：（1）：珞不锈钢1G13和2Crl3属于马氏体耐热钢，它们除了在室 温和工作温度卜具有足够

4、的强度外，还具有高的耐蚀性和减振性，是 世界上使用最广泛的汽轮机材料。（2）：强化型俗不锈钢 弥补了 lCrl3型铅不锈钢热强性较低的缺点, 在其中加入钮、钩、锐、锯、硼等。（3）：低合金珠光体耐热钢用于制造工作温度在450C以下中压汽 轮机各级动叶片和静叶片。（4）：铝合金和钛合金 其密度小、耐蚀性高，用于制造大功率汽轮 机末级长动叶片。3：叶片的毛坯制造（1）：叶片常用的毛坯形式1）方钢毛坯包括静叶片方钢毛坯和动叶片方钢毛坯2）铸造毛坯铸造静叶片静叶片在强度等级上要求相对较低，允许使用铸造毛坯3）锻造毛坯 包括动叶片的模锻毛坯、静叶片的模锻毛坯、高速锻毛 坯和精锻毛坯4）轧制毛坯5）爆炸成

5、形毛坯4：叶片气道型面加工工艺叶片加工质量的高低直接影响着汽轮机的工作性能，叶片型面的加工 量约占叶片加工量的1/2。叶片型面分截面型线不变的直叶片型面和 截面沿叶高变化的扭曲型面。1、等截面直叶片加工1.1动叶片（1）钏接围带动叶片加工：由于内弧是由R组成的型线，加工可用 普通铳床加圆柱铳刀来完成，采用卧刀法，铳刀直径D二2R。当汽道 高度l70mm时，可采用捅铳加工以提高加工精度、光洁度及刀具 寿命。捅刀设计成1:100倒锥，直线部分为68 mmo钏接围带动叶片加工工艺流程普通机床型面机床X/ / 自带围带动叶片：采用卧刀法。但铳刀轴径受到围带高度的限制, 如果铳刀轴径过小，叶片设计应修改

6、，使围带向背弧方向偏移。自带围带动叶片加工工艺流程1.2导叶片冲孔围带导叶片与浇铸孔导叶片可采用同一种方法加工汽道。毛坯形 式：生产批量大用模锻毛坯、生产批量小用扁钢。多件合并下料可提 高生产效率、降低成本。用型线铳刀加工内弧和背弧。机床为普通卧 铳床，叶片内眩线应水平（与机床工作台平行），使得切削加工及铳 刀设计最佳。2、有成型规律叶片汽道加工2.1斜铳叶片加工加工方法：普通卧铳床、专用夹具及型线铳刀。叶片斜铳结构线与机 床工作台纵向进给方向一致，型线铳刀从叶顶向叶根方向吃刀。2. 2斜铳加靠模叶片加工加工方法：卧式液压仿形铳床、专用夹具、靠模板加型线铳刀。叶片 的A-A、B-B截面间的一段

7、斜铳结构线与机床工作台纵向进给方向一 致，在机床进给过程中垂直方向液压仿形铳头在特定的靠模板做上、 下仿形运动来满足分段方向吃刀。2.3扭曲叶片加工方法：普通卧铳床、专用夹具、回转装置、靠模尺加型线铳刀。 通过用夹具、回转装買使叶片回转轴线与机床工作台纵向进给方向 相同。在机床进给的同时叶片绕回转轴线根据转率旋转与铳刀型线共 同形成空间曲面。回转装置：由固定支座、回转体、齿轮及齿条组成。回转体回转中心 线与机床工作台纵向进给相同，同时与叶片回转中心线重合（夹具固 定在回转体上）。齿轮固定在回转体并通过齿条带动其旋转。齿条一 端装有滚轮沿靠模尺做靠模运动。3、自由成型叶片加工3.1普通立式数控机

8、床夹具：设计时保证叶片XOZ平面水平，且Z轴指向机床纵向进给方向。加工内弧Y轴指向工作台面，背弧Y轴指向工作台上方。刀具：球头铳刀（优选镶硬质合金刀片的刀具）。加匸方式：横向扫描和纵向扫描。抛光量：0.030.04 mm （波谷处）。3. 2普通卧式数控铳床夹具:使叶片XOZ平面与机床工作台平行，且Z轴指向工作台纵向。X轴指向工作台面。铳刀：普通0 2030直径圆柱立铳刀。加工方法：拉铳与横向扫描相结合。3.3五联动加工中心五联动加工中心是目前最为先进的叶片汽道加工专用设备。由于全部 采用硬质合金刀具，高速切削（70001 0000转/min）,而且该机床 设讣性能允许人余量切削（即粗加工去余

9、量），所以工效可成倍提高。切削方式：五联动可使刀具始终处于最佳切削状态，且切削力最小。 由于刀尖切削，又由于工件进给方向保证主切削力始终沿型面方向, 即叶片刚性较好方向，所以工件弹性变形小。现在使用五联动数控型面铳床主要加工自带围带动叶片的扭曲型面, 数控型面铳床运用外倾角方法进行切削，用样条曲线连接整个型面上的空间坐标点，从而完成型面加工。在数控型面铳床上，经一次装夹， 使用标准刀具便町除去内背弧和进出汽边的余量，精铳内背弧型面和 叶顶，叶根连接处。高机组效率，人部分叶片型面设计成截面沿叶高 变化的扭曲型面。按传统工艺，扭曲型面的加工较为复杂，一般需 12道工序，需配备人量夹具、成型铳刀、内

10、背弧型线样板等工装， 技术准备工作周期长，加工效率低。现在，上海汽轮机厂使用瑞士 STARRAG-RIGID公司的NXT55和NX-154和LECHTI公司的五联动数 控型面铳，经一次装夹使用标准刀具去除内背弧和进出汽边余量，精 铳内背弧型面和顶、根部连接处，一道工序可取代传统工艺的12道 工序，效率提高10倍以上，同时可省去大量夹具、成型铳刀和型线 样板，缩短了技术准备周期。型面粗加工采用ISCAR八角形刀片(0EMT 060405AER-76 IC928),主偏角为45度，可转位八个刃切削。它抗冲 击力强，刀盘的容屑槽空间人，出屑方便，适用于粗加工，尤其对高、 中压叶片中很难加工的2Crl

11、2NiMoWV-5 (C422)马氏体耐热不锈钢材 料，效率明显提高，是一般刀片的4-5倍。5：叶根的机械加工工艺叶根是叶片的主要装配部位，它的加工精度决定着装配质量，并直接 影响着汽轮机的安全运行和效率。常用的叶根有T型、菌型、叉型、 枫树型等，叶根的加工工艺过程如下：卜表为某300MW汽轮机末级动叶片加工工艺工序号工序名称加工内容1备料毛坯为模锻件，叶片型面单面余量5mm厚度公差6 lmm叶根单面余量6mm叶顶留工艺头毛坯需在制造厂钻三顶针中心孔2浇注低熔点合金块浇注低熔点合金3铳叶根及叶顶基准面加工叶根端面、叶根两侧面、内背径向面、叶顶基而及中心孔4拆卸合金定位块脱掉方箱，回收低熔点合金

12、5粗精铳叶根型线粗精铳叶根型线6粗精铳气道型1.气道型面面2. 拉筋凸台3. 内背弧圆角r?校形校弯，校扭8高频感应加热淬火进气边淬火硬化9粗精铳叶根型线粗铳、半精铳、精铳10钻叶根销孔叶根三销孔加工6：叶片加工中的特种加工技术特种加工方法是指区别于传统切削加工方法，利用化学、物理(声、 光、电、热、磁)或电化学方法对工件材料进行加工的一系列加工方 法的总称。1) 电解加工电解加工是利用金属在电解液中产生阳极溶解的电化学原理对工件 进行成形加工的一种方法。工件接直流电源正极，工具接负极，两极 Z间保持狭小间隙(0. lmm0. 8mm)。具有一定压力(0.5MPa2. 5MPa) 的电解液从两

13、极间的间隙中高速15m/s-60m/s)流过。当工具阴极向 工件不断进给时，在面对阴极的工件表面上，金属材料按阴极型面的 形状不断溶解，电解产物被高速电解液带走，于是工具型面的形状就 相应地“复印”在工件上。其优点有：1, 电解加工的刀具-工具电极制造比较容易，工具几乎无耗损2, 可不受材料加工性能的影响3, 成型精度高，重复精度也高4, 加工效率高，一次可直接完成两个型面的加工，校模次数可减 少3/4,和仿形铳相比可提高效率56倍5, 光洁度高，叶片无毛刺，从而减轻了对叶片出汽边圆角的钳工 修整量6, 废品率很低7, 电解后的叶片重量均一，为转子平衡提供了方便2）电火花成型加工电火花加工是在

14、液体介质中进行的，机床的自动进给调节装置使工 件和工具电极Z间保持适当的放电间隙，当工具电极和工件Z间施 加很强的脉冲电压（达到间隙中介质的击穿电压）时，会击穿介质 绝缘强度最低处。由于放电区域很小，放电时间极短，所以，能量 高度集屮，使放电区的温度瞬时高达1000012000 C,工件表面 和工具电极表面的金属局部熔化、甚至汽化蒸发。局部熔化和汽化 的金属在爆炸力的作用下抛入工作液中，并被冷却为金属小颗粒， 然后被工作液迅速冲离工作区，从而使工件表面形成-个微小的凹 坑。一次放电后，介质的绝缘强度恢复等待下一次放电。如此反复 使工件表面不断被蚀除，并在工件上复制出工具电极的形状，从而 达到成

15、型加工的目的。具有以下特点：1, 脉冲放电的能量密度高，便于加工用普通的机械加工方法难于加 工或无法加工的特殊材料和复朵形状的工件。不受材料硬度影响，不受热处理状况影响。2, 脉冲放电持续时间极短，放电时产生的热量传导扩散范围小，材料受热影响范围小。3, 加工时，工具电极与工件材料不接触，两者之间宏观作用力极小。 工具电极材料不需比工件材料硬，因此，工具电极制造容易。4, 可以改革工件结构，简化加工工艺，提高工件使用寿命，降低工 人劳动强度。3）高频感应焊接高频，是相对于50Hz的交流电流频率而言的，一般是指50KHz 400KHZ的高频电流。高频电流通过金属导体时，会产生两种奇特的 效应：集

16、肤效应和邻近效应，高频焊接就是利用这两种效应来进行焊 接的。4）激光强化激光表面强化:用激光向零件表面照射加热，在极短时间内，零件表 面极薄层就达到相变或熔化温度，从而使表面性能提高。5）电火花强化从而使表面性能提高。脉冲电减电火花强化是以直接放电的方式向零件表面提供能量，并使之转化为 热能和其它形式的能量，以达到改变表层化学成分和金相组织的冃的,电火花强化原理参见左图：R：限流电阻；C：储能电容器组成电火花强化设备的最基本 部件是脉冲电源和振动器。前者供给瞬时放电能量；后者使电极振动 并周期地接触工件当电极棒（焊条）在工作表面旋转，当某些部位间 隙很小时，使主机放电回路形成通路。在他们相互接

17、触的微小区域瞬 时流过电流，电流密度可达到105106A/cm2,而放电时间仅10一610-5秒，由于放电能量在时间上和空间上高度集中，在放电微小的区 域内产生了约8000C10000C的高温，使该区域的局部材料高能离 了化，电极棒（焊条）在等离了冶金状态下高速转移到工件表面，并 扩散进入到工件表层，形成冶金型牢固结合的沉积层。主机电源放电 周期为10-310-】秒，高频率的放电和电极棒（焊条）在工件表面的 高速旋转扫描，可实现大面积高效率的沉积涂层。4） 喷砂喷砂是采用压缩空气为动力，以形成高速喷射束将喷料（铜矿砂、石英砂、金刚砂、铁砂、海南砂）高速喷射到需要处理的工件表面，使工件表面的外表面的外表或形状发生变化，由于磨料对工件表面 的冲击和切削作用，使工件的表面获得一定的清洁度和不同的粗糙 度，使工件表面的机械性能得到改善，因此提高了工件的抗疲劳性， 增加了它和涂层之间的附着力，延