水轮机典型零部件的制造工艺导水机构底环顶盖导叶轴孔

能源与环境学院热能与动力工程水轮机典型零部件的制造工艺第二节导水机构主要零部件的加工

导水机构是水轮机的重要部件，它的作用是调节水轮机的水量和截断水流，并为进入水轮机的水流建立必要的环量。导水机构包括顶盖、活动导叶、底环、控制环及导叶传动机构等。

一、底环的加工1、底环加工及装配图2、底环加工主要工序名称及说明1、车1）夹工件右端外圆（底面），以抗磨板端面找平，以已加工内孔找圆，夹紧；

车成左端面，注意保证抗磨板厚度；车成端面上环槽符图；车成左端外圆，车成抗磨环内孔尺寸，各处倒角符图；2）配焊在左端外圆均布六块工艺搭子，按示意图与顶盖配车搭子尺寸，保证总间隙为0.1～0.3；3）车一组等高垫块，工件翻面吊放于等高块上，找正，夹紧；

车成右端各尺寸符图；2、划1）、划工件X—Y十字中心线，引至四周，作标记；2）、划各螺纹孔，光孔及导叶孔加工线。3、钻预钻各孔4、钳1）、清理各加工表面，去毛刺；2）、将底环右端（底部）向下吊放于车床工作台上，底部用千斤顶支撑，夹外圆，找正内孔及左端面。在底环左端面上均布几块等高块，厚度不大于10mm，吊顶盖于底环工艺搭子止口内，注意保证两工件上X－Y线对齐，找正顶盖与底环同心，同心度控制在0.04mm范围内；（见下图）3）用6～8组工艺螺杆及搭压板将顶盖与底环把紧，复查同心度；4）焊牢顶盖、底环成一体。5、镗1）、将顶盖、底环组合件吊装于镗床弯板上，找正顶盖导叶孔端面与镗轴垂直，压紧；2）、以顶盖端导叶轴孔找正，逐一配镗顶盖、底环各导叶轴孔符合图纸要求。6、钳1）、拆压板、螺杆；2）、割去工艺搭子，打磨修光焊点。7、镗1）、按图逐一镗底环上各导叶轴孔止口孔符图；2）、镗各光孔符图；3）、镗各螺纹孔底孔，钳配攻丝。8、划以导叶轴孔为基准划与座环连接的螺孔加工线；9、钻钻连接孔。10、钳1）、攻丝；2）、去毛刺。11、漆按技术要求涂漆。二、顶盖的加工一、顶盖的结构特点二、材料及毛坯

HT200、ZG20MnSi、Q235、1Cr18Ni9Ti

整体铸造（小型机组）

组焊（大、中型）三、工艺分析

背面四、工艺准备及过程五、工艺设计实例

1、车

1）、夹工件左端外圆（顶盖上面），以抗磨板端面及已见光外圆找正，夹紧；车成右端面，保证抗磨板的厚度；车成端面上环槽；车成外圆及基准B面；车成内孔；车各处倒角符合图纸要求。2）、工件翻面，按已加工平面、圆面找正，夹紧；车其余各尺寸符合图纸要求。2、划1）、划工件X—Y十字中心线，作标记；2）、划导叶轴孔加工线；3）、划H向平面加工线，共六处。3、镗1）、工件用弯板装夹，按线找正，粗镗各导叶孔，单边留5mm余量；2）、工件平放于工作台，按线找正，以最小加工量镗成H向六处平面。4、钳去各处毛刺。5、配镗（同底环加工工序5）1）、将顶盖、底环组合件吊装于镗床弯板上，找正顶盖导叶孔端面与镗轴垂直，压紧；2）、以顶盖端导叶轴孔找正，逐一配镗顶盖、底环各导叶轴孔符合图纸要求。6、钳（同底环加工工序6）1）、拆压板、螺杆；2）、割去工艺搭子，打磨修光焊点。7、划1）、以X—Y中心线为基准：划连接孔加工线；划螺孔加工线；划锥销孔加工线等。2）、分别以各导叶轴孔为基准：划导叶套筒连接孔。8、钻钻各光孔、螺孔，各孔口倒角符图。9、钳1）、钳钻攻导叶套筒连接孔符图；2）、去各处毛刺，对测压孔过丝；3）、钳装各配合件，其中压环不得高出顶盖平面；4）、参与导水机构预装，与导叶套筒配销。10、漆按技术要求涂漆。六、加工中要注意的问题1、防止加工过程中的变形；2、要用标准平面检查顶盖下平面的变形；3、注意异种材料的加工及抗磨板的加工。三、顶盖与底环导叶轴孔的加工工艺

导叶轴孔的加工是顶盖与底环加工过程中的重要工序，一般在顶盖与底环的平面及圆面精车之后进行。其加工的方法有：

1、划线同镗法这种方法适用于轴孔位置要求不高，而同轴度要求较高的情况。

1）、钻床上镗底环轴孔要点：先划出顶盖上的导叶轴孔线，按孔线在镗床上精镗出顶盖轴孔，然后将顶盖放在底环上，按X、Y线和工艺定位止口定位，使顶盖和底环同心，以平面找平后，再按顶盖轴孔找正，镗或扩铰底环轴孔。适用：小型机组的加工

2）、在镗床上同镗轴孔2、号孔、单镗法

要点：先划出顶盖轴孔加工线，在镗床上单镗顶盖轴孔，然后将顶盖平放在底环上，找正同心，用专用号孔工具按顶盖轴孔号划出底环轴孔线，如图8－21所示，再将底环拆成两半，在镗床上按平面找正工件，按孔线找正镗杆，单镗底环轴孔。要求：号孔要准确，单镗底环前按线找正精度要高。

适用：轴孔中心位置和同轴度要求不太高的大中型中低水头的机组的加工中。3、镗模单镗法

要点：这种方法就是自制一个镗孔模，镗模上孔的中心位置度按顶盖、底环轴孔中心位置的设计要求加工。镗模的两个平行平面上设有与顶盖、底环配合的止口。顶盖底环镗孔时，都按规定方向装上这个镗模，用这个镗模找正镗孔。这种方法的关键是镗模刚性要好。因此镗模坯料要用铸件，并应消除应力退火，粗加工后需作自然时效或人工时效处理方可精加工。至于镗模上各孔位置精度保证并不十分困难。适用情况：由于镗模费用较高，大镗模制造困难，因此一般只适用于机组台数为两台以上，尺寸较小的机组（D1≤2.5m）。这种方法的最大优点是顶盖、底环可分别互换。4、立车同镗或单镗法工艺要点：1）先精车好顶盖。2）精车底环，并车出顶盖、底环工艺定位止口。3）吊装顶盖叠放在底环上，按X、Y线和工艺止口定中心、压紧。4）用带镗头的立刀架或大型立式镗床同镗两件轴孔，如图8－22所示。或只同镗出找正孔，拆开两半后上镗床按找正分别打表找正、单镗。适用：这种方法所镗孔同轴度精度高，主要适用于大型机组。条件：立车立刀架必须带镗头附件或有大型立式镗床。立车花盘应具有精密分度装置，如没有，就需自己设置简单精密分度装置。缺点：是轴孔中心找正困难，找正时花盘转动速度应极低，如没有极低转速，在只能靠手动盘车（花盘如没有极低转速，电动点车用作微动很困难）。5、在顶盖上装轴孔定位环，按定位环找正同镗轴孔

要点：其工艺与上述在立车上镗孔一样，也需要有带镗头的垂直刀架，只是按定位环找正镗孔中心。定位环事先装设于顶盖每个轴孔位置，由钳工调定好中心位置并固定。定位环有很高的中心位置度。如操作困难，或刀架刚性差，顶盖下轴孔和底环轴孔只镗出找正孔，拆开后再上镗床按找正孔打表找正进行单镗。这种方法装设定位环主要是为了提高轴孔中心位置精度。如果立车垂直刀架刚性不足，可只用此法先精镗顶盖轴孔，然后在顶盖轴孔中装刀杆定位套，加强刀杆稳定性，再镗底环轴孔找正孔。这个方法还可作如下改变：先用装定位环的方法在立车或镗床上单镗出顶盖轴孔，再将顶盖底环平叠在一起，找平工件，装刀杆定位套，在大型横臂钻床上镗底环轴孔找正孔，类似如图8－19所示，再拆开单镗。必须注意的是顶盖轴孔、定位套和刀杆三者之间的配合精度必须很高，所用刀杆与镗头主轴之间应用万向接头连接。6、在花盘可精密分度的立车上单镗

条件：该方法所用立车的花盘必须具有高精度的大型分度装置，垂直刀架应可附装镗头。要点：顶盖、底环中的任一件在精车后即在平面上确定第一个孔的中心，用立刀架镗头镗孔，镗完第一个孔后刀架不动，由花盘精密分度装置控制第二个至最后一个孔的位置。依次精镗全部轴孔以后，刀架仍然不动，换另一件吊到花盘上找平找正，就可用同法精镗全部轴孔。

优点：由于精镗顶盖、底环时刀架在同一位置，刀架镗头旋转中心至工件中心距离一致，分度精度又高，所以单镗后的轴孔中心位置是一致的。

适用：任何机组的顶盖底环。如果连续加工数台机组的顶盖、底环，则顶盖底环还可分别实现互换。7、在立式镗床上同镗或单镗

要点：将回转工作台吊放在立式镗床工作台上，找平。再将顶盖或底环吊放在回转工作台上，找平工件，找正工件与转台同心，就可镗孔了（图8－23）。轴孔中心位置可由划线确定。如精度要求高，可用分度定位套定位并同镗，或用具有高精度分度机构的回转工作台。如回转工作台没有分度装置，在可设置分度工艺块或分度销。

优点：这种方法所镗轴孔同轴度和中心位置都比较高，同镗、单镗均可。

条件：必须具备立车镗床和尺寸相当的回转工作台。

适用：这种方法只适用于小机组的加工中。8、用大型两坐标或三坐标数控联动镗床精镗

优点：用此方法所镗孔的位置精度高；

条件：需要X坐标和Y坐标数控联动的大型镗床，加工费用高。

适用：一般只用于轴孔位置精度要求很高的机组。这种镗床可以是卧式的，也可以是立式的。四、圆柱形导水机构导叶的制造1、导叶结构A、由导叶体、上轴和下轴三部分组成。B、毛坯：整体铸造，铸焊结构，铸锻焊结构，焊锻焊结构。C、导叶结构特点：几何形状不成轴对称，偏重较大，导叶瓣体在水平和垂直方向时所具有的刚性相差较大。2、导叶的制造要求

材质、加工精度和表面粗糙度。3、导叶的加工方法（1）尺寸精度：用试切法；（2）叶型精度：（3）导叶轴心线正确位置的保证措施：（4）导叶轴颈和瓣体端面加工方法：

a、普通车削方法

b、旋风切削

（5）导叶头尾部密封立面的加工方法及精度保证措施：（6）导叶和导叶臂结合面销孔的加工：

五、圆柱形导水机构导叶加工实例1、供导叶体组焊坯2、划线：以导叶体的型线为基准划叶型中心线及两端轴的十字中心线，并检查两端轴的加工余量3、镗：打两端的中心孔4、粗车：采用一夹两顶车成导叶的轴颈及导叶体的两端轴5、划线：以两端轴颈中心为精基准，划导叶体型线加工线，并检查导叶体型线的加工余量6、刨：按划线找正，压紧工件，刨出导叶体型线两端部位7、粗打磨退刀部位8、刨：按划线找正，压紧工件，刨