燃气轮机轮盘数控加工技术浅析

学术论文 2018-06-08 16:05:12
  1. 概述 
  燃气轮机是一种先进而复杂的成套动力机械装备,是典型的高新技术密集型产品。作为高科技的载体,燃气轮机代表了多理论学科和多工程领域发展的综合水平,是21世纪末的先导技术。发展集新技术、新材料、新工艺于一身为燃气轮机产业,是国家高技术水平和科技实力的重要标志之一,具有十分突出的战略地位。该研制盘件是燃气轮机压气机上的关键零件,在压气机上起到关键作用,该零件研制成功对制造者而言意义重大。 
  2. 轮盘概述 
  燃气轮机轮盘结构复杂,集榫槽、窄槽、封严篦齿、套齿、螺纹、轴、内腔、斜孔、小孔等于一体,在发动机压气机转子上起关键作用。该研制件所有的车削加工均采用数控车床完成,利用数控车床的加工精度高,进刀量准确来保证难以测量的表面:第一面约100长度轴上有与轴承相配合的表面,依靠轴外侧直径φ129螺纹与螺母相配。在辐板下部有一封严篦齿,齿深是历来所加工的篦齿最深的,而且突出的篦齿下端形成的狭窄型腔,加工时选择合理走刀路线和刀具来完成加工。盘的榫槽长度长,它的总厚度为104mm,榫槽的整体形状较大,为了保证加工质量,精心排列拉刀及选择合理加工的参数。 
  3. 零件的工艺性分析 
  一般情况下来料为毛料锻件状态。(1)去除毛坯余量,加工表面粗糙度为Ra1.60,供超声波探伤使用,并且考虑给超声波探伤留有至少比零件单面尺寸大3mm~4mm的盲区;(2)超声波探伤;(3)去除大部分(大约3mm)余量,即细车两面;(4)腐蚀检查、消除应力热处理;(5)精车一、二面,形成零件最终车加工尺寸及技术条件要求;(6)加工槽、孔等钻、铣、钳加工。 
  该轮盘来料为精化料,在入厂之前已经最终热处理并经超声波探伤检验合格,因此无需考虑毛料粗加工。为确保零件内部无缺陷,在加工前做第二次超声波探伤检验。精化料来料虽是半精毛料,但粗糙度一般在Ra3.20,因此在探伤工序之前增加两道见光工序。探伤合格后进行细车两面工序,在余量为1mm时进行腐蚀检查和稳定处理。零件辐板表面粗糙度要求为Ra0.80,精车两型面之后进行抛光两面的抛光工序。因榫槽与23均布孔有角向关系,因此在拉榫槽之前将23-φ8.2孔加工完成,其中一个孔加工成φ8.2+0.03用做拉槽定位用。在拉榫槽工序之后完成插花键、斜孔、螺纹孔、端面凸台、轴向槽等,最后进行静平衡工序,标记不平衡量。 
  4. 轮盘的数控加工 
  4.1 型面的数控车加工 
  轮盘的敞开式型面属易加工型面,使用正常的车削参数即可完成加工,该件辐板处车加工选用转数S=55r/min,进给f=0.2mm/r,加工内孔选择转数S=48r/min,进给f=0.2mm/r。轮盘结构较复杂的一面,设计加工路线和方案,其中共使用7种类型刀片,在美国车铣加工中心完成加工。首先加工盘件端面、外圆等测量使用基准部位,基准加工辐板,因辐板部位有一处篦齿结构,不能一次加工完成辐板,故辐板部位分为两次走刀完成;该加工面狭窄沟槽结构较多,有卡圈槽深10mm,宽2.5mm、篦齿与辐板根部开成上沟槽,槽深12mm,最窄处4mm;篦齿下部与小轴连接处形成U形槽,槽深13mm,最窄处6mm,该些结构的加工均需要使用专用刀具首先去除槽余量,将槽形打开,然后再进行槽的加工,特别需要注意的是加工狭窄槽形的排屑问题,狭窄槽形排屑一定不顺畅,若加工的刀具和零件本身刚性好的窄槽排屑不畅倒造成打刀,严重者影响槽的尺寸,若加工刀具和零件本身结构的刚性差,比如加工该盘件篦下部与小轴边接处形成的槽,会造成刀具本身的变形和零件变形,将槽尺寸直接加工超差甚至将零件报废,故在加工该槽时除了选用适合的加工参数外,必须解决刀具刚性和加工中排屑问题,加工过程应在操作者监控过程中完成;加工卡圈槽发,因刀具宽度与槽宽相近,采用直接扎槽加工,为使排屑顺畅,在加工1/3槽深处退刀排屑然后重新进刀加工,解决排屑问题。 
  为保证篦齿的加工,加工步骤分两步,第一步用槽刀粗扎篦齿去除大部分余量,第二步通过篦齿轮廓走刀完成加工。在粗扎步骤中,每刀去除余量约1mm~1.5mm,给精加工留有约1mm余量,每刀进给0.2mm~0.5mm,分3次走刀加工完篦齿轮廓。 
  首次使用美国数控车铣中心加工螺纹,指令G21循环加工,每次进刀量0.1mm。 
  4.2 零件的铣削加工 
  轮盘卡圈槽不是连续的环面,是由23个凸耳构成,同时在零件第一面短轴上有三处槽,使用铣加工加工中心工作台压紧零件,一次装夹完成铣凸耳和轴向槽的加工,节省夹具同时提高加工效率。 
  5. 轮盘榫槽的拉削 
  轮盘榫槽属于大尺寸榫槽,拉削该槽共安排19把拉刀,其中最后一把拉刀为全型备用拉刀。前13号拉刀为开槽拉刀,后5把拉刀为拉削槽型拉刀,由于榫槽形状较大,拉刀向外沿的部分较多,因此拉刀的刚性较差,拉削过程中极易出打刀现象。为避免打刀现象的出现,现场选用拉削速度在4mm/min~5mm/min。 
  结语 
  燃气轮机轮盘的研制加工及顺利交付意义重大,它是对生产能力的有力说明,我们对复杂型面的数控加工有了更多的加工经验,对今后的类似件加工有更多的参考依据,对提高整体生产能力意义重大。
上一篇气电混合动力节能汽车的现状及前景 下一篇利用废旧支架改造超前支护支架技..