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2015产品创新数字化征文:带总长凸台隔板静叶的三维工艺设计

2015/11/2    来源:e-works    作者:陆爱群  董欣欣      
关键字:隔板静叶  总长凸台  总长圆锥面  三维造型  加工工艺  
针对带总长凸台隔板静叶的结构进行分析,制定工艺方案以及实施的具体步骤,对加工工艺中所涉及的模型、夹具和测具进行三维造型,使工艺中的内容以虚拟现实的方式仿真出来,从而大幅度提高设计质量。

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0 前言

    隔板是汽轮机静子部分的重要部件,带总长凸台隔板静叶通过总长圆锥面上的凸台与隔板焊接成一体,相邻两个静叶及隔板内外环之间形成汽道,导流蒸汽进入动叶,推动转子,从而将蒸汽的热能转换为机械能。

    隔板静叶加工的关键是型面与总长的加工,其中总长尺寸关系到装配质量,型面精度和波纹度直接影响到汽道的截面积和蒸汽的流动速度。为了保证隔板静叶的成品质量,采用三维工艺设计,对叶片加工工艺中所涉及的模型、夹具和测具进行三维造型,在技术准备阶段营造一个加工过程的仿真环境,可以提前发现可能出现的问题,提高工艺设计的质量。

1 结构特点

    带总长凸台隔板静叶主要由叶根锥面、叶身型面、叶顶锥面三部分组成,叶身型面为变截面直叶片,叶根和叶顶总长为带有凸台的圆锥面,出汽边厚度一般为0.5mm左右。整个零件主要部位都是曲面,叶身是空间曲面,总长相对于型线坐标系是圆锥面或斜锥面。

图1 带总长凸台隔板静叶结构图

图1 带总长凸台隔板静叶结构图

    叶身型面的每档型线的弦宽、最大厚度和出汽边厚度影响零件的结构强度和寿命;进汽边的形状、内背弧型面的波纹度均影响汽流的进入和流动,从而影响汽流做功;内弧1/3和背弧2/3及出汽边这段型面区域的线轮廓度更为重要,因为由这些区域形成汽流的喉道,也就是两个静叶及隔板内外环之间形成的最小通道面积,该面积是决定蒸汽流向动叶的方向、流量和动力,也是决定汽轮机效率的关键之一。

2 三维工艺设计过程

    毛坯的选用决定着加工工艺的方向,这种叶片是变截面直叶片,叶根和叶顶处的型线的大小落差很大,而且整个零件都是曲面,没有一个规则的平面或柱面,很难在零件本体上找到加工基准,只能选用模锻毛坯,并且在毛坯上打三中心孔;冷加工采用三中心孔定位加工型面;总长是带有凸台的圆锥面,不能采用线切割一次加工到位,采用先线切割粗加工,再四轴卧加精加工的方式。

    主要工艺路线是:叶片模锻→叶身综合铣→线切割总长→铣总长圆锥面及凸台。

    2.1 叶片模锻

    按叶片重心确定叶片加工的回转中心,以此为基础对锻件和相应的模具进行三维造型,锻造后打三中心孔,作为加工基准。

    2.1.1 冷热交接

    在设计锻件毛坯前,热加工工艺人员要先与冷加工工艺人员做冷热交接,以确定毛坯是否合理,便于加工。

    冷热交接的具体内容是:型面内背弧包络2—3mm;总长按成品的大小头最外点向两端延伸15mm左右;根据重心原则确定三中心孔的位置,也就是叶顶单中心孔的中心线尽量靠近叶片重心,叶片回转加工时就比较稳定,叶根两中心孔的孔距尽量选用标准孔距,这样就可以选用通用回转铣夹具和三坐标测具;另外还有很重要的一点就是,确定轴向定位线,以前是采用内背划线的形式,现在采用直接在毛坯上设计一条半圆形带状突起,这是为了数控铣叶身型面时作对线基准用。

图2 冷热交接示意图

图2 冷热交接示意图

    冷热交接的重点是确定三中心孔的位置:叶顶单中心孔的坐标(相对于原坐标系的偏移值),叶根两中心孔的孔距和旋转角度。这些需要根据叶片造型反复调整,才能确定理想的参数,在二维软件中比较麻烦,也不直观,而在三维软件中,利用参数化驱动可以快速准确得到理想的数值。

责任编辑:郝秋红
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