现代汽轮机叶片型面制造技术的探究

现代汽轮机叶片型面制造技术的探究

曾敬平

东方汽轮机有限公司叶片分厂 618000

摘要：叶片是构成汽轮机的核心部件，其质量直接影响着汽轮机的工作效率和使用周期，所以工作人员必须要对汽轮机叶片的制造环节进行严格监督与管理。本文将对现代汽轮机叶片型面在制造过程中所需要的技术和设备进行简要分析，并提出切实可行的制造方案。

关键词：现代汽轮机；叶片型面；制造技术；工艺方案

现如今随着数控技术的不断进步与发展，机械加工方法也相应在进步，与世界上先进国家相比，我国机械零部件的生产加工工艺仍旧相对落后，这也在一定程度上对我国机械行业的发展带来了不利影响。汽轮机叶片的加工质量直接取决于加工方法，这也就要求技术人员必须能够对机械加工工艺技术进行创新研究，促使技术不断升级。本文将以汽轮机叶片型面制造技术为例，具体展开研究和分析。

一、现代汽轮机叶片型面制造技术的相关基本内容

（一）发展背景

现如今，在各种先进技术的支持下，我国的工业规模日渐扩大并且发展态势迅猛，经济建设的快速发展也使得市场对机械零部件的采购需求日益增加。特别是对于汽轮机设备来说，因为这是我国绝大多数发电厂所需要的核心驱动装置之一。[1]汽轮机应用在发电设备中需要长时间连续运转，所以必须切实保障汽轮机的可靠质量，叶片是汽轮机的核心部件，叶片的质量直接关系着汽轮机的最终使用质量，所以在生产过程中必须不断提升叶片的生产技术，切实保障叶片的质量能够满足最终发电厂的使用需求，叶片加工质量最为核心的又是型面，因此对型面机床及制造技术的应用问题进行深入研究有着十分重要的经济意义和社会意义。

（二）型面机床

在科学技术不断进步的背景中，汽轮机厂的叶片加工工厂也将工作重心放在了优化机床设备的使用功能、提升流水线作业速度上来。在传统的叶片型面加工制作中，机床生产都是依靠模铣的方式进行运作，现如今在先进技术的支持下已经可以实现机床生产的同时多轴联动加工，这主要与型面机床型号有关，针对汽轮机叶片型面加工的专用数控设备越来越多，法拉利、力西提等设备是国外较为先进的设备，同时也出现一些提高生产效率的多线加工机床，如NX系列型面机床是最为常用的机床型号，此款型号可以同时加工五个叶片，极大程度地提高了叶片型面加工制作的效率。

（三）型面制造技术

与其他机械设备的叶片形状相比，汽轮机的叶片型面相对特殊，其表面结构呈现出明显的扭曲特征，这也就使得传统的施工平面图根本不能将这些扭曲特征全面真实的体现出来，所以需要技术人员利用计算机建立三维模型，如此才能实现叶片型面加工制造的高质量、高效率完成。在制作三维模型时，技术人员必须对叶片型面扭曲的光顺性进行重点关注，这也就要求技术人员能够选择更加先进的应用工具和制造技术。现阶段，“STURZ”铣削技术是我国汽轮机叶片制造厂最为常用的叶片型面制造技术，在此种技术的支持下，球头刀的切削点可以沿着球头向后移动，因此可在一定程度上使得切削的线速度得到有效提高，使得切削条件适当放宽，并高质量地完成叶片的型面制造。[2]

二、现代汽轮机叶片型面制造技术的具体应用方法

（一）建立叶片的加工模型

在制造现代汽轮机叶片型面时，技术人员应该结合不同汽轮机的型号特点，对叶片的实际生产参数进行精准设置，主要包括叶片的宽度、长度、厚度等详细数据，并以精准的数据为基础绘制叶片加工的三维立体模型。因为汽轮机叶片表面具有明显的扭曲特征，技术人员也要根据叶片的形状特点，利用专业的设计软件搭建叶片的仿真模型，并利用仿真模型对汽轮机叶片在使用过程中可能出现的问题进行提前演示。例如具体测试汽轮机因断电而骤停、在长时间的运转状态下叶片的磨损与老化等详细数据，最终分析出汽轮机叶片在加工环节过程中所需要关注的重点和要点，当然这也需要技术人员制定出详细的叶片制造方案，并细化工作流程，确保汽轮机叶片型面制作能够有条不紊地顺利进行。

（二）具体的加工制造流程

在汽轮机叶片型面正式加工制作之前，工作人员一定要全面检查数控机床设备的实际性能，并作出全面的检测和保养，同时对设备进行必要的试运行操作，确保在正式加工时设备能够安全生产，并能保证叶片加工精度。与此同时，工作人员也要严格控制叶片的制作材料，通常情况来说汽轮机叶片都以不锈钢钢材为主，那么就需要技术人员能够对钢材的质量进行全面检测，确保钢材的性能参数满足汽轮机叶片的制造条件和汽轮机的实际需求。在确定了钢材型号后，工作人员首先要对材料和机床进行彻底清洗，避免对叶片加工生产带来不利影响。现阶段数控机床大多具有智能化和自动化的功能，大多采用集成加工方案，所以工作人员在进行叶片切削和叶片加工时，无需对叶片材料进行重复固定，只需在加工之初确保叶片位置准确稳固即可，数控机床会进行材料的自动输送，这极大地提高了流水线的生产效率。不仅如此，数控机床还可以完成许多基础性的切削工作，工作人员将叶片布置好后，只需对数控机床输入相应的操作指令，就可得到经过粗加工的叶片，然后可利用专业的设备和工具来对细节进行调整，确保叶片的最终加工质量符合汽轮机的实际使用需求。

（三）操作的相关注意事项

现如今数控机床是汽轮机叶片型面加工制造的主要设备，所以要求叶片加工工厂的工作人员必须具备专业的数控机床操作能力，能够充分利用数控机床的先进性完成汽轮机型面的加工制造。与此同时，工作人员也要具备一定的随机应变能力，能够及时采取有效措施来处理叶片型面在加工制造过程中所产生的突发问题，并且能够对汽轮机叶片型面加工制造的各项参数进行严格审查，特别是要对叶片扭曲角度引起足够关注。并且应该结合数控机床的实际状况定期更换切割工具，避免因刀头过钝影响切削效果。

（四）叶片加工需考虑的几点因素

首先，技术人员一定要确定“STURZ”角度，确保叶片在加工过程中能够受力良好，最大程度地降低因叶片振动而产生的变形，而且精准“STURZ”角度，也可有效避免在切削过程中刀具与叶片产生碰撞的问题；其次，为了避免刀具发生过切问题，技术人员要尽量选择具有较大直径的刀具，如此可有效降低波峰度，并使得切削效率得到进一步提高；再次，技术人员也要选择合理的A步进增量来对曲面的粗糙度进行确定，如下图1所示，通过调节A值的大小，可以对曲面的粗糙精度产生直接影响。通常情况来说，需要将A值缩小，如此可有效提高叶片型面的制作质量，但是却会在一定程度上增加加工时间和刀具的轨迹长度，因此需要工作人员在实践中不断总结经验和教训，找到更加合适的手工抛光余量，获得最佳A值，如此才可在保证叶片加工质量的同时提高加工效率。^[3]

图1刀具进步增量A的选择

三、现代汽轮机叶片型面制造的工艺方案

首先，技术人员需要利用63的可转换硬质合金面铣刀，将叶片内背弧绝大部分的余量进行去除，所使用的具体刀具和加工内容、加工时间如下表所示。

表1 加工程序示例

其次，用32的可转换硬质合金铣刀，将内弧余量彻底去除干净，然后对叶片型面进行粗铣，同时预留0.5mm的余量进行精铣；再次，叶根、围带连接处的粗铣用16整体硬质合金锥度球头进行加工，然后用15带R1的立铣刀，精铣叶片型面留0.1mm的余量；最后，根据叶片模型的R大小，选用12整体硬质合金锥度球头铣刀完成对叶根、围带连接处的精铣，并且修正型面与叶片中间体的R6相接部分。

综上所述，汽轮机叶片型面加工制作直接影响着叶片加工质量，进而影响汽轮机的最终使用质量和使用性能，所以要求技术人员必须能够对现有的加工技术进行创新与升级，从源头上保证型面加工的精准度和可靠性，促使叶片形面得到精细加工。这也就要求技术人员在进行叶片斜面加工时必须能够选择更为适合的应用工具和应用技术，并且对数控程序设计进行完善，在实践过程中不断挖掘出汽轮机叶片加工制造的新工艺和新思路。

参考文献：

[1]张迪. 汽轮机叶片材料1Cr13钢电火花线切割表面质量研究[D].青岛科技大学,2010.

[2]杨洋. 叶片锻件工艺余块智能设计技术研究[D].江南大学,2016.

[3]郑帅. 整体叶盘型面新型开式砂带磨削工艺技术及实验研究[D].重庆大学,2016.