CN112077546A - 一种无冠模锻棕树叶根型叶片加工方法 - Google Patents
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Abstract
一种无冠模锻棕树叶根型叶片加工方法，它涉及汽轮机叶片加工技术领域。本发明为解决现有模锻棕树叶根型叶片加工时，顶针孔与叶根基准转换,一致性差,容易引起装夹不稳定，导致叶片汽道型线精度不高，一致性差的问题。加工方法包括加工叶片毛坯；精加工工艺夹柄；粗加工叶片；精加工叶片；检测叶片；叶根加工；叶根检验；切断工艺头；加工叶顶。本发明用于模锻棕树叶根型叶片的加工。
Description
技术领域
本发明涉及汽轮机叶片加工技术领域，具体涉及一种无冠模锻棕树叶根型叶片加工方法。
背景技术
目前，加工的模锻棕树型叶片均采用浇方箱、加工叶根、打顶针孔、加工汽道的工艺路线，此工艺方法存在的问题是以方箱定位铣叶根，再以方箱定位进行顶针孔加工，顶针孔与叶根型线之间的位置关系存在基准转换，导致尺寸偏差大，叶片加工汽道时采用数控加工，夹紧叶根齿形，顶叶冠顶针孔，顶针与叶根夹具同时施力，容易引起叶片变形，叶片汽道型线精度不高，一致性差，需要改进。
发明内容
本发明为了解决现有模锻棕树叶根型叶片加工时，顶针孔与叶根基准转换,一致性差,容易引起装夹不稳定，导致叶片汽道型线精度不高，一致性差的问题，进而提出一种无冠模锻棕树叶根型叶片加工方法。
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：
一种无冠模锻棕树叶根型叶片加工方法包括如下步骤：
步骤一：加工叶片毛坯：利用锻造方法对坯料进行毛坯加工，根据图纸尺寸，各面预留加工余量，在叶顶端面加工工艺头，在叶顶工艺头的端面上沿叶片结构中心线打一个叶顶顶针孔，叶根端面加工工艺夹柄，在叶根工艺夹柄的端面上沿叶片结构中心线打一个叶根中心顶针孔，且在叶根中心顶针孔的两侧分别各对称打一个叶根侧顶针孔；
步骤二：精加工工艺夹柄：采用四轴联动数控机床，通过叶根端夹具上的两个顶尖分别顶紧两个叶根侧顶针孔，通过机床自带顶尖顶紧叶顶顶针孔顶紧叶片，精加工叶根工艺夹柄与内径向平行的两个表面；
步骤三：粗加工叶片：采用四轴联动数控机床，通过叶根端夹具上的顶尖顶紧两个叶根侧顶针孔，通过机床自带顶尖顶紧叶顶顶针孔顶紧叶片，同时夹紧步骤二加工出的叶根工艺夹柄，粗加工叶顶工艺头、叶片汽道、叶根锥面、中间体内径向面、中间体背径向面、中间体进汽侧、中间体出汽侧及叶根凸台，根据图纸尺寸，各面预留加工余量；
步骤四：精加工叶片：采用五轴联动数控机床，以叶根中心顶针孔、叶顶顶针孔顶紧叶片，夹紧步骤二加工出的叶根工艺夹柄，将叶顶工艺头、叶片汽道、叶根锥面、中间体内径向面、中间体背径向面、中间体进汽侧、中间体出汽侧及叶根凸台精加工至图纸尺寸，叶顶工艺头进汽侧与中间体进汽侧位于同一平面，叶顶工艺头内径向面与中间体内径向面位于同一平面，并在叶顶工艺头的端部加工出一平面；
步骤五：检测叶片：精加工后的叶片采用三坐标测量，以中间体内径向、中间体进汽侧、叶顶工艺头端部的平面为测量基准；在中间体内径向取三点，三点分散布置在中间体内径向上，在叶片中间体进汽侧取两点，两点分散布置在中间体进汽侧上，在叶顶工艺头端部的平面上取一点，一点居中在叶顶工艺头端部的平面上，通过此六点建立叶片检测坐标系，检测叶片汽道、叶根锥面、中间体内径向面、中间体背径向面、中间体进汽侧、中间体出汽侧及叶根凸台的各尺寸及轮廓度；
步骤六：叶根加工：采用五轴联动卧式数控铣床，通过铣叶根夹具装夹，用中间体内径向面、中间体进汽侧，叶顶工艺头内径向面、叶顶工艺头进汽侧、叶顶工艺头的端部的平面定位，在中间体出汽侧、叶顶工艺头出汽侧搭压板夹紧叶片，一次装夹加工出叶根端面、叶根齿形及叶根凹槽；
步骤七：叶根检验：叶根齿形首件加工后，采用三坐标进行检测，以叶根齿形、中间体进汽侧为基准，在中间体进汽侧上选取三点，在叶根中间齿内径向侧选一点，中间齿的下斜面对称各选一点，通过此六点建立叶片检测坐标系，建完坐标系后，在叶根齿形每齿最外端，每齿下斜面处各选3-4个点进行最佳拟合，拟合完成后测量汽道型线，验证叶根加工精度；
步骤八：切断工艺头：以叶根背齿形、叶根进汽侧、靠近叶顶端面3-5mm处的汽道背弧型线定位，在叶根内齿形、叶根出汽侧、汽道内弧侧搭压板夹紧叶片，锯断叶顶工艺头，预留精加工余量；
步骤九：加工叶顶：定位夹紧方式同步骤八，按照图纸尺寸精铣叶顶圆弧和叶顶减薄处。
本发明与现有技术相比包含的有益效果是：
本发明在毛坯设计时，在叶冠部位及叶根部位增加工艺夹头，以顶针孔定位，夹具装夹工艺夹柄，采用五轴机床加工汽道型线、叶片径向面，进出汽侧，并在汽道顶部加工辅助定位面及长度基准，设计专用夹具用于叶根齿形、凹槽加工。通过改变模锻棕树型叶片工艺路线，缩短此类叶片加工周期，大大节约了叶片加工成本。五轴机床加工及叶根专用夹具的使用提高叶片加工精度及一致性，使模锻棕树型叶片加工质量得到很大提升。
通过工艺方法的改进，通过改变模锻棕树型叶片工艺路线，缩短此类叶片加工周期，大大节约了叶片加工成本。单级按装机数80只叶片节约方箱等工装成本约5万元，节约加工成本3万元，节约浇方箱、脱方箱、打定针孔工序等中间工序周期15天。减少中间工序公差累积的影响，锻棕树型叶片加工精度及一致性，得到很大提升。
附图说明
图1是本发明中完成加工叶片毛坯后的主视图；
图2是本发明中完成加工叶片毛坯后的局部剖视图；
图3是本发明中完成加工叶片毛坯后的俯视图；
图4是本发明中精加工工艺夹柄后的主视图；
图5是图4中的A-A向剖视图；
图6是图5中的P向旋转视图；
图7是本发明中粗加工叶片后的主视图；
图8是本发明中粗加工叶片后的俯视图；
图9是本发明中粗加工叶片后的左视图；
图10是本发明中精加工叶片后的主视图；
图11是本发明中精加工叶片后的俯视图；
图12是本发明中精加工叶片后的左视图；
图13是图12中的S-S向剖视图的旋转视图；
图14是本发明中检测叶片时建立坐标系过程中的主视图；
图15是本发明中检测叶片时建立坐标系过程中的侧视图；
图16是本发明中检测叶片时建立坐标系过程中的俯视图；
图17是本发明中叶根加工后的主视图；
图18是本发明中叶根加工后的俯视图；
图19是本发明中叶根加工后的叶根的侧视图；
图20是本发明中叶根检验时建立坐标系过程中的主视图；
图21是本发明中叶根检验时建立坐标系过程中的叶根的侧视图；
图22是本发明中叶根检验时建立拟合过程的示意图；
图23是本发明中加工完成后叶片的主视图；
图24是本发明中加工完成后叶片的俯视图；
图25是本发明中加工完成后叶片的左视图；
图中实心圆点标示建立坐标系时的选取点。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1至图25说明本实施方式，本实施方式所述一种无冠模锻棕树叶根型叶片加工方法包括如下步骤：
步骤一：加工叶片毛坯：利用锻造方法对坯料进行毛坯加工，根据图纸尺寸，各面预留加工余量，在叶顶端面加工工艺头，在叶顶工艺头的端面上沿叶片结构中心线打一个叶顶顶针孔，叶根端面加工工艺夹柄，在叶根工艺夹柄的端面上沿叶片结构中心线打一个叶根中心顶针孔，且在叶根中心顶针孔的两侧分别各对称打一个叶根侧顶针孔；
步骤二：精加工工艺夹柄：采用四轴联动数控机床，通过叶根端夹具上的两个顶尖分别顶紧两个叶根侧顶针孔，通过机床自带顶尖顶紧叶顶顶针孔顶紧叶片，精加工叶根工艺夹柄与内径向平行的两个表面；
步骤三：粗加工叶片：采用四轴联动数控机床，通过叶根端夹具上的顶尖顶紧两个叶根侧顶针孔，通过机床自带顶尖顶紧叶顶顶针孔顶紧叶片，同时夹紧步骤二加工出的叶根工艺夹柄，粗加工叶顶工艺头、叶片汽道、叶根锥面、中间体内径向面、中间体背径向面、中间体进汽侧、中间体出汽侧及叶根凸台，根据图纸尺寸，各面预留加工余量；
步骤四：精加工叶片：采用五轴联动数控机床，以叶根中心顶针孔、叶顶顶针孔顶紧叶片，夹紧步骤二加工出的叶根工艺夹柄，将叶顶工艺头、叶片汽道、叶根锥面、中间体内径向面、中间体背径向面、中间体进汽侧、中间体出汽侧及叶根凸台精加工至图纸尺寸，叶顶工艺头进汽侧与中间体进汽侧位于同一平面，叶顶工艺头内径向面与中间体内径向面位于同一平面，并在叶顶工艺头的端部加工出一平面；
步骤五：检测叶片：精加工后的叶片采用三坐标测量，以中间体内径向、中间体进汽侧、叶顶工艺头端部的平面为测量基准；在中间体内径向取三点，三点分散布置在中间体内径向上，在叶片中间体进汽侧取两点，两点分散布置在中间体进汽侧上，在叶顶工艺头端部的平面上取一点，一点居中在叶顶工艺头端部的平面上，通过此六点建立叶片检测坐标系，检测叶片汽道、叶根锥面、中间体内径向面、中间体背径向面、中间体进汽侧、中间体出汽侧及叶根凸台的各尺寸及轮廓度；
步骤六：叶根加工：采用五轴联动卧式数控铣床，通过铣叶根夹具装夹，用中间体内径向面、中间体进汽侧，叶顶工艺头内径向面、叶顶工艺头进汽侧、叶顶工艺头的端部的平面定位，在中间体出汽侧、叶顶工艺头出汽侧搭压板夹紧叶片，一次装夹加工出叶根端面、叶根齿形及叶根凹槽；
步骤七：叶根检验：叶根齿形首件加工后，采用三坐标进行检测，以叶根齿形、中间体进汽侧为基准，在中间体进汽侧上选取三点，在叶根中间齿内径向侧选一点，中间齿的下斜面对称各选一点，通过此六点建立叶片检测坐标系，建完坐标系后，在叶根齿形每齿最外端，每齿下斜面处各选3-4个点进行最佳拟合，拟合完成后测量汽道型线，验证叶根加工精度；
步骤八：切断工艺头：以叶根背齿形、叶根进汽侧、靠近叶顶端面3-5mm处的汽道背弧型线定位，在叶根内齿形、叶根出汽侧、汽道内弧侧搭压板夹紧叶片，锯断叶顶工艺头，预留精加工余量；
步骤九：加工叶顶：定位夹紧方式同步骤八，按照图纸尺寸精铣叶顶圆弧和叶顶减薄处。
本实施方式中，步骤一中各面预留3mm加工余量；步骤三中叶根工艺夹柄两表面平行度≤0.1mm；步骤三中粗加工给精加工留量：进汽侧、内径向1mm，其余各面留量0.5-1.5mm；步骤四中精加工叶顶工艺头，限定进出汽侧宽度尺寸公差±0.05，内背径向厚度公差±0.05，限定公差的作用是加工过程中通过游标卡尺、千分尺等通用工装监测工艺头尺寸，间接监测叶顶端汽道档位处型线轮廓度，并在叶顶工艺头的端部加工出一平面，用于三坐标测量长度基准，及后序加工的长度基准，以保证各序加工基准的一致性。
具体实施方式二：结合图1至图25说明本实施方式，本实施方式所述步骤一中，叶顶工艺头进汽侧与中间体进汽侧毛坯面位于同一平面，叶顶工艺头内径向面与中间体内径向面毛坯面位于同一平面。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1至图25说明本实施方式，本实施方式所述步骤一中，叶顶工艺头底部端面与叶顶最高点之间的距离为10mm。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：结合图1至图25说明本实施方式，本实施方式所述步骤一中，叶顶工艺头的高度为20mm。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式三相同。
具体实施方式五：结合图1至图25说明本实施方式，本实施方式所述步骤一中，叶顶工艺头的形状为菱形。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：结合图1至图25说明本实施方式，本实施方式所述步骤一中，两个叶根侧顶针孔之间的距离为45mm，步骤二中，叶根端夹具上的两个顶尖之间的距离为45mm。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式一、二、四或五相同。
具体实施方式七：结合图1至图25说明本实施方式，本实施方式所述步骤二中，加工后叶根工艺夹柄的厚度为29mm。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式一相同。
具体实施方式八：结合图1至图25说明本实施方式，本实施方式所述步骤四中，叶顶工艺头端部加工出的平面的宽度为7mm。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式一、二、四、五或七相同。
具体实施方式九：结合图1至图25说明本实施方式，本实施方式所述步骤六中，装夹时用平板同时压在中间体内径向及叶顶工艺头内径向上，并在平板上搭上压板，保证装夹稳定。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式一相同。
如此设计以防止加工过程中带料。
具体实施方式十：结合图1至图25说明本实施方式，本实施方式所述步骤八中，预留的精加工余量为2mm。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式一相同。
虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。
Claims (10)
1.一种无冠模锻棕树叶根型叶片加工方法，其特征在于：所述加工方法包括如下步骤：
步骤一：加工叶片毛坯：利用锻造方法对坯料进行毛坯加工，根据图纸尺寸，各面预留加工余量，在叶顶端面加工工艺头，在叶顶工艺头的端面上沿叶片结构中心线打一个叶顶顶针孔，叶根端面加工工艺夹柄，在叶根工艺夹柄的端面上沿叶片结构中心线打一个叶根中心顶针孔，且在叶根中心顶针孔的两侧分别各对称打一个叶根侧顶针孔；
步骤二：精加工工艺夹柄：采用四轴联动数控机床，通过叶根端夹具上的两个顶尖分别顶紧两个叶根侧顶针孔，通过机床自带顶尖顶紧叶顶顶针孔顶紧叶片，精加工叶根工艺夹柄与内径向平行的两个表面；
步骤三：粗加工叶片：采用四轴联动数控机床，通过叶根端夹具上的顶尖顶紧两个叶根侧顶针孔，通过机床自带顶尖顶紧叶顶顶针孔顶紧叶片，同时夹紧步骤二加工出的叶根工艺夹柄，粗加工叶顶工艺头、叶片汽道、叶根锥面、中间体内径向面、中间体背径向面、中间体进汽侧、中间体出汽侧及叶根凸台，根据图纸尺寸，各面预留加工余量；
步骤四：精加工叶片：采用五轴联动数控机床，以叶根中心顶针孔、叶顶顶针孔顶紧叶片，夹紧步骤二加工出的叶根工艺夹柄，将叶顶工艺头、叶片汽道、叶根锥面、中间体内径向面、中间体背径向面、中间体进汽侧、中间体出汽侧及叶根凸台精加工至图纸尺寸，叶顶工艺头进汽侧与中间体进汽侧位于同一平面，叶顶工艺头内径向面与中间体内径向面位于同一平面，并在叶顶工艺头的端部加工出一平面；
步骤五：检测叶片：精加工后的叶片采用三坐标测量，以中间体内径向、中间体进汽侧、叶顶工艺头端部的平面为测量基准；在中间体内径向取三点，三点分散布置在中间体内径向上，在叶片中间体进汽侧取两点，两点分散布置在中间体进汽侧上，在叶顶工艺头端部的平面上取一点，一点居中在叶顶工艺头端部的平面上，通过此六点建立叶片检测坐标系，检测叶片汽道、叶根锥面、中间体内径向面、中间体背径向面、中间体进汽侧、中间体出汽侧及叶根凸台的各尺寸及轮廓度；
步骤六：叶根加工：采用五轴联动卧式数控铣床，通过铣叶根夹具装夹，用中间体内径向面、中间体进汽侧，叶顶工艺头内径向面、叶顶工艺头进汽侧、叶顶工艺头的端部的平面定位，在中间体出汽侧、叶顶工艺头出汽侧搭压板夹紧叶片，一次装夹加工出叶根端面、叶根齿形及叶根凹槽；
步骤七：叶根检验：叶根齿形首件加工后，采用三坐标进行检测，以叶根齿形、中间体进汽侧为基准，在中间体进汽侧上选取三点，在叶根中间齿内径向侧选一点，中间齿的下斜面对称各选一点，通过此六点建立叶片检测坐标系，建完坐标系后，在叶根齿形每齿最外端，每齿下斜面处各选3-4个点进行最佳拟合，拟合完成后测量汽道型线，验证叶根加工精度；
步骤八：切断工艺头：以叶根背齿形、叶根进汽侧、靠近叶顶端面3-5mm处的汽道背弧型线定位，在叶根内齿形、叶根出汽侧、汽道内弧侧搭压板夹紧叶片，锯断叶顶工艺头，预留精加工余量；
步骤九：加工叶顶：定位夹紧方式同步骤八，按照图纸尺寸精铣叶顶圆弧和叶顶减薄处。
2.根据权利要求1所述一种无冠模锻棕树叶根型叶片加工方法，其特征在于：所述步骤一中，叶顶工艺头进汽侧与中间体进汽侧毛坯面位于同一平面，叶顶工艺头内径向面与中间体内径向面毛坯面位于同一平面。
3.根据权利要求1或2所述一种无冠模锻棕树叶根型叶片加工方法，其特征在于：所述步骤一中，叶顶工艺头底部端面与叶顶最高点之间的距离为10mm。
4.根据权利要求3所述一种无冠模锻棕树叶根型叶片加工方法，其特征在于：所述步骤一中，叶顶工艺头的高度为20mm。
5.根据权利要求1所述一种无冠模锻棕树叶根型叶片加工方法，其特征在于：所述步骤一中，叶顶工艺头的形状为菱形。
6.根据权利要求1、2、4或5所述一种无冠模锻棕树叶根型叶片加工方法，其特征在于：所述步骤一中，两个叶根侧顶针孔之间的距离为45mm，步骤二中，叶根端夹具上的两个顶尖之间的距离为45mm。
7.根据权利要求1所述一种无冠模锻棕树叶根型叶片加工方法，其特征在于：所述步骤二中，加工后叶根工艺夹柄的厚度为29mm。
8.根据权利要求1、2、4、5或7所述一种无冠模锻棕树叶根型叶片加工方法，其特征在于：所述步骤四中，叶顶工艺头端部加工出的平面的宽度为7mm。
9.根据权利要求1所述一种无冠模锻棕树叶根型叶片加工方法，其特征在于：所述步骤六中，装夹时用平板同时压在中间体内径向及叶顶工艺头内径向上，并在平板上搭上压板，保证装夹稳定。
10.根据权利要求1所述一种无冠模锻棕树叶根型叶片加工方法，其特征在于：所述步骤八中，预留的精加工余量为2mm。
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