摘 要:轉(zhuǎn)輪葉片是大型水輪機(jī)的重要組成部分,而轉(zhuǎn)輪葉片的旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定性則在很大程度上受到葉片加工精度的影響。因此,嚴(yán)格控制轉(zhuǎn)輪葉片的加工質(zhì)量,優(yōu)化加工工藝,提高轉(zhuǎn)輪葉片的加工精度就變得尤為重要。文章對(duì)此進(jìn)行了深入細(xì)致的分析和探討,希望通過文章的分析能夠?yàn)橄嚓P(guān)人士提供一定的參考和借鑒。
關(guān)鍵詞:水輪機(jī);轉(zhuǎn)輪葉片;加工工藝;精度
隨著工業(yè)制造水平的不斷提高,以及數(shù)控技術(shù)的廣泛應(yīng)用,工業(yè)生產(chǎn)的效率和精度獲得了很大的提升。龍門銑床是加工大型水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片時(shí)所采用的主要設(shè)備。轉(zhuǎn)輪葉片的加工精度將直接影響到水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的穩(wěn)定性和處理效率,因此必須采取措施優(yōu)化加工工藝。
1 大型水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片加工工藝的基本思路
隨著科技的發(fā)展和數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用,水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片加工方法也一改往日方法單一的局面,可以選擇多種方法進(jìn)行加工,并且提供了更為良好的條件,進(jìn)而優(yōu)化加工的工藝。在眾多的加工設(shè)備中,龍門銑床是其中較為主要的設(shè)備,同時(shí)也是轉(zhuǎn)輪葉片加工過程中最常使用的設(shè)備。通常來說,大型水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片的加工流程如下:首先,需要運(yùn)送已經(jīng)選好的加工零件的原始鑄件到加工車間,然后將葉片固定,這里需要借助胎具。依據(jù)圖紙,使用龍門銑床進(jìn)行加工,加工的方式為粗加工,留足一定的余量,并進(jìn)行探傷。如果探傷結(jié)果為合格,則將工件反轉(zhuǎn)粗加工另一側(cè),留夠一定的加工余量并探傷。接下來檢測(cè)型線,與圖紙理論型線相比較,所采用的儀器為激光跟蹤儀。如果同圖紙的理論型線相符,則進(jìn)行精銑,然后檢測(cè)另一側(cè)的型線。為保證加工的質(zhì)量,在加工過程中需要做好刀位計(jì)算、刀具選擇、葉片測(cè)量等工作。
2 大型水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片加工技術(shù)要點(diǎn)
2.1 葉片的測(cè)量
葉片的測(cè)量是轉(zhuǎn)輪葉片加工過程中十分重要的工序,并且貫穿于加工過程的始終,直接影響了葉片表面的加工精度。水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片在精銑過程中,對(duì)于測(cè)量結(jié)果的精度,有著很高的要求。并且由于葉片表面呈現(xiàn)為三維雕塑曲面,表面形狀較為復(fù)雜,因此使用常規(guī)的測(cè)量?jī)x器和測(cè)量方法很難滿足精度的要求。因此,必須利用間接或直接測(cè)量的方法,并且使用特殊的專業(yè)測(cè)量工具才能實(shí)現(xiàn)曲面加工精度的測(cè)量。
在葉片加工的全過程,都需要進(jìn)行測(cè)量。首先,為確定加工余量的具體情況,應(yīng)測(cè)量葉片的毛坯,便于合理固定鑄件位置,使得龍門銑床的編程更為合理、優(yōu)化,從而提高加工的效率和精度。其次,在加工中為了確定粗加工后的剩余量,同樣需要測(cè)量葉片的尺寸,從而及時(shí)調(diào)整工件的位置,調(diào)整編程。此外,進(jìn)行檢測(cè)還可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)葉片變形,做出調(diào)整。最后,為驗(yàn)證葉片加工的精度是不是滿足所需的質(zhì)量要求,同樣需要進(jìn)行測(cè)量。
2.2 正確地在胎具上固定葉片
裝卡找正是利用龍門銑床加工轉(zhuǎn)輪葉片的重要工序,也就是說應(yīng)在胎具上將葉片的毛坯正確地固定。葉片的中心點(diǎn)并不明顯,而且其本身的形狀不規(guī)則,這就給葉片的裝卡找正帶來了很大的難度。
裝卡的基本原則有如下幾點(diǎn):由于葉片自身的重量較大,因此對(duì)于胎具的強(qiáng)度有著較高的要求,否則很可能出現(xiàn)葉片移動(dòng)的現(xiàn)象。在擺放葉片時(shí),需要確定其重心,因此胎具的支撐點(diǎn)應(yīng)足夠穩(wěn)定。龍門銑床有著其自身的有效行程范圍,超過這個(gè)范圍則無法完成加工,因此在進(jìn)行葉片的裝卡找正時(shí),葉片的所有需要加工的部位必須在這一范圍內(nèi)。為防止葉片出現(xiàn)變形的問題,必須確保胎具的支撐點(diǎn)穩(wěn)定可靠。在利用龍門銑床加工葉片的過程中,會(huì)產(chǎn)生一定的振動(dòng),對(duì)葉片的精度造成影響,因此還需要采取有效的減振措施。最后,是對(duì)胎具裝卡部位的要求,應(yīng)便于操作、靈活。在一般的裝卡找正工序中,利用胎具自身來找正是較為常見的方法,然而采用這種方法的找正效果卻不能保證,找正效率低。目前,應(yīng)用計(jì)算機(jī)自動(dòng)三點(diǎn)找正的方法獲得了廣泛的應(yīng)用,找正效果也很好。
2.3 合理選擇加工刀具
刀具的選擇在水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片的加工中,具有非常重要的作用,如果刀具選擇得不合理,不僅會(huì)在一定程度上影響到龍門銑床,而且還會(huì)導(dǎo)致葉片的加工精度難以保證。硬質(zhì)合金機(jī)卡刀具有刀片可更換,尺寸準(zhǔn)確,較好的抗沖擊性能以及較高的耐磨性等特點(diǎn),因此在大型水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片的加工中獲得了十分廣泛的應(yīng)用。通常情況下,應(yīng)根據(jù)加工的部位來選擇刀具的形狀,根據(jù)被加工曲面的形狀來選擇刀具的尺寸參數(shù),即刀桿的長(zhǎng)度、刃高以及刀具的直徑。直徑較小的刀具,適用于曲率較大、形狀起伏變化明顯的曲面,可以防止刀具過切和干涉。直徑較大的刀具,則適用于曲率較小,形狀較為平緩的曲面,從而提高加工的效率。
優(yōu)先選擇較大直徑的刀具用于水輪機(jī)葉片的加工,這是加工中應(yīng)遵循的總的原則,然而也需要滿足一定的前提,即應(yīng)防止發(fā)生刀具干涉的現(xiàn)象。根據(jù)粗銑或精銑的要求以及刀具的不同來選擇適宜的刀具形狀,如圓形、方形、菱形或者三角形等不同形狀。側(cè)刃較高的刀具,適用于加工余量不均勻分布的葉片,可以有效防止局部位置的吃刀深度超過刃高的問題。而利用刀桿較長(zhǎng)的刀具,則可以有效解決數(shù)控銑頭和被加工曲面或其他曲面發(fā)生干涉的問題。
2.4 刀位計(jì)算
葉片加工是一個(gè)復(fù)雜的過程,在數(shù)控加工技術(shù)出現(xiàn)之前,葉片的加工制作多采用鑄模和手工打造來完成,不僅精度不夠,加工效率也很低。隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展,刀具數(shù)控加工的路徑規(guī)劃也有了進(jìn)步。目前大部分工廠多采用的是葉片翻面的加工路徑,即先銑削葉片的一面,然后翻面裝夾,再銑削另一面。首先選定加工坐標(biāo)系,然后用三點(diǎn)找正法對(duì)葉片的理論造型進(jìn)行找正定位。在此基礎(chǔ)上,以提高加工效率、保證加工精度和型面質(zhì)量為原則,選定刀具、確定走刀方式和刀軸控制方式,最終生成為后置處理用的刀位軌跡數(shù)據(jù)文件。
2.5 葉片變形的控制
葉片零件加工時(shí),薄壁部分極易產(chǎn)生變形。應(yīng)用高速銑削能夠有效地降低切削溫度,提高加工效率,減少葉片的彈塑性變形,有效地改變切削成形機(jī)理,減小變形。在葉片彈性變形較大的地方運(yùn)用輔助的機(jī)械幫助增加剛性,將變形盡量控制在一定范圍中;將溶化的非金屬溶液灌輸在葉片下,溶液冷卻后和葉片緊密貼合,來承受加工過程中的切削力等。在實(shí)際生產(chǎn)過程中,很好地控制加工變形能夠提高葉片的數(shù)控加工效率,改善葉片的表面質(zhì)量和精度,非常有意義。
3 結(jié)束語
總之,在大型水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪葉片加工生產(chǎn)過程中,加強(qiáng)對(duì)其加工精度的控制是非常重要的。一般合格的葉片被加工出來需要經(jīng)過毛坯、粗加工和精銑三道基本工序,當(dāng)然在此過程中還要尤其注意做好葉片的測(cè)量工作,確定最佳的裝卡位置,選擇合適的刀具,進(jìn)行有效的刀位計(jì)算,以保證葉片的加工效果。
參考文獻(xiàn)
[1]李新華,王旭.瑞麗江電站水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片加工及工藝探討[J].機(jī)械工程師,2011(06).
[2]王波.水輪機(jī)葉片數(shù)控加工工藝的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[J].科技咨詢導(dǎo)報(bào),2007(12).
[3]郭永勝,趙杰,焦麗.空間曲面葉片的數(shù)控加工[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,2010(5).
[4]安巖庫.混流式水輪機(jī)葉片數(shù)控加工的實(shí)現(xiàn)[J].大電機(jī)技術(shù),1995(1).
[5]馬銳,劉宇華.洪江電站燈泡貫流式水輪機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].黑龍江電力,2003,25(2).
[6]張凱.大型水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片的五軸加工技術(shù)[J].CAD/CAM與制造業(yè)信息化,2010(1).