喬 鵬 任鵬遠(yuǎn)

哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司 黑龍江 哈爾濱150040

引言

在水輪機(jī)研發(fā)過(guò)程中,水輪機(jī)水力模型試驗(yàn)是水輪機(jī)性能研究、設(shè)計(jì)制造及運(yùn)行的重要手段,以往模型轉(zhuǎn)輪的加工方法為上冠、聯(lián)軸法蘭、泄水錐全部為單件加工至圖紙要求,再由鉗工進(jìn)行裝配,這種加工方法存在三點(diǎn)弊端:1上冠與聯(lián)軸法蘭為間隙配合,由于存在裝配誤差,導(dǎo)致上冠流道曲面與聯(lián)軸法蘭內(nèi)孔之間存在不同軸現(xiàn)象;2上冠單件加工時(shí)受夾緊力影響會(huì)產(chǎn)生微量的變形,影響上冠流道曲面的加工精度與形位公差;3上冠與泄水錐單件加工時(shí)受到尺寸公差帶、裝夾變形以及加工刀具刀尖圓角影響,裝配后的流道表面連接光順難以保證,需要鉗工進(jìn)行手工修順,不僅影響工件的形位精度與尺寸公差,還降低了工作效率與產(chǎn)品外觀質(zhì)量。因此研發(fā)新的模型轉(zhuǎn)輪上冠及泄水錐流道曲面整體加工方法迫在眉睫。

1 模型轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)介紹

模型轉(zhuǎn)輪作為水輪機(jī)最為核心的部件,由上冠、泄水錐、聯(lián)軸法蘭、葉片和下環(huán)組裝而成。本文重點(diǎn)介紹上冠、泄水錐和聯(lián)軸法蘭三個(gè)部分的加工方法。以往這幾個(gè)件的加工方法為數(shù)控車床把全部尺寸精車到位,然后通過(guò)銑床進(jìn)行相關(guān)的銑槽和鉆孔加工,各個(gè)部位全部加工到最終尺寸,然后上冠與聯(lián)軸法蘭通過(guò)止口定位和螺釘把合的方式組裝一起,泄水錐也是通過(guò)連接螺釘與上冠把合組裝到一起。采用該工藝方法一直存在缺點(diǎn),由于模型轉(zhuǎn)輪精度要求高同軸度0.01 mm 以內(nèi),由于加工時(shí)各個(gè)工件存在偏差,并且采用組裝的方法存在安裝間隙無(wú)法消除,所以會(huì)造成上冠與泄水錐的結(jié)合面存在錯(cuò)牙,并且上冠、泄水錐和聯(lián)軸法蘭三者之間的同軸度偏差較大,雖然后序通過(guò)手工打磨消除了錯(cuò)牙,但是流道光順性被破壞,并且同軸度超差不利于后序葉片的組裝和加工,可能會(huì)影響水利試驗(yàn)結(jié)果,因此對(duì)模型轉(zhuǎn)輪各個(gè)部件的裝配過(guò)程進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)上冠、聯(lián)軸法蘭和泄水錐三部分可以嘗試組裝到一起后進(jìn)行精車,這樣就能解決存在錯(cuò)牙和同軸度差的問(wèn)題,因此我們下面提出一種新的加工方法并且設(shè)計(jì)新式的工裝工具。

2 模型轉(zhuǎn)輪上冠及泄水錐流道曲面整體加工分析

經(jīng)過(guò)對(duì)以往的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析總結(jié),發(fā)現(xiàn)問(wèn)題主要是同軸度差、錯(cuò)牙和加工變形,針對(duì)以上難點(diǎn)我們進(jìn)行具體分析研究提出解決方案,新的工藝思路為取消單件精加工后組裝,采用組裝后進(jìn)行整體精加工,具體方法為模型轉(zhuǎn)輪上冠與泄水錐部件除流道表面預(yù)留加工余量外,其余按圖紙要求加工到位。將上冠、聯(lián)軸法蘭、泄水錐連同漲套一起安裝到芯軸上如圖1所示,已內(nèi)孔為基準(zhǔn)對(duì)流道表面進(jìn)行整體精車加工,同時(shí)為了保證內(nèi)控的重復(fù)定位精度設(shè)計(jì)了一套芯軸和漲套組合的工裝結(jié)構(gòu)。具體工藝技術(shù)方案如下:

2.1 上冠加工:上冠單件加工時(shí)流道曲面預(yù)留2 mm 加工余量;

2.2 泄水錐加工:泄水錐單件加工時(shí)流道曲面預(yù)留2 mm 加工余量;

2.3 漲套加工:加工芯軸漲套,保證漲套外圓與內(nèi)孔錐面同軸度≤0.005 mm,外圓與端面垂直度≤0.005 mm;

2.4 芯軸加工:將芯軸裝夾至數(shù)控臥車卡盤上,加工芯軸錐面,保證芯軸與數(shù)控臥車卡盤旋轉(zhuǎn)中心同軸,同軸度必須保證≤0.005 mm;

2.5 把合上冠與聯(lián)軸法蘭:將上冠與聯(lián)軸法蘭進(jìn)行裝配,通過(guò)螺釘把合固定;

2.6 將上冠與聯(lián)軸法蘭通過(guò)漲套固定在芯軸上:將漲套安裝到聯(lián)軸法蘭中,并將已經(jīng)把合固定的上冠和聯(lián)軸法蘭以及漲套安裝到芯軸上,通過(guò)上冠連接螺栓固定;

2.7 將泄水錐安裝到上冠上:將泄水錐安裝到上冠上,通過(guò)墊圈、連接螺栓將泄水錐把合固定到上冠上;

圖1 整體加工工裝示意圖

3 技術(shù)效果

以往采用的加工方法存在的裝配誤差、裝夾變形,同軸度差等技術(shù)缺陷,新的工藝方法是先將上冠和泄水錐流道曲面部分預(yù)留加工余量,再將上冠與聯(lián)軸法蘭進(jìn)行把合裝配后,通過(guò)芯軸軸套將上冠與聯(lián)軸法蘭整體把合固定在芯軸上,最后將泄水錐把合固定在上冠上,對(duì)上冠與泄水錐流道曲面進(jìn)行整體加工的方法。新設(shè)計(jì)的工裝芯軸和漲套結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)多次實(shí)際檢驗(yàn),重復(fù)定位精度0.01 mm 以內(nèi),該工裝不僅保證了新的技術(shù)方法成功應(yīng)用,同時(shí)為后序葉片組裝后的精車提供保障,在精車時(shí)重復(fù)使用該套工裝,極大地保證了轉(zhuǎn)輪最終的尺寸和形位公差精度。新的技術(shù)方法解決了上冠與聯(lián)軸法蘭間、上冠與泄水錐間由于裝配誤差帶來(lái)的不同軸和結(jié)合面錯(cuò)牙現(xiàn)象,還解決了上冠單件加工時(shí)受裝夾變形影響無(wú)法保障加工精度的問(wèn)題,保證了上冠與泄水錐銜接尺寸的一致性,使得流道更加光順,且操作簡(jiǎn)單、效果顯著。新的加工方法最大限度消除了上冠與泄水錐流道面銜接不光順的問(wèn)題,取消了手工修磨操作,避免了手工修磨的不確定性,提高了產(chǎn)品質(zhì)量。

4 結(jié)論

隨著設(shè)計(jì)水平的不斷進(jìn)步,工藝技術(shù)也要不斷提高,才能更好地實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)理念讓產(chǎn)品更加真實(shí)的反應(yīng)設(shè)計(jì)水平,同時(shí)工藝技術(shù)不斷進(jìn)步才能推動(dòng)制造業(yè)不斷發(fā)展,才能滿足新時(shí)代對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量更高的要求。本文介紹的技術(shù)方法適用于混流式、可逆式模型轉(zhuǎn)輪上冠與泄水錐過(guò)流面加工及軸流式水輪機(jī)模型轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)輪體與泄水錐過(guò)流曲面的加工,經(jīng)過(guò)不斷地多次實(shí)踐加工檢驗(yàn),該技術(shù)方案完全解決了以往發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題,并且經(jīng)過(guò)不斷完善改進(jìn),技術(shù)方案已經(jīng)非常成熟,易于推廣、通用性強(qiáng)。該工藝方法大幅提升了加工精度和流道光潔度,間接提高了水力試驗(yàn)性能,增強(qiáng)我公司今后同臺(tái)對(duì)比項(xiàng)目競(jìng)爭(zhēng)力。