新型叶片线切割叶片固定装置研讨

新型叶片线切割叶片固定装置研讨

周福伟徐健

中国工程物理研究院机械制造工艺研究所绵阳621900

摘要：汽轮机工作时，转速高达3000转/分钟，不管是转子动叶片还是隔板静叶片都要承受十分恶劣的冲击工况，因此，高流速的冲击决定汽轮机叶片往往会对边缘采用有效的处理方式，且考虑到叶片边缘位置圆滑，如何有效加持是处理好叶片型线的关键。目前，线切割与好的加持方式是汽轮机叶片制造的两大主要加工方式，对其加工方法及工艺技术的研究已经成为制造高性能高质量叶片的关键。本文提出了一种新型叶片线切割叶片固定装置研讨，发明一种有效的加工夹持方式，通过加装摆动式机构成为多向摆动增力组合，可实现与叶片本体的较好结合。

关键词：叶片；加工；夹持；方式

1.引论

1.1研究的背景和意义

1.1.1研究的背景：

我国叶片产业正在经历一场行业性的洗牌整合[1]。随着汽轮机叶片市场规模的扩大，成本和售价都将下降，但具备规模、技术和成本优势的企业成本下降速度将超过售价降低速度，盈利超过平均水平[2]。未来的行业竞争格局要求厂商规模扩大、成本降低、并在技术上保持一定优势，因此，在叶片加工过程中的部分技术可以在降本增效上得以体现[3]。

1.1.2研究的意义：

制造叶片极其复杂，叶片边缘的处理涉及到打磨、加工和整型，占据了30%甚至更多的时间。汽轮机工作时，转速高达3000转/分钟，不管是转子动叶片还是隔板静叶片都要承受十分恶劣的冲击工况，因此，高流速的冲击决定汽轮机叶片往往会对边缘采用有效的处理方式，且考虑到叶片边缘位置圆滑，如何有效加持是处理好叶片型线的关键[4]。目前，线切割与好的加持方式是汽轮机叶片制造的两大主要加工方式，对其加工方法及工艺技术的研究已经成为制造高性能高质量叶片的关键[5]。

1.2研究方法

(1)文献研究法：通过图书馆或在万方等相关数据库中查找文献及数据资料，比较分析，对本文的论点提供相关数据和理论[6]。

(2)调查研究法：通过对发电设备制造商叶片的生产流程进行咨询，对本文提供实际的资料支撑和论据支撑[7]。

2.叶片外形处理的部分概况

2.1国内外的情况分析

对比以GE为首的代表性发电设备绝对技术优势，国内重要的几家汽轮机制造行业通常对此类叶片边缘处理都是通过人工把紧，并用打磨的方式进行解决，没有一套专用夹具的有效方案，且把紧打磨的方式不具备如下的叶片加工要求：1.叶片被加工面的位置精度调准，2.工作时间减少。所以匹配不到生产[8]。

2.2叶片运行现状分析

2.2.1叶片数的设计

叶片的作用在转子中是得到尽可能大的扭矩,其输出扭矩的表达式为：

M=Zb(²-²)Pym(N.m)（2.1）

其中Z：叶片数b：轴间宽度D1：腔室大径d1：腔室小径P：进油口压力(Pa)Ym：机械效率D1=D-2L1-2X1-2n1=230mmd1=d+2L1+2L2=200mm；在b、D1、d1、P及Ym等一定的情况下，理论上叶片数越大，得到的输出扭矩也越大。此次设计中，汽缸利用气体压强向各个方向等压强传递的原理，来实现轴向运动向旋转运动的转换。故叶片的边缘位置对叶片扭矩的输出作用极大，由于已知结构特定，故在本方案中其输出扭矩会随叶片边缘的平滑效果的增大而增大，在外力一定的情况下，M只与腔轴向面积成正比。叶片数Z只影响压力油压强，但最终扭矩不变。

3.夹持装置的设计

3.1夹具凹槽轮廓线的设计

由设计方案可知,凹槽轮廓线分两个功能部分,它们是增力夹紧部分和圆柱活塞杠位置复原部分。活塞杠与叶片组成增力系统,又与弹簧配合,组成离合销系统[12]。为了使两个系统的工作顺利衔接,特设计过渡斜面系统。

3.2夹具横断面的升程

夹具横断面的升程H=H1+H2分别确定H1、H2

再根据H=σ•m（3.1）

其中σ：增力比m：目标叶片的平均移动距离

m=θ0/π•r=θ0/π•（D1+d2/2）191/2×2π/200=3mm

根据安装的需要，夹具横断面轴线与夹具轴线R=（191-6）/2==92mm

得轮廓线参数L=2πr/6=90.3mm，则H=m•σ1=12mm,故S2=S1/σ1,=1350/15=270mm.r2=σ1S2/π=9.0mm，凹槽轮廓线的增力部分增力比最大为σ3=J/L，对夹具横断面进行受力分析。

3.3夹具参数θ1的设计

当夹具横断面处于与凹槽配合状态，与大锥夹持块还没有相对滑动时，其受力如图3.1所示：

图3.1夹具横断面凹槽受力分析图

随着θ的增大,T急剧减少,且T随夹具横断面升程的增大而增大,其与弹簧弹力及受压压强有关,若弹簧确定,则临界T确定,即能求得夹持盘从空行程转入到夹紧行程的最小动力。

4.夹持装置的安装调试

4.1夹具按参数进行初安装

当夹具的各个零件生产出来后，就要对它进行安装。安装夹具的过程中要注意一些事项：

(1)预紧顶托够力，不得在加工中形成轴心旋转隐患。

(2)水平承托，平行对称紧锁，压、托位对点，校正合格

(3)侧向多点压锁，压低阶位，尽量避免压块凸出叶片加工部位，尽量横向靠外，纵向居中

4.2夹具安装注意事项

装夹模式在快速装夹的过程中，应该注意一些事项:

在夹具上相应干涉部位加工出避位，或分开加工，在加工中实现自动避让，加工前要时运作确认有无干涉现象；

（2）在夹具上增加纵横竖三向基准部位供校核用，增加安装或槽，定位稍等；

（3）选取叶片的纵横实体部位作为着力卫，夹具封闭叶片外形；

4.3夹具安装的误差分析

4.3.1叶片夹持定位误差分析

定位误差实际上是一批叶片采用调整法处理时，由于定位所造成的叶片打磨边缘相对于工序基准的位置误差。假定在打磨时，夹具相对于磨具运动的位置经调整后不再变动，那么可以认为其位置是固定的。所以，定位误差也就是定位时工序基准在工序加工要求(位置尺寸或位置精度)方向上的位置变动量。

4.3.2叶片夹持装备定位误差分析

在应用夹具安装叶片时,往往由于下列几种因数引起叶片的安装误差：

1.夹具本身的误差;

2.夹具在机床上的安装,调整误差;

3.夹紧时,整个夹具或其它元件受力后产生弹性变形;

4.叶片的定位基准与定位元件接触后的变形;

4.4夹具安装的效果

机壳成组夹具由基体件、调换件、标准件三部分组成。该夹具由基体件与线切割机连接，使用机床可视厂方具体情况而定。为保证叶片轴线与线切割机轴线相重合，使用固定块与线切割机内锥孔配合，完成定位。与夹具定位则依靠基体件上的外止口，准确定位后，予以轴向锁紧，以适应分段两组中不同轴向长度的需要。

5.结论

零件的分析与分组,如某厂生产的交、直流起动机机壳，由于结构简单，采用多组边缘无缝叶片加工而成，止口定位尺寸由于需更换定位元件不再分组。把这类使用机床、夹紧方式、打磨内容相同的零件挑选出来，形成所需要的成组工序。

采用本文所推的夹持技术，可以将企业现有的叶片边缘处理方式高效地利用起来。成组夹具在产品不断更新换代的今天，有着不可比拟的优势。

参考文献

[1]孙波，机械专业毕业设计宝典，先电子科技大学出版社2008.03

[2]徐锦康，机械设计，高等教育出版社2004.4

[3]聂桂平,钱可强,工业设计表现技法.机械工业出版社,1998.12

[4]张元奎,成本管理学,山东人民出版社,1984.3

[5]王洪潢,成本会计,中国农业出版社,1993.3

[6]李贵轩,设计方法学.世界图书出版社,1989.7

[7]钟志华,周彦伟,现代设计方法.武汉理工大学出版社,2001.8

[8]濮良贵,纪名刚,机械设计(第六版),高等教育出版社,1996