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汽轮机长叶片型应用论文
汽轮机长叶片型应用论文 1引言 叶片是汽轮机的核心部件之一，它起着将蒸汽的动能转换为机械能的作用。汽轮机效率的高低，很大程度上取决于叶片型面的设计和制造水平。目前，国内 外大型汽轮机叶片的型面加工均采用五坐标联动机床(手工修磨的叶片除外)。如 日本日立公司有70余根主轴的五坐标联动加工中心，三菱公司有25根主轴的五坐 标联动加工中心等。
2五坐标联动加工中心在叶片型面加工中的应用 机床开发背景 汽轮机叶片的设计、制造能力是衡量一个透平厂研发能力的重要标志。叶 片机械加工工作量大，精度要求高，结构复杂，制造成本高。国内外透平厂都非 常重视叶片制造技术的发展。国内汽轮机制造业，由于受进口机床价格高，加工 编程复杂等因素影响，五坐标联动加工中心应用还不广泛，如国内主要汽轮机制 造厂，其五坐标联动机床的主轴总数仅为50余根，而航空发动机厂、鼓风机厂也 仅有少量的几台。东方汽轮机厂原有的五坐标联动的主轴远不能满足工厂生产要 求。为满足东汽厂叶片生产能力的需要，同时降低叶片制造成本，东汽厂领导本 着振兴民族机床工业的理念，经过与北京机电院领导、技术、管理人员的多次论 证，决定开发五坐标联动加工中心以取代昂贵的进口设备。为减少投资风险，机 电院首先开发一台稍小规格五坐标联动加工机床5C-VMC1250进行工业性试验， 在充分掌握五坐标联动加工中心的性能特点、加工工艺要求、完善5C-VMC1250 型五坐标联动加工中心在使用中存在的问题的基础上，进行大规格五坐标联动加 工中心XKH1600的批量生产。
叶片的加工工艺分析 叶片在工作中承受着高温、高压、极大的离心力和蒸汽的交变应力。为了 保证汽轮机的效率和叶片在使用中的安全性，叶片的材料都较为特殊，如材料中 含Ni、V、N等成分，硬度在360HB以上，强度s0.02为800MPa以上，加工性较差， 同时叶片汽道部分(通流部分)是一个光滑的空间曲面，其精度要求高，加工难度 大。特别是大型汽轮机末级叶片(如40英寸动叶片)，其结构更为复杂，叶型扭转 接近90°角，叶身中部有两个空间的凸台，叶根圆角部分由多个变直径的圆弧组成，传统的仿形铣、普通的三坐标或四坐标铣床都不能满足加工工艺要求。用普 通数控铣床加工一方面受叶片结构的限制，刀具与工件容易产生干涉，另一方面 加工效率低且为近似加工，加工质量不能满足要求，手工修整量较大，加工过程 中需多次装夹，使用多台机床和专用工装才能完成相应的加工。目前，国内外大 型汽轮机叶片基本上都采用五坐标联动机床加工，其加工效率比四坐标联动机床 高1倍以上，能够实现一次装夹，完成包括型面、凸台、叶冠、叶根圆角等多个 空间曲面的加工，比四坐标机床可节省12～15道工序，比常规叶片加工方法节省 25道工序，加工质量稳定，工艺流程合理，生产组织方便。这种加工工艺是叶片 加工先进、合理、高效的工艺手段，也是叶片加工技术的发展方向。
3.XKH1600型五轴联动加工中心在叶片加工中的应用 40英寸叶片的结构特点 目前XKH1600型五轴联动加工中心加工的主要产品为600MW汽轮机末级 动叶片(40英寸叶片)。现以该型叶片为例，简要介绍一下XKH1600五轴联动加工 中心加工这种叶片的情况。
该叶片叶身弯扭变化较大，在叶根处型线的曲率较大，叶顶处型线比较平 坦，叶根与叶顶的型线角度几乎达90°。叶身的中间位置在内背弧型面上各有一 个凸台。叶根圆角为非常复杂的混合曲面，叶根圆角在叶片高度方向上的各个位 置，其R值是变化的，这给叶根圆角的造型和加工带来了一定的难度。
加工内容及加工状况 首台XKH1600型五坐标联动加工中心于2003年11月投入使用。机床每天 工作24小时(东汽工作安排为四班三运转)，每周停机8小时用于机床维修保养， 月工作时间为680小时左右。在XKH1600加工40英寸叶片的加工内容包括：叶身 型面、内背弧凸台、叶根过渡圆角、叶冠过渡圆角及叶冠装配面型线。各加工部 位在机床上的加工形式见图2～7。
通过上述方式对40英寸叶片进行加工，其加工精度能够满足东方汽轮机厂 的要求。自XKH1600五坐标联动加工中心(5台)投入使用以来，创造产值1100余 万元，加工产品合格率在95%以上，与进口相应规格的五坐标联动加工机床相比 生产效率约为进口机床的90%。通过5C-VMC1250和XKH1600两种规格五坐标联 动加工机床的使用，我们认为两种型号的机床设计、制造是成功的，基本满足了叶片加工工艺要求。其操作方便，服务及时有效，机床性价比高，达到了预期的 目的。
3前景及展望 东方汽轮机厂与北京机电院的合作是成功的，可以说是机床制造厂家与机 床用户合作的典范。通过合作，东汽与北京机电院从管理者到技术人员、操作人 员、维修人员都建立了良好的友谊。东汽与北京机电院在国产五坐标联动加工中 心的开发应用上的成功合作，为国内对五坐标机床有需求的厂家提供了一条新思 路，在国内同行业产生了较大的影响，不少同行业厂家多次咨询了解机床的使用 情况，同时也对国外同类设备制造厂商在中国机床市场产生了一定的压力。可以 相信国产五坐标联动加工中心将会有广泛的市场前景。
