600MW汽轮机调节级动叶片加工工艺研究

３０　东方汽轮机　２００７年第２期　６００　ＭＷ汽轮机调节级动叶片加工工艺研究　袁晓阳　摘　要：文章介绍了东汽与外方合作设计生产的６００ＭＷ汽轮机调节级动叶片。根据东汽现有的加　工条件和技术手段，设计出合理的工艺流程和工装，并通过工艺试验，总结出了该类叶片的工装设计原则、　测量原则、刀具及其切削用量的选择原则。总结出该类叶片的程控方法，加工出合格的成品叶片，满足了设　计的要求。　关键词：调节级动叶片　工艺　工装数控ｈｎｒ　

１　引言　叶片是汽轮机的重要核心部件之一，在　汽轮机制造中，调节级动叶片和末级动级动　叶片往往具有较为复杂的结构，代表着汽轮　机动叶片的设计和制造水平，调节级动叶片　和末级动级动叶片极大地影响着汽轮机的　效率，有着特殊重要的地位。过去，６００ＭＷ　机组调节级动叶片（Ｄ６００Ｂ一２０１００１Ａ高压　第１级动叶片）长期依赖于进口，进口一台　份调节级动叶片（每台份４４片）价格为５万　美元，关税２０％，实际价格６万美元。这是　６００ＭＷ机组最后一只国产化的动叶片，制　约着工厂的发展。因此，研究Ｄ６ＯＯＢ一　２０１００１Ａ高压第１级动叶片加工工艺，分析　该级叶片的加工难点和重点，根据现有的加　工条件和技术手段选择合理的加工工艺基　准；确定合理的工艺流程和加工方法；设计　合理可靠适用的工艺装备；研究设计严密可　靠的测量方法；加工出合格的该级动叶片，　对满足工厂的需要，全面实现６００ＭＷ汽轮　机叶片国产化，降低成本，提高效益，使叶片　加工技术上水平，具有十分重要的意义。因　此该项目被工厂列为工艺攻关项目。通过　多次方案论证，设计制定了详细的加工工艺　方案、工艺试验方案。在技术人员和工人师　傅的艰苦努力下，首台６００ＭＷ调节级动叶　片现已加工完成。　２　６ＯＯＭＷ调节级动叶片结构特　点　Ｄ６００Ｂ一２０１００１Ａ高压第１级动叶片　（调节级动叶片）见图１。其结构型式为：侧　装双联Ｔ型叶根自带冠三铆钉头结构动叶　片。结构复杂，加工难度大。叶根、叶冠、铆　钉头及汽道的几何精度；叶根间、叶根与汽　道、叶根与叶冠、叶根与铆钉头及铆钉头间　的相对位置精度都有十分高的要求。　

３　加工难点及工艺方法　３．１基准面的选择　如前所述，Ｄ６００Ｂ一２０１００１Ａ级动叶片　结构十分复杂，叶片各部间相对位置精度要　求高。因此，尽可能地采用设计基准作加工　基准、测量基准，尽可能地在不同的工序中　用同一基准进行加工和测量，使该基准既能　用于叶根的加工，又能用于径向面的加工、　叶冠的加工、型线的加工、铆钉头的加工。　对于保证叶片各部的相对位置，满足设计和　装配的要求，是十分重要的。　

维普资讯 http://www.cqvip.com ２００７年第２期　东方汽轮机　３　ｌ　基准面的确定：以叶根端面、叶根出汽侧　（叶冠出汽侧与叶根出汽侧台阶留待叶片各　部加工完后最后加工）、叶根中间体背平面三　面构成直角坐标系，作为该叶片加工各工序　图１　的主要定位、测量基准。叶片加工是多工序　加工，在加工过程中不可避免地存在着基准　转换，如汽道加工其基准为叶根中间槽和叶　顶中心孔、叶顶中心孔与叶根出汽侧，见图２。　

３．２叶根ａｎｔ　Ｄ６００Ｂ一２０１００１Ａ高压第１级动叶片叶　根型式为侧装双联Ｔ型叶根。该叶根与过去　加工过的Ｔ型叶根结构完全不同，不仅几何　精度要求高，且叶根脖子为锥面。两叶根中　心线分别过２＃辐射线和３＃辐射线，对称于ｌ＃　辐射线并呈４。５　２７　的夹角，两叶根问的相对　位置精要求也很高，见图３。　若采用普通机床用成型铣刀加工，则需　有铣叶根背弧侧、铣叶根中间槽、铣叶根内弧　图２　侧三个工位三次装夹定位来完成，难免存在　重复装夹带来的定位误差，难以保证叶根的　尺寸精度和位置精度。如在数控加工中心上　采用成型铣刀加工叶根型线，则可一次装夹　定位加工出整个叶根型线。用成型铣刀的精　度、机床的精度及数控程序来保证叶根的几　何精度及叶根问的相对位置精度。　３．２．１叶根的测量　叶根加工前切试样并作投影检验，试样　合格，说明刀具合格，程序正确，可以进行叶　片加工。加工出的叶片用卡板和全型塞规检　

维普资讯 http://www.cqvip.com ３２　东方汽轮机　２００７年第２期　验叶根各部的几何精度及叶根间的相对位置　精度；用标准块检验叶根与中间体的相对位　置精度。叶根各部量具如图４。　全型塞规检验叶根中间槽的尺寸精度及　与叶根定位销孔的相对位置，卡板Ｉ检验２＃　

与３棚蔼射线的相对位置即两叶根间的相对　位置；卡板２，３检验叶根定位销孔的尺寸精　度及与叶根的相对位置。为了确保叶根加工　的正确性，加工完叶根的叶片须在模拟装配　量具上进行试装。　

ｌ＃辐射线　摊　／　２＃辐射线　７　＼　／　

ｎ　．　ｆ　ｎ　Ｉ　＇、　．　／　．　｝三　一　ｂ±　３．Ｏ　、　

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ｌ　．０　５　铣刀中心线、＼／Ｊ　－—　一十　０　０　

图３　

３．２．２叶根铣刀的设计　叶根铣刀的设计为成型铣刀，即铣刀的　廓型与叶根的廓型完全相同，并按叶根的最　

图４　小实体设计，以保证铣刀有一定的耐用度。　叶根槽廓型分为叶根定位销孔和廓型两把刀　和叶根端面凸半圆一把刀，如图５。　

维普资讯 http://www.cqvip.com ２００７年第２期　东方汽轮机　３３　最初刀具材料为钴高速钢，牌号Ｍ４２。　经过叶根加工切削工艺试验发现：由于叶根　槽的公差带很窄，仅为±０．０５ｍｍ，而加工的　长度又很长（１３４ｒａｍ），刀具的磨损非常厉害，　且叶根二侧面一侧为顺铣，另一侧为逆铣，加　工表面质量较差，刀具可重磨次数少，寿命　低。后经将刀具材料改为硬质合金，加工表　面质量、刀具寿命得到了大大的改善。　３．２．３叶根的数控加工方法　叶根的加工分为三大步，把铣叶根夹具　安装在机床工作台上，并依靠机床工作台定　位孔和夹具定位孔使夹具定位孔中心重合在　机床工作台的回转中心上，并使夹具背平面　定位块平行于机床主轴夹紧固定。首先加工　叶根中间槽，并保证中间槽背平面侧到背平　面的相对位置；然后机床工作台旋转４。５　２７”，加工叶根内弧侧；再把机床工作台旋转　到一４。５　２７，，力Ⅱ工叶根背弧侧。加工时要充分　注意机床工作台旋转的角度变化，刀具长度　的补偿，机床横向的补偿。叶根的加工粗铣　给半精铣单面留０．５余量，半精铣给精铣单　面留０．２余量。　调节级动叶片叶根加工共分粗铣叶根廓　型、粗铣叶根凸半圆廓型、精铣叶根廓型、精　铣叶根凸半圆廓型、铣叶根定位孔、铣叶根端　面凹槽、铣叶根端面七个工步完成。　图５　３．３蚕师的加工　尽管Ｄ６ＯＯＢ一２０１００１Ａ级叶片汽道为直　叶型，但汽道与叶根汽道与叶冠的转接处为　圆柱面，尤其是汽道与叶冠的转接处圆柱面　呈内凹，采用四座标机床近似加工，然后手工　修磨，难以保证加工精度，而该级叶片型面质　量的好坏又极大地影响着机组的效率。因此　需用五座标数控机床来完成该处加工。　３．３．１　型面的测量　型线测量采用日立标准：即首件经三座　标检验合格，工序中按１／１０三座标抽检，其　余采用型线样板检验，并按标准测量Ｐ，Ｑ，Ｅ，　Ｗｒ，Ｄ　等值。　型线测量如图６。　３．３．２铣型面夹具的设计　汽道型线的加工中采用铣叶根中间槽、　叶顶中心孔、叶根出汽侧、叶根端面定位。　

３．４叶冠及铆钉头加工　Ｄ６ＯＯＢ一２０１００１Ａ级动叶片叶冠外端为　两斜面内切一圆柱面，两斜面分别垂直于２＃　与３确雪射线，并有三个线铆钉头，如图７。　通过方案比较，确定采用数控加工方案　以确保加工质量，如图８。　

维普资讯 http://www.cqvip.com 东方汽轮机　２００７年第２期　图６　

把整个叶冠型线和铆钉头型线加工完　成，取得了令人满意的效果。　叶冠按以下加工路线进行：　来料一粗加工端面一粗加工圆弧面一去　台阶面余量一去铆钉头余量一粗加工台阶　面一粗加工圆弧面一粗加工铆钉头轮廓一精　加工台阶面一精加工圆弧面一精加工铆钉头　型线一精加工铆钉头圆角。　３．４．１铣叶冠夹具的设计　铣叶冠及铆钉头的夹具如图９。　图７　调节级动叶片叶冠及铆钉头加工采用背　平面、出汽侧、叶根端面为定位基准，铣叶根　夹具要保证三个定位面到机床工作台定位孑Ｌ　的精度。　３．４．２铆钉头的测量　铆钉头的测量采用：　铆钉头位置度标准块测量铆钉头相对于　叶根中心线弧深方向的位置。　尺寸Ａ测量铆钉头相对于叶根中心线在　进出汽侧方向的位置。　

维普资讯 http://www.cqvip.com ２００７年第２期　东方汽轮机　３５　叶冠高度标准块测量叶冠在汽道高度方　铆钉头单型线样板测量铆钉头的轮廓尺　向的位置。　寸。　铆钉头全型线样板测量铆钉头间的相对　铆钉头测量的量具如图ｌＯ。　位置。　

图８　图９　

维普资讯 http://www.cqvip.com ３６　东方汽轮机　２００７年第２期　铆钉头单佯扳　钉头全型线ｆ　板　ｉ？　１　Ｉ～／　

ＪＩ＼　、Ｉ上　／　

铆钉头位置度测量　Ａ±０．１３　

４　工艺流程　

叶冠高度删量　允差低（　

ｒ　允差饵　—＇　．一．．．－－

ｔ７…　

囊　婪　

中间体背平面　

６００ＭＷ汽轮机调节级动叶片工艺流程　如下：　来料一铣六方一铣中间体背平面—铣叶　冠及汽道背弧进出汽侧余量一叶根去余量一　铣叶根型线及叶顶中心孔一铣叶冠背弧型　线一叶冠内弧及汽道内弧去余量一铣内径　向一铆钉头去余量一铣叶冠内弧型线一铣汽　道型线一铣准长度—铆钉头中间槽去余量一　铣叶冠及铆钉头型线一铣叶冠两侧面一钳修　各部一抛光汽道一完工检验一磁粉探伤一材　图１０　质检验一入库。　在加工过程中，由于两侧面、内平面、中　间体背平面、中，ｂｔＬ是叶片各部、各工序的加　工定位基准，测量基准，因此要严格控制工艺　上所注尺寸公差和形位公差。对于叶根加　工、型面加工、叶冠加工等重要工序要有尺寸　记录卡，并按照工艺要求１００％进行检验。　

５　叶片其它各部的测量　５．１　中间体相对于叶根的位置度测量（如图　１１）　

图１１　

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