一种三联叶片的加工方法与流程

本发明涉及动叶片加工技术领域，特别是涉及一种三联叶片的加工方法。

背景技术：

汽轮机也称蒸汽透平发动机，是一种旋转式蒸汽动力装置，高温高压蒸汽穿过固定喷嘴成为加速的气流后喷射到叶片上，使装有叶片排的转子旋转，同时对外做功。汽轮机是现代火力发电厂的主要设备，也用于冶金工业、化学工业、舰船动力装置中。其最基本的做功单元主要是由叶片组成。通常将这基本的做功单元称之为汽轮机的级。叶片的种类较多，根据功能作用和结构形状的不同，按叶片的功能作用分，可以将叶片分为动叶片和静叶片。所谓动叶片是安装在汽轮机的转子上，随转子一同旋转，将蒸汽流的动能转化为转子的机械能。而静叶片则安装在汽轮机的壳体上，处于静止状态，主要起着改变气流方向的作用。动叶片和静叶片一般都是成对作用的，也就是一级动叶片对应于一级静叶片，动叶片的结构要比静叶片复杂得多。

就汽轮机的动叶片而言，也有各种不同的结构形式，但就其整体结构可将之分为叶身、叶顶和叶根三个组成部分(如图1，典型汽轮机叶片结构示意图(图1来自于《汽轮机叶片加工方法》，https://wenku.baidu.com/view/5da2a861bc64783e0912a21614791711cc797919.html))：

1)叶身是汽轮机叶片的工作部分。叶身型面是根据空气动力学方法所设计的复杂自由曲面，从叶身某个截面轮廓可见，叶身型面是由进汽侧、出汽侧、盆弧(内弧)和背弧几个部分组成。

2)叶根是叶片与叶轮相连接的部分。叶根结构要求在任何运行条件下都要保证叶片牢牢地固定在叶轮上，同时力求结构简单，便于制造和装配。叶根的结构有多种，常见的有直叉型、阶梯叉型、t型、菌型、榫齿型、纵树型等。

3)叶顶是叶身以上的叶片结构，又叫叶冠。叶顶也有不同的结构，有的叶片在叶顶部分装有围带，以增强叶片刚度，调整叶片的自震频率，此外还有防止漏汽的作用。

其中，三联叶片是由底座、三只叶片和叶冠构成，通过三只叶片将底座和叶冠联结在一起，三只叶片之间的孔隙形成汽道(如图2，三联叶片的结构示意图)。

很明显的，叶片是汽轮机关键零件之一，工作状况恶劣，长期处于高温、高压、易腐蚀的环境中，特别是动叶片还要承受离心力、蒸汽弯曲应力以及复杂的振动应力。所以动叶片必须达到强度高、韧性大、刚性好、热硬性大的要求，如此才能提高动叶片工作稳定性及其使用寿命。

具体来讲，叶片加工质量的好坏直接影响到汽轮机机组的效率。其中，高压动叶片的制造质量直接影响着汽轮机高压通流部分的效率，此时对叶片提出了较高精度的要求，尤其是精度和复杂程度更高的三联叶片。由于此类三联叶片结构复杂，技术要求高，需求量大的特点，造成生产加工中，叶片的加工工艺流程长，加工质量稳定性较差的问题。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种三联叶片的加工方法以解决现有技术中三联叶片加工困难，流程复杂，工时长的技术问题。

本发明采用的技术方案为：

一种三联叶片的加工方法，包括以下处理工序：

s1、备毛坯件并加工其各个表面；

s2、加工汽道；

s3、加工内环：精加工进汽侧和/或出汽侧的内环；

s4、加工叶片弧面：精加工叶片的弧面并抛光；

s5、最后，加工三联叶片的叶根和叶冠。

根据本发明提供的三联叶片的加工方法，所述处理工序s1的具体内容如下：根据三联叶片的外形尺寸确定毛坯件并制作；然后，铣削加工毛坯件的各个表面并打磨。

根据本发明提供的三联叶片的加工方法，所述毛坯件为长条形，其具有六个平面。

根据本发明提供的三联叶片的加工方法，分多次加工毛坯件的表面，每次加工中需留足加工余量。

根据本发明提供的三联叶片的加工方法，打磨毛坯件的表面前留0.3mm加工余量。

根据本发明提供的三联叶片的加工方法，所述处理工序s2的具体内容如下：分为多次加工汽道；先粗铣，再精加工。

根据本发明提供的三联叶片的加工方法，所述精加工汽道采用数控电火花加工方式。

根据本发明提供的三联叶片的加工方法，在汽道精加工之后，使用三轴数控电火花机，采用沿轨迹加工的方法加工汽道的残余部分。

根据本发明提供的三联叶片的加工方法，所述处理工序s4的具体内容如下：按叶片的排列顺序，叶片依次分为第一叶片、第二叶片和第三叶片，第一叶片位于第二叶片的背弧侧，第三叶片位于第二叶片的内弧侧；精加工第一叶片的背弧和第三叶片的内弧。

根据本发明提供的三联叶片的加工方法，精加工叶片的弧面采用五轴机床加工。

本发明的有益效果：

该三联叶片的加工方法中，工艺合理，工序简单，加工难度小，对技术要求低。基于上述方法的优点，采用该方法加工三联叶片，工艺流程短，工时短，效率高，生产成本低，并且加工质量稳定性高，制得的成品质量好。

附图说明

图1是典型汽轮机叶片的结构示意图；

图2是汽轮机三联叶片的结构示意图(图中1为底座，2为叶冠，3、4、5为叶片)；

图3是三联叶片毛坯料的截图示意图；

图4-图9是三联叶片加工方法的各处理工序示意图(其中部分示意图为三视图)；

图中：

1、第一叶片2、第二叶片3、第三叶片4、叶根5、叶冠

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进一步详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此其不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；当然的，还可以是机械连接，也可以是电连接；另外的，还可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，或者可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

本发明的实施例提供了一种三联叶片的加工方法，包括以下处理工序：

s1、备毛坯件并加工其各个表面；

s2、加工汽道；如图6所示；

s3、加工内环：精加工进汽侧和/或出汽侧的内环；如图4、图5所示；

s4、加工叶片弧面：精加工叶片的弧面并抛光；

s5、最后，加工三联叶片的叶根4和叶冠5；如图9所示。

高压第一级动叶片，直接承受高温高压蒸汽的冲击。为保证叶片的强度，把三个叶片设计成一个整体，形成两个汽道的整体叶片(俗称三联叶片或三胞胎)。该三联叶片的汽道使用五轴加工中心加工时，会在汽道中间部位留下残料(如图3)。

所述处理工序s1的具体内容如下：根据三联叶片的外形尺寸确定毛坯件并制作；然后，铣削加工毛坯件的各个表面并打磨。

所述毛坯件为长条形，其具有六个平面。

分多次加工毛坯件的表面，每次加工中需留足加工余量。

打磨毛坯件的表面前留0.3mm加工余量。

所述处理工序s2的具体内容如下：分为多次加工汽道；先粗铣，再精加工。

在汽道精加工之后，使用三轴数控电火花机，采用沿轨迹加工的方法加工汽道的残余部分。如图7所示。

所述处理工序s4的具体内容如下：按叶片的排列顺序，叶片依次分为第一叶片1、第二叶片2和第三叶片3，第一叶片1位于第二叶片2的背弧侧，第三叶片3位于第二叶片2的内弧侧；精加工第一叶片1的背弧和第三叶片3的内弧。

实施例2

本发明的实施例提供了一种三联叶片的加工方法，包括以下处理工序：

s1、备毛坯件并加工其各个表面；

s2、加工汽道；如图6所示；

s3、加工内环：精加工进汽侧和/或出汽侧的内环；如图4、图5所示；

s4、加工叶片弧面：精加工叶片的弧面并抛光；

s5、最后，加工三联叶片的叶根4和叶冠5；如图9所示。

所述处理工序s1的具体内容如下：根据三联叶片的外形尺寸确定毛坯件并制作；然后，铣削加工毛坯件的各个表面并打磨。

毛坯件为锻件，锻件的力学性能比铸件好，能承受大的冲击力作用和其他重负荷，所以，凡是一些重要的、受力大的零件都采用锻件。

所述毛坯件为长条形，其具有六个平面。

毛坯件的外形尺寸是根据三联叶片的整体尺寸确定的，另外还加了一定的加工余量，余量通常在15mm-25mm之间。

分多次加工毛坯件的表面，每次加工中需留足加工余量。

打磨毛坯件的表面前留0.3mm加工余量。

0.3mm的加工余量适宜，若加工余量过大，则增加打磨的难度及时长；若加工余量不足，则表面加工后其粗糙度可能达不到要求。

所述处理工序s2的具体内容如下：分为多次加工汽道；先粗铣，再精加工。

汽道加工分为分别对进汽侧汽道和出汽侧汽道的加工。通常为两次加工成型，可以减小一次加工的难度，同时提高加工质量。因为一次加工成型可能导致加工面粗糙度过高达不到要求。如果加工成型的次数过多，又会造成工序过长，效率降低的问题。

所述精加工汽道采用数控电火花加工方式。

在汽道精加工之后，使用三轴数控电火花机，采用沿轨迹加工的方法加工汽道的残余部分。如图7所示。

火花机是一种机械加工设备，主要用于电火花加工。广泛应用在各种金属模具、机械设备的制造中。它是利用浸在工作液中的两极间脉冲放电时产生的电蚀作用蚀除导电材料的特种加工方法，又称放电加工或电蚀加工。火花加工的主要用于加工具有复杂形状的型孔和型腔的模具和零件；加工各种导电材料，如硬质合金和淬火钢等；加工深细孔、异形孔、深槽、窄缝和切割薄片等；加工各种成形刀具、样板和螺纹环规等工具。火花加工的能力很强，适用性非常好。

所述处理工序s4的具体内容如下：按叶片的排列顺序，叶片依次分为第一叶片1、第二叶片2和第三叶片3，第一叶片1位于第二叶片2的背弧侧，第三叶片3位于第二叶片2的内弧侧；精加工第一叶片1的背弧和第三叶片3的内弧。

精加工叶片的弧面采用五轴机床加工。如图8所示。

五轴机床即五轴联动数控机床，其是一种科技含量高、精密度高专门用于加工复杂曲面的机床，这种机床系统对一个国家的航空、航天、军事、科研、精密器械、高精医疗设备等等行业有着举足轻重的影响力。目前，五轴联动数控机床系统是解决叶轮、叶片、船用螺旋桨、重型发电机转子、汽轮机转子、大型柴油机曲轴等等加工的唯一手段。

最后应说明的是：以上各实施例仅仅为本发明的较优实施例用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，当更不是限制本发明的专利范围；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围；另外，将本发明的技术方案直接或间接的运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。