第2-11章-叶片制造

西安交通大学能源与动力工程学院第2篇第11章叶片的加工11.1离心式叶片的制造11.2轴流式叶片的制造西安交通大学能源与动力工程学院动力机械中的叶片西安交通大学能源与动力工程学院燃气轮机叶片西安交通大学能源与动力工程学院第11章叶片的加工叶片有离心式、轴流式、横流式与混流式等多种型式，离心式叶片多用于离心式风机与离心式压缩机，轴流叶片多用于轴流风机与压缩机以及(气)汽轮机，它们是应用最广泛的两种叶片的型式。西安交通大学能源与动力工程学院离心风机轴流风机西安交通大学能源与动力工程学院左：60万千瓦汽轮机低压部分叶片右：5-20万千瓦汽轮机低压部分叶片西安交通大学能源与动力工程学院叶片锻件2.3万kW燃气轮机静叶片、导叶片2.3万kW燃气轮机动叶片、喷嘴(精铸)(精铸)西安交通大学能源与动力工程学院11.1离心式叶片的制造1.离心式叶片结构种类离心式风机和离心式压缩机的叶片一般有五种型式：榫头式、贯穿铆钉式、U型Z型和焊接叶片。西安交通大学能源与动力工程学院11.1离心式叶片的制造(1)榫头式与贯穿铆钉孔式——叶片制造都很复杂，但气道平滑无阻塞，在制冷压缩机中用得较广泛。(2)U形或Z形叶片——都用钢板热压弯成U形或Z形，再用铆钉与轮盘以及与轮盖铆接；U形叶片由于制造简单，只要很少特种设备，就能满足加工要求；但如果气道宽度小于20mm或者双侧进气工作轮，为了改善气流和使铆接叶轮方便，就可用Z形叶片；当叶片高度7mm而叶轮尺寸不大时，可用榫头式或贯穿铆钉孔式。西安交通大学能源与动力工程学院11.1离心式叶片的制造(3)贯穿铆钉孔式叶片——适合用在通道高度＜15mm的场合，因为此时，Z，U形叶片的摺边较困难，(4)焊接叶片——随着焊接质量的提高，也可用焊接叶片，这样既可缩短机械加工工时；气道阻塞也小，强度也可增高，特别是高速闭式径向叶轮，更有采用焊接叶片的必要，这是目前广泛运用的原因之一。当然，焊接叶片形状就没有摺边必要，上图可以看出，焊接叶片结构形状最简单。西安交通大学能源与动力工程学院11.1离心式叶片的制造2.叶片材料叶片一般用低合金钢的热轧钢板制造，对叶片材料的主要要求是：(1)力学性能高，以便承受工作时离心力产生的弯曲应力。(2)必须在加热状态下具有很好的塑性，以便模压成形。(3)必须耐磨，以免在与流动的工质一起存在硬质微粒的摩擦下产生较大的磨损。(4)满足一些其他要求，如耐腐蚀等。(5)材料必须光滑，无裂缝、剥层、疤痕、夹层及其他影响强度的缺陷。西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院11.1离心式叶片的制造3.叶片制造工艺(1)毛坯下(落)料下料即是从钢板上切割叶片的毛坯，它是在剪床上按划线进行，而划线则是按照毛坯展开的样板进行的。(2)叶片的弯曲成形与热处理叶片的弯曲通常是在热的状态下在专门的弯曲模中，利用摩擦压力机来进行，叶片模压时的加热温度及其后进行的热处理见表11-2，西安交通大学能源与动力工程学院11.1离心式叶片的制造3.叶片制造工艺回火后选取叶片制成试样，获取拉伸、冲击等力学性能，选取那些硬度最高和最低的叶片，占同一次熔炼和同批热处理叶片总数的2％，但不少于两个。试样沿垂直于热轧钢板的方向切割。西安交通大学能源与动力工程学院11.1离心式叶片的制造3.叶片制造工艺(3)清理检验叶片力学性能之后，清理叶片上的氧化铁屑，这一工序在喷砂机中进行。(4)调直模压后当热处理时，叶片的尺寸会发生偏差，有时很大，因而有些叶片需要重新模压和再度热处理，但大多数叶片用手工即可调直。调直了的叶片，应检查叶片尺寸偏差。(5)叶片进、出口的加工叶片进、出口的加工是按划线在铣床上铣切。进、出口边的倒角的加工一般是用手工挫削，或用砂轮磨削，大型叶片也有用铣床铣进、出口的倒角的。西安交通大学能源与动力工程学院11.2轴流式叶片的制造轴流压缩机、汽轮机的轴流叶片:(1)是一种形状复杂、刚度差的精密零件；(2)对表面完整性要求较高；(3)应减少加工变形及表面的残余应力；(4)对于余量较大的模锻件毛坯，加工通常要经过粗、细与精加工三个阶段；(5)为了减少切削力及热的影响，也广泛应用电解加工方法加工叶身。为了便于安装定位，这种叶片的毛坯预先制有工艺凸台。加工中在其上钻、铰一个孔做为定位基准，如图11-2所示。加工完成后，叶尖的工艺基准要切去。西安交通大学能源与动力工程学院11.2轴流式叶片的制造表11-3中表示一种由模锻毛坯制成轴流工作叶片的加工工艺路线以及各工序所用的定位基准面的代号。西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院11.2轴流式叶片的制造叶片加工分叶身型面和叶片榫头加工11.2.1叶身型面的加工1.叶身型面的几何特点叶身型面是叶片主要工作表面。型面由叶盆与叶背组成，其垂直截面上的形状称为叶型。一些长度短小叶片的型面是直纹面。另一类直纹面是使叶片的叶盆或叶背逼近成为圆锥表面的一部分，如图ll-4所示。直纹面的型面便于加工与检验。西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院11.2.1叶身型面的加工2.叶型的气动设计长度较大的叶片为适应气动设计的要求，沿叶高的叶型形状、厚薄与安装角均不相同。为了保证加工后叶片型面的光顺，叶高各截面上叶盆与叶背的曲线应是光顺的，同时各截面之间沿叶高方向也应是光顺的，为此必须分别对设计给出的曲线上型值点以及对给出的截面进行加密，这时就需应用各种样条函数和曲面光顺的技巧，有时还必须与叶片的气动设计结合起来，通常可用计算机辅助几何造型(CAGD)来完成。西安交通大学能源与动力工程学院11.2.1叶身型面的加工3.叶身型面的加工方法叶身型面的粗、细加工可以用靠模车或靠模铣来加工。如图左与图右。型面细、精加工也可以用电解加工；成型磨、砂带磨也可用以精加工型面。最终加工通常用抛光，使表面粗糙度为Ra0.4～0.8m，型面形状误差在0.1mm。通常在抛光与精磨工序中就需要对型面不断地检验以控制抛光的进程。西安交通大学能源与动力工程学院11.2轴流式叶片的制造11.2.1叶身型面的加工3.叶身型面的加工方法在工作地通常用样板来检验型面。叶片用榫头在测具上定位。沿叶高截面距离由定距块确定。用塞尺检查实际型面上曲线与样板之间误差，通常以透光度表示。样板检验过程如图11-7。西安交通大学能源与动力工程学院11.2.2叶片榫头的加工1.榫头粗加工榫头要经过粗、精两道工序，粗加工用铣，加工出榫头外形。图右是涡轮工作叶片榫头铣削。榫头精加工是加工榫齿，为了保证均匀接触以均匀受力，榫齿尺寸精度较高，对形状位置公差及表面粗糙度也有严格要求。榫头及转接圆弧要求加工到表面粗糙度Ra0.8m。西安交通大学能源与动力工程学院11.2.2叶片榫头的加工2.榫齿精加工榫齿精加工可用铣、拉削或磨削。由于耐热合金加工性差，用铣削加工松树型榫头时刀具磨削大，因此进给及切削速度都较低，生产率也低。拉削是通常加工榫齿方法，可以用卧式或侧式拉床来进行。图右示出用卧式拉床加工松树型榫齿的情况。这时，对拉刀制造材料、精度有较高要求。西安交通大学能源与动力工程学院11.2.2叶片榫头的加工3.榫头加工时的叶身定位(1)点、面定位榫头加工时要用叶身定位以保证叶身与榫头的相对位置。由于叶身是空间曲面，定位夹紧均比较困难。如果叶身型面在榫头加工后还要进行抛光等工序，则可选用叶身上几个点来定位夹紧。如图左和图右西安交通大学能源与动力工程学院11.2.2叶片榫头的加工3.榫头加工时的叶身定位(2)全定位为提高定位的可靠性、避免夹紧力损伤叶身型面，对于已经经过最终加工叶片，加榫头时可以来用低熔点合金定位法。叶片用叶身型面上的几个点先在定位盆内定位，然后在盒内注入低熔点合金。当它凝固后就把叶片固定在定位盒内，方便而牢固。拉完榫头后，将定位盒加温到120140℃使低熔点合金熔化流出，即可取出叶片。定位盒能反复使用。西安交通大学能源与动力工程学院思考题1.离心式叶片材料的基本要求有那些？2.离心式叶片的制造工序有那些？3.如何加工叶身型面？4.如何加工轴流式叶片的榫头？参考文献[1]朱其芳,赵钦新.动力机械与设备制造工艺学.陕西:西安交通大学出版社,1999西安交通大学能源与动力工程学院参考文献[1]朱其芳,赵钦新.动力机械与设备制造工艺学.陕西:西安交通大学出版社,1999