水轮机叶片数控技术加工工艺研究

　　叶片 毛 坯 质量的控制是保证叶片最终质量的关键，叶片多为不锈钢铸造结构，材料为OCrl3Ni5Mo。叶片余量不均将直接影响数控加工质量，如余量偏小，则余量分布可调整范围小:余量偏大，则数控加工周期长，费用高，且叶片也容易产生变形。为了保证叶片数控加工的高效性，将叶片正、背面加工余量控制在转轮名义直径的0.1%-0.3%之间，毛坏预先进行粗磨、无损探伤，以及除净缺陷，去除局部高点，使毛坯表面质量得到充分改善，易于划线。

　　2.3 叶片的划检

　　叶片 余 量 划检方式共有3种:a.双光电经纬仪非接触式测量叶片型线余量，它是最经济合理的测量手段，其测量精度完全满足叶片加工精度要求;h.三维划线机点接触测量型线余量，但在测杆伸出过长时，会因测杆自身产生的挠度而增大测量误差;c.利用数控机床的数控测头直接进行测量，它检测精度最高，但占用数控机床，费用也最高，通常用于叶片数控加工后的翼型检测，通过专用检测程序，校验叶片型面的准确性。

　　划检 前 ， 先选择测点，选择原则为叶片较薄处和曲率半径较大处;加密测点，测点越密，测量精度越高，测点在叶片表面呈网格状分布。确定测量基准，然后采集各测点的实际数值，将所采集数据在计算机中与叶片理论翼型比较，通过反复调整，使叶片余量分布尽可能均匀。反馈各测点加工余量值，标注于叶片表面。

　　确定 毛 坯 余量后，要在叶片上划出铣胎支撑截面线、坡口钝边线及加工线、叶片周边线。大型 叶 片 的坡口划检非常关键，尤其上冠处坡口，厚度最大，加工余量也最多，如将坡口开成方形，势必耗费大量工时加工坡口，因此，必须在叶片型面上划出坡口线及钝边线，按线预留出足够余量，其余铲磨去除。上冠坡口划线如图3所示。

　　2.4 叶片的装夹、找正

　　叶片 按 截 面线落在铣胎上，叶片与胎具接触稳固，虚弱点加支撑，通过搭焊板搭焊牢固。按照叶片上的6个基准点，3点多次组合测量，按误差最小值的组合进行编程计算。

　　2.5 叶片的加工

　　叶片 加 工 分为型面、坡口、头尾部加工及数控打标记等四部分。

　　型面 加 工 用盘铣刀，分粗、精铣序。粗铣时，可加大排刀间距及切深，加冷却液，提高加工效率，同时可使叶片充分释放应力，防止精加工后再变形，在国内某大型机组上，曾发生叶片经粗铣后，工件变形达4 mm左右;精铣时，加密排刀，减少切深，虽效率降低，但表面波浪度及粗糙度减小，改善过流面质量。

　　坡口加 工 ，在数控铣头转角允许的情况下，盘铣刀加工可加大走刀量，一次加工到位。经数控加工的坡口，给转轮的最终装配带来方便，大大提高了装配精度，使坡口焊量均匀。

　　头尾 部 加 工的关键是其形状的保证。曲面的形成是由加工的直线段组成而无限接近，加工中，如果无限细化直线段，势必降低加工效率，提高成本。采用棒铣刀或球头刀按其包络线加工，加工成多边形，最终按样板修磨。

　　铣削 方 式 对切削效果有很大影响，一般多采用顺铣方式，顺铣切层由厚到薄，刀齿从待加工表面顺利切人，刀具磨损小，并能获得良好的表面粗糙度。另外，在铣削中加人充分的冷却液，不但对刀具有润滑作用，还对因不锈钢加工导热性差而产生的猫结现象和减轻摩擦有改善。

　　数控 打 标 记主要包括在叶片型面上打出样板截面测量基准线，以及在另外一侧加工找正基准点。

　　2.6 叶片的修磨、抛光

　　数控加工后，修磨去除数控加工过程中形成的刀花和接刀痕(即波峰、波谷)，修磨叶片的波峰，可以在每一“刀”上修1/3的面积，将叶片修光整，满足叶片的波浪度要求。

　　所用工具可选择大功率、转数可达80 00r /min的优质砂轮机，以及专用碗型砂轮片，叶片表面粗糙度全部达到1.6 m。修磨叶片的头、尾部时，采用翼型样板予以控制。

3 工件的检查

　　3.1 叶片型线的检查

　　叶片 翼 型 的检查分为中间过程的局部自检和最终的全面测量。在加工过程中，编程人员给出固定截面的出水力厚度，机床操作者可随时进行自检，有效防止误走刀。叶片全数控加工后，可用检测毛坯余量的3种手段测量叶片正、背面型线，将测量值与理论值进行比较(测量的数据点通常在波谷)。

　　3.2 叶片进、出水边的检查

　　将叶 片 全 部铲磨合格后，叶片的出水边在机床上用卡尺直接测量出水边的厚度，进水边用样板按已有的正、背4 缺陷、变形处理铸件 缺 陷 是难以避免的，必须在加工前将缺陷清理干净，少许的缺陷可在叶片最终加工后点焊处理;大量缺陷的处理要在早期未加工时进行，严格按补焊工艺执行，焊前局部预热，补焊后退火消除焊接应力。

　　铸造 毛 坯 叶片虽经退火处理，其内部仍存在一些残余应力，在加工过程中，由于叶片铸造表层被破坏，以及切削展动、切削热等因素的影响，破坏了原有的应力平衡，使应力重新释放，导致工件变形，在大型叶片上表现尤为突出，尤其在下环与出水边交接处，翼型偏薄，极易产生变形，是导致出水边余量出现负值的直接原因。如何控制工件变形，通过实践与理论分析，得出几点体会:首先，叶片必须得到好的热处理，将铸造产生的残余应力减到最小淇次，划检时，整体叶片的加工余量尽可能分布均匀，当余量出现负值时，要进行补焊、退火处理，消除焊接应力;最后，加工时，在易变形区留少许余量，用以补偿变形量。

5 结束语

　　叶片数控加工技术充分体现了高效、精确和规范等特性，不仅给转轮焊接带来方便，也使转轮整体质量上了一个新台阶，大大增强了产品的竞争力。