660 MW與600 MW機(jī)組葉片毛坯通用設(shè)計(jì)及試制

鄧凌宇 龍正建 劉明松 李 波

(東方汽輪機(jī)有限公司制造技術(shù)處，四川618000)

根據(jù)公司加快生產(chǎn)進(jìn)度，縮短零件的制造周期，降低生產(chǎn)成本的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)形勢(shì)，我們需要在合理的范圍內(nèi)，對(duì)相似的模鍛葉片進(jìn)行通用毛坯設(shè)計(jì)，以減少模具數(shù)量，縮短模具制造周期，降低模鍛葉片的生產(chǎn)成本。

D600P與D660E的第5級(jí)動(dòng)葉片、第6級(jí)動(dòng)葉片、第6級(jí)導(dǎo)葉片這六種葉片，按常規(guī)思路應(yīng)該設(shè)計(jì)六種葉片毛坯及相應(yīng)的模具、工裝。在初步方案制定過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)D600P與D660E機(jī)組的第5級(jí)動(dòng)葉片共用一種汽道型線，同時(shí)葉根、葉冠的外形尺寸、葉片高度、出口高度也相差不大。第6級(jí)動(dòng)葉片、導(dǎo)葉片也是這種類似的情況。因此，我們考慮對(duì)這些葉片采用通用毛坯設(shè)計(jì)，以減少模具、工裝的數(shù)量，降低生產(chǎn)周期和成本。

通用毛坯設(shè)計(jì)需設(shè)計(jì)通用的毛坯、模具、打孔工裝及檢查工裝，需要對(duì)模鍛毛坯開(kāi)坯形式進(jìn)行研究，并試制首批葉片毛坯，驗(yàn)證通用毛坯是否同時(shí)滿足兩種不同機(jī)組葉片的要求。

以上提到的葉片毛坯、模具設(shè)計(jì)中的問(wèn)題和解決方法需要以工藝試驗(yàn)的形式來(lái)驗(yàn)證其是否合理，是否符合毛坯和模具設(shè)計(jì)的要求。

1 通用設(shè)計(jì)和參數(shù)確定

1.1 葉片毛坯通用設(shè)計(jì)

D600P與D660E的第5級(jí)動(dòng)葉片葉身共用型線，葉根、葉冠尺寸形狀也比較接近，但兩種葉片的葉根坐標(biāo)系存在1.7 mm的偏移及1.2°的扭角。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)考慮兩種葉片雖可共用一種毛坯，但需設(shè)計(jì)兩套打孔工裝，以保證每種葉片的打孔中心均位于其葉根中心。

如圖1所示，XOY為這兩種葉片的型線坐標(biāo)系，同時(shí)也是D600P第5級(jí)動(dòng)葉的葉根坐標(biāo)系。UOV為D660E第5級(jí)動(dòng)葉的葉根坐標(biāo)系。點(diǎn)劃線為D660E第5級(jí)動(dòng)葉的葉根、葉冠輪廓，內(nèi)側(cè)細(xì)實(shí)線為D600P第5級(jí)動(dòng)葉的葉根、葉冠的輪廓圖。葉片毛坯葉根、葉冠既要保證每種葉片都至少有5 mm加工余量，同時(shí)又要取得最小的外輪廓以盡量避免增加額外的機(jī)加工余量。圖1中的外側(cè)細(xì)實(shí)線即處理后的葉片毛坯葉根、葉冠輪廓圖。根據(jù)模鍛葉片放量標(biāo)準(zhǔn)，并考慮到兩種葉片葉根坐標(biāo)的偏移及扭角，模鍛葉片汽道部分單面放量3 mm。在打孔時(shí)，設(shè)計(jì)兩套工裝，以保證兩種葉片的定位孔均位于其葉根中心上。

D600P與D660E的第6級(jí)動(dòng)、靜葉片與第5級(jí)類似，但由于通用毛坯的兩種葉片的葉根中心重合，因而只需要在處理葉根、葉冠時(shí)保證每種葉片均有足夠的加工余量即可。根據(jù)模鍛葉片放量標(biāo)準(zhǔn)，模鍛葉片汽道部分單邊放量2.5 mm，葉根和葉冠單邊放量5 mm。

在模鍛葉片汽道型線處理過(guò)程中我們采用了直線分模的方法，使得模具能夠完全分模，避免分模帶來(lái)的出汽邊余量過(guò)大的缺陷，使得整個(gè)葉片的余量分布均勻，保證葉片的后續(xù)加工。

1.2 鍛模設(shè)計(jì)

圖1 第5級(jí)動(dòng)葉片毛坯通用處理Figure 1 General treatment for fifth moving blade block

圖2 第6級(jí)靜葉片毛坯Figure 2 Sixth stationary blade block

為了使葉片毛坯在模膛受到均勻打擊，設(shè)計(jì)鍛模時(shí)將葉片型線中心線與燕尾中心線重合，并使左右兩邊投影面積基本對(duì)稱，保證葉片在模鍛時(shí)受力均勻。

靜葉片為瓦塊型葉片(見(jiàn)圖2)，整體較薄，為節(jié)約模具成本，縮短模具制造周期，鍛模采用鑲塊模結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖3所示)。

動(dòng)葉片為大帶冠葉片(見(jiàn)圖4和圖5)，該葉片的毛坯葉根、葉冠重，同時(shí)動(dòng)葉片葉頂?shù)膬蓚€(gè)尖點(diǎn)分別位于模鍛旋轉(zhuǎn)角度方向的最高和最低點(diǎn)，故模塊采用整體模結(jié)構(gòu)，同時(shí)該葉片成形打擊力也大，需提高模具的制造精度和表面粗糙度，同時(shí)模具的錯(cuò)移采用了角鎖口結(jié)構(gòu)，鎖口尺寸長(zhǎng)寬高的比例大致選為3∶2∶1。鍛模模膛及鎖口見(jiàn)圖6和圖7。

圖3 第6級(jí)靜葉片鍛模模膛結(jié)構(gòu)圖Figure 3 Constructional drawing of forging die cavity for sixth stationary blade

圖4 第5級(jí)動(dòng)葉片毛坯Figure 4 Fifth moving blade block

圖5 第6級(jí)動(dòng)葉片毛坯Figure 5 Sixth moving blade block

圖6 第5級(jí)動(dòng)葉片鍛模模膛結(jié)構(gòu)圖Figure 6 Constructional drawing of forging die cavity for fifth moving blade

圖7 第6級(jí)動(dòng)葉片鍛模模膛結(jié)構(gòu)圖Figure 7 Constructional drawing of forging die cavity for sixth moving blade

1.3 打孔裝置設(shè)計(jì)

D600P與D660E的第5級(jí)動(dòng)葉片雖然通用一種毛坯，但由于這兩種葉片的葉根中心坐標(biāo)存在一定的偏移及扭角，因此需要單獨(dú)設(shè)計(jì)打孔裝置以保證這兩種葉片的定位孔均位于其葉根中心。而D600P與D660E第6級(jí)動(dòng)葉片及靜葉片均可分別共用打孔裝置。打孔的工作原理為，先把打孔裝置安裝在三孔鉆平臺(tái)，然后將葉片毛坯按設(shè)計(jì)的方向放置在打孔裝置上，依靠葉根、葉冠定位，用相應(yīng)的壓緊塊壓緊，并用螺栓緊固，依靠定位條確定好打孔的位置后即可進(jìn)行打孔。打孔裝置如圖8～11。

1.4 樣板設(shè)計(jì)

樣板設(shè)計(jì)是在鍛件型線的基礎(chǔ)上再放一定的外包絡(luò)量，其中第5級(jí)動(dòng)葉型線單邊放3 mm的外包絡(luò)量，第6級(jí)動(dòng)葉及靜葉型線單邊放2.5 mm的外包絡(luò)量，而葉根和葉頂均在鍛件基礎(chǔ)上單邊放10 mm的外包絡(luò)量。在綜合量具上檢查時(shí)用漏光標(biāo)準(zhǔn)在量具上衡量葉片的漏光，對(duì)一種葉片選取3個(gè)型線截面加上葉根、葉冠總計(jì)5個(gè)截面作為檢查截面。

圖8 D600P第5級(jí)動(dòng)葉片打孔工裝Figure 8 Punching tool for D600P fifth moving blade

圖9 D660E第5級(jí)動(dòng)葉片打孔工裝Figure 9 Punching tool for D660E fifth moving blade

圖10 第6級(jí)動(dòng)葉片打孔工裝Figure 10 Punching tool for sixth moving blade

圖11 第6級(jí)靜葉片打孔工裝Figure 11 Punching tool for sixth stationary blade

1.5 鍛造溫度確定

第5級(jí)動(dòng)葉及第6級(jí)靜葉用鋼2Cr11Mo1VNbN是一種耐熱、耐酸、高溫合金鋼。我們依照《金屬材料手冊(cè)》選取始鍛溫度1 150℃，終鍛溫度900℃。

第6級(jí)動(dòng)葉用鋼2Cr12NiMo1W1V是一種馬氏體耐熱不銹鋼，具有較好的耐腐蝕性能，常溫和高溫力學(xué)性能良好，缺口敏感性小，減震性及抗松弛性能良好。我們依照《金屬材料手冊(cè)》選取始鍛溫度1 100℃，終鍛溫度850℃。

1.6 荒坯形狀設(shè)計(jì)

第5、第6級(jí)動(dòng)葉片為大帶冠葉片，我們將其荒坯設(shè)計(jì)成兩頭大中間小的啞鈴狀。由于這兩級(jí)的動(dòng)葉片葉冠形狀類似扁長(zhǎng)的矩形，我們將其荒坯的葉冠部分進(jìn)行拍扁處理，見(jiàn)圖12和圖13。

圖12 第5級(jí)動(dòng)葉片荒坯形狀圖Figure 12 Shape of wild semifinished product of fifth moving blade

圖13 第6級(jí)動(dòng)葉片荒坯形狀圖Figure 13 Shape of wild semifinished product of sixth moving blade

第6級(jí)靜葉片為瓦塊形葉片，以往我們將開(kāi)坯形式設(shè)計(jì)為長(zhǎng)方體，模鍛時(shí)易出現(xiàn)飛邊不均勻，充型不完整等現(xiàn)象。為了提高模鍛葉片毛坯的質(zhì)量和合格率，我們嘗試將其設(shè)計(jì)為圓形荒坯。由于該葉片的葉根、葉冠也是類似于葉身型線的新月形狀，為方便成形，在設(shè)計(jì)荒坯時(shí)將葉根、葉冠部分由圓形拍扁，見(jiàn)圖14。

圖14 第6級(jí)靜葉片荒坯形狀圖Figure 14 Shape of wild semifinished product sixth stationary blade

2 試制

首批各試制10件模鍛葉片毛坯，并進(jìn)行了鍛后熱處理。

3 試制結(jié)果

3.1 外形尺寸檢查

為驗(yàn)證模鍛葉片外形尺寸的準(zhǔn)確性，從首批試制的10件毛坯中各抽取兩件進(jìn)行了綜合量具和三坐標(biāo)檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)果顯示該批模鍛葉片的外形尺寸與所設(shè)計(jì)的外形尺寸基本吻合，能保證后續(xù)機(jī)加工的余量，且余量分布較為均勻。

3.2 力學(xué)性能及金相組織檢查

對(duì)首批試制的模鍛毛坯按工藝流程進(jìn)行熱處理，抽取一兩件毛坯進(jìn)行了破壞性試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，模鍛葉片達(dá)到了設(shè)計(jì)需要的力學(xué)性能，金相組織和晶粒度也符合要求。

[1] 李成功等編.鍛壓技術(shù)手冊(cè).北京：國(guó)防工業(yè)出版社.

[2] 張志文編.鍛造工藝學(xué).北京：機(jī)械工業(yè)出版社.

[3] 曾斌主編.模具設(shè)計(jì)與制造基礎(chǔ).北京：電子工業(yè)出版社.

[4] 郝濱海編著.鍛造模具簡(jiǎn)明設(shè)計(jì)手冊(cè).北京：化學(xué)工業(yè)出版社.

[5] 萬(wàn)嘉禮主編.機(jī)電工程金屬材料手冊(cè).上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社.

[6] 姚澤坤主編.鍛造工藝學(xué)與模具設(shè)計(jì).西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社.