燃機(jī)壓氣機(jī)IGV和1～3級(jí)靜葉毛坯制造技術(shù)研究

時(shí)冬清　廖　青　龍正建　劉明松

(東方汽輪機(jī)有限公司，四川618000)

?

燃機(jī)壓氣機(jī)IGV和1～3級(jí)靜葉毛坯制造技術(shù)研究

時(shí)冬清廖青龍正建劉明松

(東方汽輪機(jī)有限公司，四川618000)

摘要：針對(duì)燃機(jī)壓氣機(jī)IGV和1～3級(jí)靜葉特點(diǎn)，通過采用自由鍛成形方案，設(shè)計(jì)專用摔子和等高塊等工裝，最終實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品批量化生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：壓氣機(jī)；靜葉片；自由鍛成形

為加速燃機(jī)主要零部件國產(chǎn)化，掌握關(guān)鍵零部件的制造技術(shù)，選取壓氣機(jī)IGV及靜葉1～3級(jí)葉片毛坯進(jìn)行研究。該類葉片形狀一端是圓形手把，中部是圓形餅，另一端是葉片型線生成的葉身，形狀像馬刀，故稱“馬刀靜葉”。

1葉片結(jié)構(gòu)及毛坯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

首先對(duì)葉片的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行分析，IGV及1～3級(jí)靜葉外形結(jié)構(gòu)類似。下面以IGV葉片為例進(jìn)行分析，見圖1。

該類葉片的葉根為圓形手柄型結(jié)構(gòu)，葉根與葉身以大過渡連接，進(jìn)、出汽邊薄，如何保證由模鍛成形更改為自由鍛成形，并保證自由鍛成形后整體加工余量均勻合理，成為葉片毛坯設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)。為滿足成形工序要求和余量均勻，保證葉片最小加工余量5 mm，將葉片毛坯形式設(shè)計(jì)為如圖2結(jié)構(gòu)形式。

圖1　IGV及1～3級(jí)靜葉產(chǎn)品形式Figure 1　Product appearance of IGV and 1～3 grades stator blade

圖2　IGV及1～3級(jí)靜葉毛坯形式Figure 2　Blank appearance of IGV and 1～3 grades stator blade

但采用自由鍛成形技術(shù)方案，容易在成形過程中造成偏心打擊。如何平衡葉根、型線受力與控制高低點(diǎn)落差較大等技術(shù)問題都給技術(shù)人員帶來了挑戰(zhàn)。需設(shè)計(jì)自由鍛成形摔子和等高塊，滿足成形工序要求，并保證鍛件余量均勻。

2需要解決的問題

采用自由鍛成形方案需要解決的問題主要有：

(1)改變傳統(tǒng)模鍛成形為自由鍛成形，降低葉片鍛件毛坯制造成本；

(2)采用等高塊，避免成形過程中造成偏心打擊；

(3)采用成形摔子解決自由鍛成形后整體加工余量均勻合理；

(4)解決具體制造過程中的分料和桿部左右兩端拔長中遇到的實(shí)際問題；

(5)解決葉片打孔、樣板檢查難題，保證葉片加工余量均勻。

3工藝總體方案策劃

工藝總體方案策劃如下：

(1)分析每個(gè)級(jí)別葉片的具體形態(tài)，確定葉片的毛坯設(shè)計(jì)和制造工藝方案；

(2)設(shè)計(jì)葉片所需要的專用摔子、等高塊、專用樣板、通用打孔工裝等工裝；

(3)確定坯料成形的操作工序和每個(gè)關(guān)鍵尺寸在成形過程中的具體控制方案，并進(jìn)行葉片自由鍛成形試制；

(4)通過試制驗(yàn)證該類葉片毛坯設(shè)計(jì)、輔具工裝設(shè)計(jì)、分料方式、葉片成形、余量均勻度等；

(5)設(shè)計(jì)三頂針打孔定位裝置和專用樣板，并制定該類葉片三頂針打孔定位方法和葉片余量檢查方法。

4打孔裝置及檢測樣板設(shè)計(jì)

4.1打孔裝置設(shè)計(jì)原理

設(shè)計(jì)原理：先將打孔工裝安裝在三孔鉆平臺(tái)，用定位尺左右定位，把緊固定螺栓，再將葉片放置在打孔工裝上，將葉片毛坯緊靠在定位塊斜面上，然后擰緊壓板，即可同步進(jìn)行兩端頂針孔鉆切加工，三個(gè)中心孔一次性加工到位保證了中心孔的位置精度進(jìn)而保證葉片型線余量分布均勻，工裝示意圖見圖3所示。

圖3　打孔工裝示意圖(去除壓緊塊)Figure 3　Diagram of punching tooling (removing the pressing block)

4.2檢查樣板的設(shè)計(jì)

(1)型線樣板按葉片產(chǎn)品精加工型線外放最小包絡(luò)量3.0 mm。

(2)葉片葉根和葉頂兩端包含60 mm加工工藝頭。

5產(chǎn)品自由鍛成形試驗(yàn)

試驗(yàn)時(shí)，每個(gè)級(jí)別葉片分別自由鍛毛坯2件，葉片成形后目視檢查，葉片毛坯成型效果較好。由于自由鍛成形采用等高塊避免偏心打擊同時(shí)配合成形摔子輔助成形，成形的葉片的手柄位置和型線余量均勻性和一致性很好，基本保證在3 mm左右的余量偏差，且中心重合偏心控制在2 mm～3 mm范圍，完全能夠保證后續(xù)三頂針打孔要求，實(shí)物照片如圖4。

圖4　IGV及1～3級(jí)靜片毛坯實(shí)物圖Figure 4　Real blank photo of IGV and 1～3 grades stator blade

6毛坯檢查

6.1力學(xué)性能及金相組織檢查

對(duì)首批試生產(chǎn)的毛坯按工藝流程進(jìn)行鍛后熱處理，對(duì)其試樣進(jìn)行破壞試驗(yàn)，經(jīng)檢測力學(xué)性能、金相組織和晶粒度等檢驗(yàn)結(jié)果都符合規(guī)范要求。

6.2葉片打孔

6.2.1打孔裝置定位

將鉆頭中心線與打孔裝置上的頂針孔中心標(biāo)記線對(duì)齊，見圖5。

6.2.2葉片毛坯在打孔工裝上定位

葉片在打孔工裝上定位見圖5，注意根據(jù)葉片物料號(hào)選擇相應(yīng)的定位塊。注意毛坯型線部分與柄部非對(duì)稱。

圖5　葉片在打孔裝置上定位Figure 5　Positioning of blade on the punching device

(a)毛坯正面檢測

(b)毛坯側(cè)面檢測

6.2.3葉片檢查

葉片打完孔后直接使用樣板檢查毛坯余量。檢查前必須根據(jù)葉片物料號(hào)選擇相應(yīng)的檢測樣板，檢測示意圖見圖6(以IGV靜葉檢測為例)。從正面和側(cè)面兩個(gè)方向檢測毛坯，檢測時(shí)將毛坯

兩端頂針孔中心線與樣板上標(biāo)記線對(duì)齊。目視檢查葉片表面無折疊、起皺和開裂缺陷。

7葉片批量化生產(chǎn)

試生產(chǎn)完成后，我們對(duì)自由鍛工藝進(jìn)行了優(yōu)化、定型并投入實(shí)際生產(chǎn)。實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，根據(jù)毛坯余量偏內(nèi)弧側(cè)的問題，通過調(diào)整打孔工裝葉片定位塊，將中心孔位置向內(nèi)弧側(cè)偏移，使葉片內(nèi)、背弧余量基本均勻。

8結(jié)論

本項(xiàng)目以燃機(jī)壓氣機(jī)IGV及1～3級(jí)靜葉改變傳統(tǒng)模鍛成形方式為自由鍛成形，縮短了葉片鍛件毛坯制造周期，節(jié)約了模具費(fèi)用，優(yōu)化了工序流程，并通過采用等高塊，成功解決了自由鍛成形過程中的偏心打擊；采用成形摔子實(shí)現(xiàn)自由鍛成形后整體加工余量均勻合理；解決具體制造過程中的分料和桿部左右兩端拔長中遇到的實(shí)際問題；解決葉片打孔、樣板檢查難題，保證葉片加工余量均勻。通過攻關(guān)，掌握了該類葉片自由鍛成形過程的控制重點(diǎn)與難點(diǎn)，對(duì)葉片毛坯進(jìn)行相應(yīng)檢查，葉片毛坯達(dá)到了相應(yīng)的技術(shù)要求，滿足生產(chǎn)要求。本項(xiàng)目研究完成后，將大大提高燃汽輪機(jī)市場競爭能力，提高燃機(jī)關(guān)鍵部件的生產(chǎn)能力和效率，使燃機(jī)IGV等靜葉片的毛坯設(shè)計(jì)、制造工藝、質(zhì)量等方面躍上一個(gè)新的臺(tái)階，具有很強(qiáng)的推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]鄧文英.金屬工藝學(xué)[M].北京：人民教育出版社.

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

[3]萬嘉禮.機(jī)電工程金屬材料手冊[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社.

[4]呂炎.鍛造工藝學(xué)[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社.

編輯杜青泉

Research on Manufacturing Technology of IGV and 1～3 Grades Stator Blade for Gas Turbine Compressor

Shi Dongqing,Liao Qing,Long Zhengjian,Liu Mingsong

Abstract：On account of the characteristics of IGV and 1～3 grades stator blade for gas turbine compressor,by adopting the open die forging process,the tooling such as specialized swaging die and equal-height block etc.has been designed,so as to realize the batch production of products eventually.

Key words：compressor;stator blade;open die forging

收稿日期：2016—02—21

作者簡介：時(shí)冬清(1980—)，女，工程師，主要從事無損檢驗(yàn)和鍛壓技術(shù)研究。電話：13990239865，E-mail：shidq@mail.dfstw.com

中圖分類號(hào)：TG316

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B