新型銑刀在樅樹(shù)型葉根加工中的應(yīng)用

王紅海， 黃興軍

（哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司，哈爾濱150046）

0 引言

葉片是汽輪機(jī)的核心部件之一，它起著將蒸汽的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的作用[1]，所以，葉片加工質(zhì)量的好壞，直接影響汽輪機(jī)效率的高低；葉片又是汽輪機(jī)中數(shù)量最多的部件，所以，對(duì)其加工效率、加工成本的控制將直接影響公司產(chǎn)品的交貨周期和利潤(rùn)。

葉根齒型部分作為葉片精度要求最高的部位之一，提高其加工質(zhì)量和加工效率、降低加工成本，對(duì)葉片加工來(lái)說(shuō)，是必須重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。

1 汽輪機(jī)葉片的樅樹(shù)型葉根

汽輪機(jī)葉片的樅樹(shù)型葉根是一種高承載能力的葉根，優(yōu)點(diǎn)是裝配和更換方便，在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中有良好的可靠性和安全性，缺點(diǎn)是其型線復(fù)雜、加工成本高[2-5]。如圖1所示，為典型的汽輪機(jī)樅樹(shù)型葉根葉片。

圖1 典型的汽輪機(jī)樅樹(shù)型葉根葉片

2 方法和手段

此前，我公司一直使用的是沒(méi)有刃傾角的高速鋼葉根銑刀，這種銑刀使用時(shí)抗力大，由于采用的是高速鋼，刀具的一次壽命也比較短，唯一的優(yōu)點(diǎn)是制造簡(jiǎn)單。隨著數(shù)控機(jī)床的不斷普及、焊接水平的不斷提高、刀具材料的不斷更新，新型結(jié)構(gòu)的型線刀具的應(yīng)用就成為了可能。

針對(duì)這一情況，我們計(jì)劃應(yīng)用一種新型銑刀替代原來(lái)的普通高速鋼葉根銑刀，再通過(guò)試驗(yàn)調(diào)整、優(yōu)化工藝參數(shù)，最終達(dá)到提質(zhì)、增效、降成本的目的。

3 新型葉根銑刀的設(shè)計(jì)方案

新型葉根銑刀相比原來(lái)的普通葉根銑刀應(yīng)該具有切削輕快、效率高、壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，而且刀具的成本不能太高。綜合考慮這些因素，對(duì)于新型葉根銑刀的設(shè)計(jì)方案，我們主要從刀具的結(jié)構(gòu)、材質(zhì)兩方面加以改進(jìn)，具體如下：

1）采用帶刃傾角的結(jié)構(gòu)，相比原來(lái)的零刃傾角，在使用時(shí)，刀具的刃口在軸線方向是逐步切入與切出的，能有效地減小抗力，提高切削的平穩(wěn)性。當(dāng)然，刃傾角也不能太大，對(duì)于型線刀來(lái)說(shuō)，太大的刃傾角將不利于制造和修磨[6-12]。最終，新型刀具采用的刃傾角為6°，如圖2所示。

2）采用焊接刀片的方式，刃部使用硬質(zhì)合金，刀體使用合金鋼，在保證刀具具有較高的加工效率和較長(zhǎng)的使用壽命的情況下，能有效地降低刀具的成本。

圖2 新型葉根銑刀結(jié)構(gòu)

圖3 新型葉根銑刀實(shí)物圖

對(duì)于大尺寸硬質(zhì)合金片的焊接，其焊接溫度不能過(guò)高，以避免焊接變形和刀片的強(qiáng)度降低。由于采用的是低溫焊接，與涂層的溫度區(qū)間重疊，所以，這種刀具不適合涂層[13-15]。

新型葉根銑刀的成品實(shí)物如圖3所示。

4 試驗(yàn)

好的加工參數(shù)能充分展現(xiàn)出刀具的性能，在提高產(chǎn)品的加工質(zhì)量、提高加工效率的同時(shí)盡可能延長(zhǎng)刀具的壽命。

新型葉根銑刀在加工中的合理切削參數(shù)肯定與普通的葉根銑刀不一樣，需要通過(guò)工藝試驗(yàn)，對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，使刀具的性能得到充分發(fā)揮。

4.1 試驗(yàn)的前期準(zhǔn)備工作

1）新型刀具的設(shè)計(jì)與制造。2）確定試驗(yàn)的方案。方案包括試驗(yàn)所需要的機(jī)床，試驗(yàn)料的狀態(tài)，試驗(yàn)料在機(jī)床上的裝夾找正、對(duì)刀，初步確定試驗(yàn)所用的工藝參數(shù)，試驗(yàn)需要達(dá)到的尺寸以及表面粗糙度要求，需要記錄的數(shù)據(jù)，等等。3）準(zhǔn)備待加工的試驗(yàn)料（批量）、型線試驗(yàn)塊（數(shù)量大于需要試驗(yàn)的刀具數(shù)，一般2倍左右），與之相匹配的夾具、量具。4）當(dāng)上述三項(xiàng)都準(zhǔn)備完成后，向公司提出進(jìn)行刀具試驗(yàn)的申請(qǐng)。公司根據(jù)計(jì)劃，按試驗(yàn)方案的要求安排試驗(yàn)的時(shí)間、機(jī)床。

4.2 試驗(yàn)的過(guò)程

1）根據(jù)試驗(yàn)方案檢查試驗(yàn)料所處的狀態(tài)是否符合要求，與之相匹配的夾具、量具以及需要試驗(yàn)的刀具是否準(zhǔn)備齊全。2）對(duì)機(jī)床上的夾具進(jìn)行校模，保證試驗(yàn)料、型線試驗(yàn)塊在機(jī)床上的裝夾位置正確。3）刀具安裝好后，進(jìn)行對(duì)刀，保證所要加工的型線在試驗(yàn)料及型線試驗(yàn)塊上的位置準(zhǔn)確。4）加工一個(gè)型線試驗(yàn)塊，對(duì)其進(jìn)行型線的投影檢測(cè)。如果檢測(cè)合格，則跳到第6）步，進(jìn)行后續(xù)的試驗(yàn)料的加工。5）如果檢測(cè)不合格，情況分兩種：a.型線的輪廓正確，但中徑不對(duì)，則需要重新對(duì)刀。對(duì)完刀后再次從第4）步開(kāi)始。b.型線的輪廓不正確，則需要更換新刀，新刀安裝完成后再次從第4）步開(kāi)始。同時(shí)，將因型線輪廓不正確更換下來(lái)的刀具送去返修（型線輪廓不正確，說(shuō)明刀具本身有問(wèn)題）。6）根據(jù)給定的工藝參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)料的加工。7）對(duì)于首件試驗(yàn)料的加工，檢查葉根型線的表面粗糙度是否合格，合格則進(jìn)行下一塊試驗(yàn)料的加工。如果粗糙度不合格，調(diào)整工藝參數(shù)，再次從第6）步開(kāi)始。8）對(duì)于非首件試驗(yàn)料的加工，檢查葉根型線的表面粗糙度、型線中徑是否同時(shí)滿足要求，滿足則進(jìn)行下一塊試驗(yàn)料的加工。如果是中徑即將達(dá)到尺寸公差的極限，在程序中對(duì)中徑進(jìn)行補(bǔ)償；如果是粗糙度不滿足，則需要換刀，再次從第4）步開(kāi)始。9）在刀具試驗(yàn)表上記錄每塊試驗(yàn)料的加工情況：所用的工藝參數(shù)、刀具一次壽命加工的試驗(yàn)料的數(shù)量以及刀具的磨損情況。10）試驗(yàn)結(jié)束，刀具試驗(yàn)表如實(shí)填寫完成后，參與試驗(yàn)的相關(guān)部門人員簽字確認(rèn)，明確此次刀具試驗(yàn)的結(jié)果。

4.3 試驗(yàn)總結(jié)

1）如果試驗(yàn)成功，對(duì)本項(xiàng)目進(jìn)行總結(jié)，并固化工藝，相關(guān)部門按固化后的工藝進(jìn)行生產(chǎn)。2）如果試驗(yàn)不理想，進(jìn)行原因分析，提出改進(jìn)方案。根據(jù)改進(jìn)方案安排后續(xù)的工作，并列出工作計(jì)劃，準(zhǔn)備下一次的刀具試驗(yàn)。

5 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

對(duì)于新型葉根銑刀來(lái)說(shuō)，為了達(dá)到更理想的加工狀態(tài)，在保證型線表面粗糙度合格的前提下，提高加工效率，延長(zhǎng)刀具壽命，減小加工的噪聲，需要反復(fù)調(diào)整加工的工藝參數(shù)。這些調(diào)整后的工藝參數(shù)以及加工情況就是我們最終需要的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

在小、大樅樹(shù)型葉根上經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)后，最終得到了比較滿意的結(jié)果，具體數(shù)據(jù)如下：

1）某樅樹(shù)型小葉根葉片。

試驗(yàn)機(jī)床：MCH-800，加工參數(shù)及效果對(duì)比如表1所示。

加工對(duì)比圖如圖4、圖5所示。從對(duì)比圖能很明顯看出來(lái)，新型銑刀加工的小樅樹(shù)型葉根的表面質(zhì)量更好。

表1 某樅樹(shù)型小葉根葉片加工試驗(yàn)參數(shù)及效果對(duì)比

圖4 普通銑刀加工的小葉根

圖5 新型銑刀加工的小葉根

2）某樅樹(shù)型大葉根葉片。

試驗(yàn)機(jī)床為HTM-63H（海天），加工參數(shù)及效果對(duì)比如表2所示。

加工對(duì)比圖如圖5、圖6所示。從對(duì)比圖能很明顯看出來(lái)，新型銑刀加工的大樅樹(shù)型葉根的表面質(zhì)量更好。

表2 某樅樹(shù)型大葉根葉片加工試驗(yàn)參數(shù)及效果對(duì)比

圖6 普通銑刀加工的大葉根

圖7 新型銑刀加工的大葉根

在汽輪機(jī)葉片的樅樹(shù)型葉根的加工過(guò)程中，使用新型葉根銑刀后，取得了如下幾方面的成果：1）質(zhì)量方面，使用新型葉根銑刀，汽輪機(jī)葉片的樅樹(shù)型葉根的型線表面加工質(zhì)量顯著提高；2）效率方面，新型葉根銑刀的加工效率是普通葉根銑刀的2倍以上；3）壽命方面，新型葉根銑刀的一次壽命是普通葉根銑刀的6倍以上。

6 效益分析及推廣應(yīng)用前景

1）質(zhì)量。提高質(zhì)量就是提高公司產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力，提高公司品牌形象。全面推廣這種新型葉根銑刀，有利于提高汽輪機(jī)葉片的加工質(zhì)量。

表3 應(yīng)用新型葉根銑刀加工樅樹(shù)型大葉根成本對(duì)比

2）效率。新型銑刀的應(yīng)用使汽輪機(jī)葉片的樅樹(shù)型葉根的加工效率大幅度提高，在大葉片葉根的加工上，加工效率更是達(dá)到原來(lái)的2.9倍。而刀具的一次壽命是原來(lái)的6倍以上，相當(dāng)于減少了5次加工試驗(yàn)塊進(jìn)行型線投影的時(shí)間。也就是說(shuō)，在同等機(jī)床條件下，全面推廣這種新型銑刀，將使公司在葉根加工上的產(chǎn)能提高到原來(lái)的3倍以上。

3）成本。以樅樹(shù)型大葉根為例，其成本對(duì)比情況如表3所示。從表3中的數(shù)據(jù)可以看出，全面推廣這種新型銑刀，將使加工汽輪機(jī)葉片的樅樹(shù)型葉根的刀具費(fèi)用降低60%以上。

在汽輪機(jī)葉片的樅樹(shù)型葉根加工中，應(yīng)用新型葉根銑刀由于有以上如此多的好處，目前，已經(jīng)在我公司全面推廣應(yīng)用。

7 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于制造業(yè)來(lái)說(shuō)，提高產(chǎn)品的加工質(zhì)量，提升產(chǎn)品的加工效率，降低產(chǎn)品的制造成本，是公司發(fā)展壯大的根本之一。新型銑刀在汽輪機(jī)葉片的樅樹(shù)型葉根加工中的全面推廣應(yīng)用，剛好滿足了公司追求高質(zhì)量、高效率、低成本的需求。