浅析大型水轮机转轮叶片的加工工艺

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摘 要：转轮叶片是大型水轮机的重要组成部分，而转轮叶片的旋转稳定性则在很大程度上受到叶片加工精度的影响。因此，严格控制转轮叶片的加工质量，优化加工工艺，提高转轮叶片的加工精度就变得尤为重要。文章对此进行了深入细致的分析和探讨，希望通过文章的分析能够为相关人士提供一定的参考和借鉴。

关键词：水轮机；转轮叶片；加工工艺；精度

随着工业制造水平的不断提高，以及数控技术的广泛应用，工业生产的效率和精度获得了很大的提升。龙门铣床是加工大型水轮机转轮叶片时所采用的主要设备。转轮叶片的加工精度将直接影响到水轮机转轮的稳定性和处理效率，因此必须采取措施优化加工工艺。

1 大型水轮机转轮叶片加工工艺的基本思路

随着科技的发展和数控技术的应用，水轮机转轮叶片加工方法也一改往日方法单一的局面，可以选择多种方法进行加工，并且提供了更为良好的条件，进而优化加工的工艺。在众多的加工设备中，龙门铣床是其中较为主要的设备，同时也是转轮叶片加工过程中最常使用的设备。通常来说，大型水轮机转轮叶片的加工流程如下：首先，需要运送已经选好的加工零件的原始铸件到加工车间，然后将叶片固定，这里需要借助胎具。依据图纸，使用龙门铣床进行加工，加工的方式为粗加工，留足一定的余量，并进行探伤。如果探伤结果为合格，则将工件反转粗加工另一侧，留够一定的加工余量并探伤。接下来检测型线，与图纸理论型线相比较，所采用的仪器为激光跟踪仪。如果同图纸的理论型线相符，则进行精铣，然后检测另一侧的型线。为保证加工的质量，在加工过程中需要做好刀位计算、刀具选择、叶片测量等工作。

2 大型水轮机转轮叶片加工技术要点

2.1 叶片的测量

叶片的测量是转轮叶片加工过程中十分重要的工序，并且贯穿于加工过程的始终，直接影响了叶片表面的加工精度。水轮机转轮叶片在精铣过程中，对于测量结果的精度，有着很高的要求。并且由于叶片表面呈现为三维雕塑曲面，表面形状较为复杂，因此使用常规的测量仪器和测量方法很难满足精度的要求。因此，必须利用间接或直接测量的方法，并且使用特殊的专业测量工具才能实现曲面加工精度的测量。

在叶片加工的全过程，都需要进行测量。首先，为确定加工余量的具体情况，应测量叶片的毛坯，便于合理固定铸件位置，使得龙门铣床的编程更为合理、优化，从而提高加工的效率和精度。其次，在加工中为了确定粗加工后的剩余量，同样需要测量叶片的尺寸，从而及时调整工件的位置，调整编程。此外，进行检测还可以及时发现叶片变形，做出调整。最后，为验证叶片加工的精度是不是满足所需的质量要求，同样需要进行测量。

2.2 正确地在胎具上固定叶片

装卡找正是利用龙门铣床加工转轮叶片的重要工序，也就是说应在胎具上将叶片的毛坯正确地固定。叶片的中心点并不明显，而且其本身的形状不规则，这就给叶片的装卡找正带来了很大的难度。

装卡的基本原则有如下几点：由于叶片自身的重量较大，因此对于胎具的强度有着较高的要求，否则很可能出现叶片移动的现象。在摆放叶片时，需要确定其重心，因此胎具的支撑点应足够稳定。龙门铣床有着其自身的有效行程范围，超过这个范围则无法完成加工，因此在进行叶片的装卡找正时，叶片的所有需要加工的部位必须在这一范围内。为防止叶片出现变形的问题，必须确保胎具的支撑点稳定可靠。在利用龙门铣床加工叶片的过程中，会产生一定的振动，对叶片的精度造成影响，因此还需要采取有效的减振措施。最后，是对胎具装卡部位的要求，应便于操作、灵活。在一般的装卡找正工序中，利用胎具自身来找正是较为常见的方法，然而采用这种方法的找正效果却不能保证，找正效率低。目前，应用计算机自动三点找正的方法获得了广泛的应用，找正效果也很好。

2.3 合理选择加工刀具

刀具的选择在水轮机转轮叶片的加工中，具有非常重要的作用，如果刀具选择得不合理，不仅会在一定程度上影响到龙门铣床，而且还会导致叶片的加工精度难以保证。硬质合金机卡刀具有刀片可更换，尺寸准确，较好的抗冲击性能以及较高的耐磨性等特点，因此在大型水轮机转轮叶片的加工中获得了十分广泛的应用。通常情况下，应根据加工的部位来选择刀具的形状，根据被加工曲面的形状来选择刀具的尺寸参数，即刀杆的长度、刃高以及刀具的直径。直径较小的刀具，适用于曲率较大、形状起伏变化明显的曲面，可以防止刀具过切和干涉。直径较大的刀具，则适用于曲率较小，形状较为平缓的曲面，从而提高加工的效率。

优先选择较大直径的刀具用于水轮机叶片的加工，这是加工中应遵循的总的原则，然而也需要满足一定的前提，即应防止发生刀具干涉的现象。根据粗铣或精铣的要求以及刀具的不同来选择适宜的刀具形状，如圆形、方形、菱形或者三角形等不同形状。侧刃较高的刀具，适用于加工余量不均匀分布的叶片，可以有效防止局部位置的吃刀深度超过刃高的问题。而利用刀杆较长的刀具，则可以有效解决数控铣头和被加工曲面或其他曲面发生干涉的问题。

2.4 刀位计算

叶片加工是一个复杂的过程，在数控加工技术出现之前，叶片的加工制作多采用铸模和手工打造来完成，不仅精度不够，加工效率也很低。随着数控技术的不断发展，刀具数控加工的路径规划也有了进步。目前大部分工厂多采用的是叶片翻面的加工路径，即先铣削叶片的一面，然后翻面装夹，再铣削另一面。首先选定加工坐标系，然后用三点找正法对叶片的理论造型进行找正定位。在此基础上，以提高加工效率、保证加工精度和型面质量为原则，选定刀具、确定走刀方式和刀轴控制方式，最终生成为后置处理用的刀位轨迹数据文件。

2.5 叶片变形的控制

叶片零件加工时，薄壁部分极易产生变形。应用高速铣削能够有效地降低切削温度，提高加工效率，减少叶片的弹塑性变形，有效地改变切削成形机理，减小变形。在叶片弹性变形较大的地方运用辅助的机械帮助增加刚性，将变形尽量控制在一定范围中；将溶化的非金属溶液灌输在叶片下，溶液冷却后和叶片紧密贴合，来承受加工过程中的切削力等。在实际生产过程中，很好地控制加工变形能够提高叶片的数控加工效率，改善叶片的表面质量和精度，非常有意义。

3 结束语

总之，在大型水轮机的转轮叶片加工生产过程中，加强对其加工精度的控制是非常重要的。一般合格的叶片被加工出来需要经过毛坯、粗加工和精铣三道基本工序，当然在此过程中还要尤其注意做好叶片的测量工作，确定最佳的装卡位置，选择合适的刀具，进行有效的刀位计算，以保证叶片的加工效果。

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