汽轮机转子加工工艺探究

汽轮机转子加工工艺探究

杜英杰

（哈尔滨汽轮机厂有限责任公司黑龙江哈尔滨150046）

摘要：汽轮机转子作为汽轮机的一个重要部件在实际中有着重要的作用，它对汽轮机的运作起着积极的推动作用。在实际的汽轮机转子加工过程中，由于汽轮机转子本身结构比较复杂，对工作温度以及运作速度等要求较高，所以其加工工艺就相应的比较复杂。另外，汽轮机转子在加工中对其尺寸精度要求也是相应较高的，所以对其加工工艺进行分析是非常必要的。基于此，本文主要对汽轮机转子加工工艺进行探究。

关键词：汽轮机转子；加工工艺；探究

1、前言

转子是汽轮机的重要部件，有着造价高、图纸复杂、加工要求高、工序复杂等特征。转子的设备一般是车床，汽轮车间采用的是数控车床，但依然是旧式的二维纸质工艺。在生产加工中，员工必须经常查看工艺卡和转子图纸。此外，操作比较熟练的数控员工较少，一些虽然是有着2～3年学习经历的学徒，但是他们离不开师傅的手把手教学。如果想培养一批操作比较熟练的数控人员，则必须投入许多人力、物力和精力。

2、汽轮机转子装夹方案

在汽轮机转子加工过程中，选择正确的装夹方法是保证工件加工质量的前提，比如：转子前、后轴颈外圆的表面粗糙度要求为Ra0.8，形位公差（圆柱度、垂直度等）保持在0.01～0.02mm范围内。转子对加工精度的要求很高，每一尺寸都有公差带。为保证转子各处的精度要求，须在事先确定好加工次序的前提下，依照制造流程，选择合理的装夹方法。

为避免定位转子时产生变形，采取一夹一顶的定位方式，即初始加工时，先夹住转子的前端，顶住汽轮机排汽端，在花盘处车削一段基准外圆，用以搭建中心架，然后掉过来进行装夹，也在汽轮机排气端车削一段用以搭建中心架的基准外圆。利用支承架支承在转子的前端，割出转子第一轴段长度，需留出2mm，重打中心孔。然后掉头进行装夹（夹住转子前端，顶住汽轮机排气端），并将支承架支承至排气端，切割轴段长度，并留有相同的加工余量，重修中心孔，待完毕后，利用滚压工具对第一轴段和第五轴段进行滚压，确保基准外圆的表面粗糙度为Ra0.8。滚压前需确保外圆径向跳动与椭圆度要求，以保证加工转子时的同心度要求。按上述步骤重搭中心架，待校准完毕后，紧固尾架顶尖。

3、汽轮机转子叶根槽的加工工艺分析

转子通流部分是一个复杂的结构体，在生产制造中存在着诸多难题，进而对转子的质量造成很大的影响。

3.1槽型结构加工工艺分析

转子通流部分转鼓级和持环挡驱动级的槽型结构大体呈倒T字形，槽底分布着一个半圆形的垫隙槽。

1）确定定位基准。以直槽右侧端面作为T形槽的轴向定位面，以末级持环右侧大端面作为转子通流部分的轴向加工基准面。按照客户的不同要求，计算出转鼓级倒T形槽的级数。T形槽尺寸长度为从转子通流部分轴向加工基准面到T形槽轴向定位面之间的距离，粗、精车倒T形槽的各部位。

2）T形槽加工路线。依据T形槽的形状，先用割刀加工直径8.4mm，上公差为0、下公差为-0.1mm、槽深为14.8±0.1mm的矩形直槽。然后利用90°正反劈刀加工横槽上部外圆直径12.5mm，上偏差为0.04mm，下偏差为0。完毕后以其为基准，加工横槽7.5mm，上公差为-0.04mm，下公差为-0.07mm，并进行倒角加工。最后对半圆形垫隙槽进行加工。

3）加工刀具要求。倒T形槽加工大体分为4步，在加工横槽过程中，要求横槽刀必须能够放到直槽内，并留点间隙，在对深为2.3mm，上公差为0.2mm、下公差为0的横槽进行加工时，使用弯头割刀，要求切削刃到刀体深度应大于2.5mm。叶根槽底部半径为2mm，其横槽内侧半径为0.4mm，这就要求刀具有一定宽度和刀体强度。在加工横槽过程中，通常横槽刀尺寸为5mm，深度为2.8mm，而且确保进入直槽内的刀体宽度也为5mm，具体尺寸如图1所示。

3.2转子加工过程中的排屑问题

当刀具（横槽刀或直槽刀）正装时，铁屑向上排出，容易使刀具与槽子产生碰撞，可能会崩碎刀头，进而会损坏刀具，同时铁屑排出中与工件产生挤压，直接影响到工件的加工精度和表面粗糙度。被挤压的工件也会致使转子产生振动，进而影响转子的形位误差。为阻止上述问题的产生，转子加工过程中，采用刀具反装、机床主轴反转、冷却液下冲等措施，此时铁屑畅通无阻地往下排，进而保证了工件的加工精度和表面粗糙度，也提高了工件的加工进度。

3.3转子本体刚性差、形位公差难以保证

转子结构特点为两头细长、直径小，且中间通流部分外径尺寸大又长，转子运行时转速很高使得通流部分转鼓级和叶轮槽轮的刚性变差。在对这两个位置的横槽进行加工时，转子受到轴向串动和径向离心力的作用，导致转子本体产生振动，加大了刀具的切削力，从而难以进行切削加工，转子的形位误差难以达到图纸设计要求。为了增强转子本体加工部位的刚性，在转子本体加工处侧搭中心架，具体步骤为：在加工通流部分转鼓级的倒T形槽时，分段使用中心架，并尽可能保证刀具位置靠近中心架，尽量确保转子不产生振动，从而确保了加工部位形位公差的要求。在进行试加工后，避免了上述不利因素，从而可以轻松地完成对工件的切削加工。

4、汽轮机转子轴颈和推力面加工工艺分析

汽轮机工作时转子转速很高，为保证轴颈和推力面的形位公差和加工精度要求，采用滚压方法进行加工。根据多年实践探索，在滚压加工中积累了一些经验。

1）滚压操作前，确保被滚压件外圆不能有锥度和椭圆度，表面粗糙度要求为Ra0.8以下，并保证好加工误差要求。

2）控制好车刀刀尖半径尺寸。在一定范围内，车刀半径越大，滚压时压入量越小；车刀半径越小，滚压时压入量就越大。经过多次实践，车刀刀尖半径尺寸在0.2～0.3mm为最宜，压入量在0.02～0.03mm之间，从而在滚压前确定出尺寸控制的公差范围。

3）确定加工参数。在经过滚压试加工后，控制转子转速在80～120r/min之间，当压入量在0.5～1mm时，可将工件直径压下0.01～0.03mm，此时的进给量为0.1～0.15mm。按照上述加工方法，经过滚压后的转子轴颈和推力面，其加工精度和形位公差等均达到了设计要求。

5、三维工艺

5.1典型转子的工艺调研

查看T8845转子的加工流程，包括最初的毛坯到最后的动平衡，一一记录每个工序在加工过程中使用到的机床型号、装夹方式、刀具和参数等。把所有信息汇总，编写加工工序图，如图2所示。在转子的粗加工、热处理、热跑、探伤等工序中不进行数控编程，参考转子半精加工和全精加工编程，在车间师傅操作经验的基础上，对转子半精加工进行优化。

5.2数控编程及程序验证

5.2.1EdgeCAM软件数控编程

转子的成品和毛坯使用的是EdgeCAM软件。通过移动调整，让毛坯和成品同轴，毛坯通流段两个端面与成品通流段两个端面之间相隔2.5mm，把成品通流段的右端面设为加工零点。在编写程序前必须设立刀具，实际转子加工过程中使用的是成型刀，因此应该建立非标刀具。本文按实际加工过程中所使用的刀具通过EdgeCAM软件建立刀具库，然后开始进行数控编程。

图2转子实际加工工序图

5.2.2Vericut软件程序验证

完成数控编程后，还要验证程序和刀路的合理性。本文把机床和它的零部件设入Vericut中建立机床模型，并设置各个运动属性。建立模型后，必须配置Seimens840D控制系统，完成工作的坐标系。完成刀具库的建立后，设入数控程序，做好最后的程序验证。当刀具、转子以及机床零部件碰撞时，程序会在对应的程序段报告。这时，就得返回EdgeCAM。修改对应的程序，虚拟加工完成后，分析车削加工后的转子和原转子成品。

6、结语

本文针对汽轮机转子叶根槽及轴颈和推力面的加工工艺进行分析，转子加工采用了合理的装夹方案，通过分析在加工过程中出现的诸多难题，并针对这些难题提出了合理的加工方案，从而保证了转子的加工精度和表面粗糙度要求。

参考文献：

[1]来逢亮.［汽轮机转子加工工艺分析］；机械工程师；2014年12期

[2]工艺处，雷文.［汽轮机转子制造技术研究（摘要）］；《上海电气杯》征文论文集；2010年