淺析大型水輪機轉輪葉片的加工工藝

摘 要：轉輪葉片是大型水輪機的重要組成部分，而轉輪葉片的旋轉穩定性則在很大程度上受到葉片加工精度的影響。因此，嚴格控制轉輪葉片的加工質量，優化加工工藝，提高轉輪葉片的加工精度就變得尤為重要。文章對此進行了深入細致的分析和探討，希望通過文章的分析能夠為相關人士提供一定的參考和借鑒。

關鍵詞：水輪機；轉輪葉片；加工工藝；精度

隨著工業制造水平的不斷提高，以及數控技術的廣泛應用，工業生產的效率和精度獲得了很大的提升。龍門銑床是加工大型水輪機轉輪葉片時所采用的主要設備。轉輪葉片的加工精度將直接影響到水輪機轉輪的穩定性和處理效率，因此必須采取措施優化加工工藝。

1 大型水輪機轉輪葉片加工工藝的基本思路

隨著科技的發展和數控技術的應用，水輪機轉輪葉片加工方法也一改往日方法單一的局面，可以選擇多種方法進行加工，并且提供了更為良好的條件，進而優化加工的工藝。在眾多的加工設備中，龍門銑床是其中較為主要的設備，同時也是轉輪葉片加工過程中最常使用的設備。通常來說，大型水輪機轉輪葉片的加工流程如下：首先，需要運送已經選好的加工零件的原始鑄件到加工車間，然后將葉片固定，這里需要借助胎具。依據圖紙，使用龍門銑床進行加工，加工的方式為粗加工，留足一定的余量，并進行探傷。如果探傷結果為合格，則將工件反轉粗加工另一側，留夠一定的加工余量并探傷。接下來檢測型線，與圖紙理論型線相比較，所采用的儀器為激光跟蹤儀。如果同圖紙的理論型線相符，則進行精銑，然后檢測另一側的型線。為保證加工的質量，在加工過程中需要做好刀位計算、刀具選擇、葉片測量等工作。

2 大型水輪機轉輪葉片加工技術要點

2.1 葉片的測量

葉片的測量是轉輪葉片加工過程中十分重要的工序，并且貫穿于加工過程的始終，直接影響了葉片表面的加工精度。水輪機轉輪葉片在精銑過程中，對于測量結果的精度，有著很高的要求。并且由于葉片表面呈現為三維雕塑曲面，表面形狀較為復雜，因此使用常規的測量儀器和測量方法很難滿足精度的要求。因此，必須利用間接或直接測量的方法，并且使用特殊的專業測量工具才能實現曲面加工精度的測量。

在葉片加工的全過程，都需要進行測量。首先，為確定加工余量的具體情況，應測量葉片的毛坯，便于合理固定鑄件位置，使得龍門銑床的編程更為合理、優化，從而提高加工的效率和精度。其次，在加工中為了確定粗加工后的剩余量，同樣需要測量葉片的尺寸，從而及時調整工件的位置，調整編程。此外，進行檢測還可以及時發現葉片變形，做出調整。最后，為驗證葉片加工的精度是不是滿足所需的質量要求，同樣需要進行測量。

2.2 正確地在胎具上固定葉片

裝卡找正是利用龍門銑床加工轉輪葉片的重要工序，也就是說應在胎具上將葉片的毛坯正確地固定。葉片的中心點并不明顯，而且其本身的形狀不規則，這就給葉片的裝卡找正帶來了很大的難度。

裝卡的基本原則有如下幾點：由于葉片自身的重量較大，因此對于胎具的強度有著較高的要求，否則很可能出現葉片移動的現象。在擺放葉片時，需要確定其重心，因此胎具的支撐點應足夠穩定。龍門銑床有著其自身的有效行程范圍，超過這個范圍則無法完成加工，因此在進行葉片的裝卡找正時，葉片的所有需要加工的部位必須在這一范圍內。為防止葉片出現變形的問題，必須確保胎具的支撐點穩定可靠。在利用龍門銑床加工葉片的過程中，會產生一定的振動，對葉片的精度造成影響，因此還需要采取有效的減振措施。最后，是對胎具裝卡部位的要求，應便于操作、靈活。在一般的裝卡找正工序中，利用胎具自身來找正是較為常見的方法，然而采用這種方法的找正效果卻不能保證，找正效率低。目前，應用計算機自動三點找正的方法獲得了廣泛的應用，找正效果也很好。

2.3 合理選擇加工刀具

刀具的選擇在水輪機轉輪葉片的加工中，具有非常重要的作用，如果刀具選擇得不合理，不僅會在一定程度上影響到龍門銑床，而且還會導致葉片的加工精度難以保證。硬質合金機卡刀具有刀片可更換，尺寸準確，較好的抗沖擊性能以及較高的耐磨性等特點，因此在大型水輪機轉輪葉片的加工中獲得了十分廣泛的應用。通常情況下，應根據加工的部位來選擇刀具的形狀，根據被加工曲面的形狀來選擇刀具的尺寸參數，即刀桿的長度、刃高以及刀具的直徑。直徑較小的刀具，適用于曲率較大、形狀起伏變化明顯的曲面，可以防止刀具過切和干涉。直徑較大的刀具，則適用于曲率較小，形狀較為平緩的曲面，從而提高加工的效率。

優先選擇較大直徑的刀具用于水輪機葉片的加工，這是加工中應遵循的總的原則，然而也需要滿足一定的前提，即應防止發生刀具干涉的現象。根據粗銑或精銑的要求以及刀具的不同來選擇適宜的刀具形狀，如圓形、方形、菱形或者三角形等不同形狀。側刃較高的刀具，適用于加工余量不均勻分布的葉片，可以有效防止局部位置的吃刀深度超過刃高的問題。而利用刀桿較長的刀具，則可以有效解決數控銑頭和被加工曲面或其他曲面發生干涉的問題。

2.4 刀位計算

葉片加工是一個復雜的過程，在數控加工技術出現之前，葉片的加工制作多采用鑄模和手工打造來完成，不僅精度不夠，加工效率也很低。隨著數控技術的不斷發展，刀具數控加工的路徑規劃也有了進步。目前大部分工廠多采用的是葉片翻面的加工路徑，即先銑削葉片的一面，然后翻面裝夾，再銑削另一面。首先選定加工坐標系，然后用三點找正法對葉片的理論造型進行找正定位。在此基礎上，以提高加工效率、保證加工精度和型面質量為原則，選定刀具、確定走刀方式和刀軸控制方式，最終生成為后置處理用的刀位軌跡數據文件。

2.5 葉片變形的控制

葉片零件加工時，薄壁部分極易產生變形。應用高速銑削能夠有效地降低切削溫度，提高加工效率，減少葉片的彈塑性變形，有效地改變切削成形機理，減小變形。在葉片彈性變形較大的地方運用輔助的機械幫助增加剛性，將變形盡量控制在一定范圍中；將溶化的非金屬溶液灌輸在葉片下，溶液冷卻后和葉片緊密貼合，來承受加工過程中的切削力等。在實際生產過程中，很好地控制加工變形能夠提高葉片的數控加工效率，改善葉片的表面質量和精度，非常有意義。

3 結束語

總之，在大型水輪機的轉輪葉片加工生產過程中，加強對其加工精度的控制是非常重要的。一般合格的葉片被加工出來需要經過毛坯、粗加工和精銑三道基本工序，當然在此過程中還要尤其注意做好葉片的測量工作，確定最佳的裝卡位置，選擇合適的刀具，進行有效的刀位計算，以保證葉片的加工效果。

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