发动机叶片的制造与应用大学本科毕业论文.doc
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1、CZILI毕业设计(论文)说明书题 目 D350B中压7级动叶片的加工工艺分析及编程 摘要 在一些重工业中,比如燃气发电、核电、航空工业中,汽轮机的使用是很普遍的,而叶片就是蒸汽机的“心脏”。叶片一般分为动叶片、静叶片和导叶片。本课题介绍了D350B中压7级动叶片的基本结构与功用,详细地讲述了D350B中压7级动叶片的机械加工工艺过程,制订了加工工艺卡片;针对叶片的特殊结构及加工工艺,结合公司的设备情况,进行数控加工和编程,满足了该工序的加工精度,大大的缩短了生产实际需求,提高了生产效率,满足了大批量生产需要。 叶片的加工工序十分复杂,主要有:铣两侧面、磨两侧面、铣另两侧面、磨另两侧面、铣两端
2、面、铣进汽侧斜度、铣出汽侧斜度、铣出汽侧收缩度、精铣叶根进汽侧,粗铣背径向面、精铣背径向面、粗铣内径向面、半精铣内径向面、铣叶冠两侧面、仿形内背弧汽导型线、精加工内背弧汽导型线、精抛内背弧汽导型线、磨内径向面、铣叶根径向面出汽侧倒角、铣叶冠背倒角、铣叶冠阻尼孔、线切割叶根、铣叶冠围带缺口、钳工修圆等二十多道工序,绝大多道工序采用普通机床进行加工,本文针对加工难度较高的内背弧和圆角部分进行数控加工,编程采用自动编程方式,设备采用五轴联动加工中心。关键词:汽轮机;动叶片;加工工艺;工序;内背弧;数控加工;编程毕业论文(设计)原创性声明本人所呈交的毕业论文(设计)是我在导师的指导下进行的研究工作及取
3、得的研究成果。据我所知,除文中已经注明引用的内容外,本论文(设计)不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本论文(设计)的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中作了明确说明并表示谢意。 作者签名: 日期: 毕业论文(设计)授权使用说明本论文(设计)作者完全了解*学院有关保留、使用毕业论文(设计)的规定,学校有权保留论文(设计)并向相关部门送交论文(设计)的电子版和纸质版。有权将论文(设计)用于非赢利目的的少量复制并允许论文(设计)进入学校图书馆被查阅。学校可以公布论文(设计)的全部或部分内容。保密的论文(设计)在解密后适用本规定。 作者签名: 指导教师签名: 日期: 日期: 注 意 事
4、项1.设计(论文)的内容包括:1)封面(按教务处制定的标准封面格式制作)2)原创性声明3)中文摘要(300字左右)、关键词4)外文摘要、关键词 5)目次页(附件不统一编入)6)论文主体部分:引言(或绪论)、正文、结论7)参考文献8)致谢9)附录(对论文支持必要时)2.论文字数要求:理工类设计(论文)正文字数不少于1万字(不包括图纸、程序清单等),文科类论文正文字数不少于1.2万字。3.附件包括:任务书、开题报告、外文译文、译文原文(复印件)。4.文字、图表要求:1)文字通顺,语言流畅,书写字迹工整,打印字体及大小符合要求,无错别字,不准请他人代写2)工程设计类题目的图纸,要求部分用尺规绘制,部
5、分用计算机绘制,所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁,布局合理,文字注释必须使用工程字书写,不准用徒手画3)毕业论文须用A4单面打印,论文50页以上的双面打印4)图表应绘制于无格子的页面上5)软件工程类课题应有程序清单,并提供电子文档5.装订顺序1)设计(论文)2)附件:按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文(复印件)次序装订3)其它目 录前言 4第一章 D350中压7级动叶片的加工工艺分析过程. .51、产品介绍、生产类型及毛坯的选用. .52、设备和刀具的选用. . 63、夹具的选用. . .64、零件工艺的分析. .85、加工工艺的制定. .85.1加工方案制定. .85.2加工工
6、艺安排. .105.3加工工序分析过程及工序卡的填写 11第二章 叶片内背弧和圆角部分的数控加工 321、D350B型7级动叶片的建模 . .322、 D350B7级动叶内背弧的曲面加工程序的编制. . .32小结. . .35致谢. . . .36参考文献. . .37附录A 叶片内背弧加工程序单. .37 前言汽轮机是将蒸汽的能量转换成为机械功的旋转式动力机械。又称蒸汽透平。主要用作发电用的原动机,也可直接驱动各种泵、风机、压缩机和船舶螺旋桨等。还可以利用汽轮机的排汽或中间抽汽满足生产和生活上的供热需要。汽轮机通常在高温高压及高转速的条件下工作,是一种较为精密的重型机械,一般须与锅炉(或其
7、他蒸汽发生器)、发电机(或其他被驱动机械)以及凝汽器、加热器、泵等组成成套设备,一起协调配合工作。由转动部分和静止部分两个方面组成。转子包括主轴、叶轮、动叶片和联轴器等。静子包括进汽部分、汽缸、隔板和静叶栅、汽封及轴承等。汽轮机在社会经济的各部门中都有广泛的应用。汽轮机种类很多,并有不同的分类方法。汽轮机的蒸汽从进口膨胀到出口,单位质量蒸汽的容积增大几百倍,甚至上千倍,因此各级叶片高度必须逐级加长。大功率凝汽式汽轮机所需的排汽面积很大,末级叶片须做得很长。汽轮机装置的热经济性用汽轮机热耗率或热效率表示。汽轮机热耗率是每输出单位机械功所消耗的蒸汽热量,热效率是输出机械功与所耗蒸汽热量之比。对于整
8、个电站,还需考虑锅炉效率和厂内用电。因此,电站热耗率比单独汽轮机的热耗率高,电站热效率比单独汽轮机的热效率低。大型汽轮机组的研制是汽轮机未来发展的一个重要方向,这其中研制更长的末级叶片,是进一步发展大型汽轮机的一个关键;研究提高热效率是汽轮机发展的另一方向,采用更高蒸汽参数和二次再热,研制调峰机组,推广供热汽轮机的应用则是这方面发展的重要趋势。第一章 D350中压7级动叶片的加工工艺分析过程1、产品介绍、生产类型及毛坯的选用 D350B型7级动叶片的立体图如下图所示(图纸尺寸以点坐标形式标注,由于页数达60多页,在此不作说明)。本叶片分为叶冠、叶根、内背弧三个部分。因为在实际使用过程中,在同一
9、台汽轮机上,会使用大量的叶片,所以零件的加工模式为大批大量。叶片表面所受应力较高,所以加工本叶片采用锻件作为加工本叶片的毛坯。由于工厂规模较小,而大型五轴联动双驱式叶片加工中心和大型五轴联动车铣复合加工中心无法装配,所以无法对本叶片一次加工成型,故采用多工序加工的方法,即对毛坯余量大的地方在普通机床(铣床、磨床)进行粗加工,然后再用中型五轴联动加工中心对叶片内背弧部分进行精加工。D350B型7级动叶片的立体图2、设备和刀具的选用在零件加工过程中多采用普通卧式铣床和平面磨床。尤其是在粗铣面及半精铣的过程中采用普通卧式铣床加工,刀具采用立铣刀和嵌入式高速钢平面铣刀。精加工面的时候采用平面磨床加工。
10、在内背弧加工过程中,采用仿形铣床和五轴联动加工中心。在仿形过程中,铣内弧时使用球形铣刀,铣背弧使用立铣刀。使用五轴加工中心进行精加工时,使用刀片式硬质合金玉米铣刀进行内背弧型线的粗铣,使用刀片式硬质合金圆角刀进行精铣,最后使用刀片式硬质合金球头铣刀进行圆角加工。然后再用抛光机进行抛光。在加工叶根时采用线切割机床。(机床设备和刀具的选用详细参见机械加工工艺过程卡,具体规格参见每道工序卡)3、夹具的选用在叶片加工过程中,很多工序中都要应用到夹具。其中在铣面的过程中,多采用机用台虎钳作为夹具。在五轴加工中心的加工过程中,采用专用夹具进行装夹(见下图所示)。夹具三视图夹具立体图夹具俯视图夹具主视图夹具
11、侧视图4、加工工艺的分析该叶片由于工艺较为复杂,所以采用多道工序,包括,铣平面,磨平面,抛光等等。因为余量较大,精度较高,所以对同一平面的加工采用了从粗加工-半精加工-精加工的过程。5、加工工艺的制定5.1加工方案的确定因为余量较大,且要多处铣面,所以粗加工多用普通卧式铣床进行平面的铣削,做内背弧时,因为余量较大,所以粗加工采用仿形铣床进行;精度较高,精加工采用四轴数控铣床或者五轴加工中心来做,因为要保证成品表面的光滑整洁,所以精加工完成后要进行抛光操作。5.2加工工艺的安排加工工艺过程具体参见下列工艺过程卡:机械加工工艺过程卡常州轻工职业技术学院机械加工工艺过程卡产品型号D350B零件图号D
12、350B-2020007A001产品名称汽轮机动叶片零件名称中压7级动叶片材料牌号2Cr12NiMoWV毛坯种类锻件毛坯外形尺寸316mm*128mm*99.5备注工序号工序名称工序内容车间工段设备工艺装备工时5铣两侧面机加工车间双柱铣床机用台虎钳110磨两侧面机加工车间平面磨床永磁吸盘115铣另两侧面机加工车间双柱铣床螺柱 压板120磨另两侧面机加工车间平面磨床永磁吸盘125铣两端机加工车间普通卧式铣床机用台虎钳130铣进汽侧斜度机加工车间普通卧式铣床机用台虎钳135铣出汽侧收缩度数控车间数控铣床螺柱 压板240铣出汽侧收缩度连接处机加工车间普通卧式铣床机用台虎钳143铣叶根进汽侧数控车间数
13、控铣床专用夹具245粗铣背径向面机加工车间普通卧式铣床机用台虎钳150精铣背径向面机加工车间普通立式铣床机用台虎钳155粗铣内径向面机加工车间普通卧式铣床机用台虎钳160半精铣内径向面机加工车间普通卧式铣床机用台虎钳165铣叶冠两侧机加工车间普通卧式铣床机用台虎钳170仿型内弧圆弧圆角精铣汽导型线及圆角数控车间XKH800型五轴加工中心专用夹具3075精抛内背弧型线及圆角精抛汽导型线及圆角抛光车间抛光机180磨内径向面机加工车间平面磨床永磁吸盘185铣叶根背径向出汽侧倒角机加工车间普通卧式铣床普通卧式铣床机用台虎钳290铣叶冠背倒角机加工车间普通卧式铣床机用台虎钳195铣叶冠背阻尼孔机加工车间
14、普通立式铣床机用台虎钳1100线切割标准片叶根机加工车间线切割螺柱 压板20105铣叶冠围带缺口机加工车间普通卧式铣床机用台虎钳1110钳工修圆机加工车间钳工1编制陈朝阳审核批准5.3加工工序分析过程及工序卡的填写本零件的加工十分复杂,有二十三道工序,具体加工工序分析如下:(1) 铣两侧面 本工序就是对叶片的两个侧面进行粗加工,因为加工面积较大,所以用卧式铣床进行铣削。加工毛坯时,将将要加工的一面正对主轴,并与主轴垂直。此时应保证垫板与工作台面平行,且在垫板各面有定位螺钉,以保证工件切削的精度及平行度。然后用压板,螺柱固定工件并压紧,拧紧螺母。刀具采用直径为150mm的端面铣刀,材质为高速钢。
15、加工时主轴转速保持在250300r/min,进给率保持在F200左右。将其中一个面加工完成后就按照图纸上的尺寸要求继续完成与此相对的另一个面,在装夹是要注意基准面要靠到定位螺丝上。在操作过程中要注意尺寸,要不定时的用游标卡尺检查尺寸。(工序卡见下图)(2) 磨两侧面: 这个步骤就是对上次加工的精加工过程,先将已经加工过的一个面放在永磁吸盘上(永磁吸盘固定在平面磨床工作台面上),扭动开关,使工件固定在吸盘上,启动磨床,调整好高度对另一个已加工面进行磨削操作,直至整个面都平整光滑,没有凹点。在加工另一个面时,要先对没有精加工的一个面进行试磨,然后测量尺寸,然后再调整磨床上的旋钮,以保证切削精度。在
16、完成本道工序的过程中要及时清洁永磁吸盘表面,否则就不能保证工件的切削精度和平面度,而且会留有压痕。在调整磨床高度的过程中,每次向上移动的距离不能超过0.03mm。在操作过程中要注意尺寸,要不定时的用游标卡尺检查尺寸。(工序卡见下图)(3) 铣另两侧面: 本工序和前面的工序5一样,就是对工件的前后两个面进行粗加工的过程。在操作过程中要注意尺寸,要不定时的用游标卡尺检查尺寸。(工序卡见下图)(4) 磨另两侧面: 本工序和前面的工序10一样,就是对工件的前后两个面进行精加工的过程。操作过程中要注意轻拿轻放,不要让工件表面留有压痕。在操作过程中要注意尺寸,要不定时的用游标卡尺检查尺寸。做的过程中要保证
17、垂直度公差小于0.03mm。(工序卡见下图)(5) 铣两端面: 对工件的两个端面进行铣削,铣至工件长度为316.2mm,公差为上差0.1mm。而且要保证垂直度。(工序卡见下图)(6)铣进汽侧斜度: 本工序是对叶片进汽侧余量进行铣削的过程。夹具用机用台虎钳,然后在下面垫上带角度的垫块(作为专用夹具)。操作时主轴转速300r/min,进给速度为F150。做完后要用高度尺测量每个级别的高度。还要注意刀具的磨损度。(工序卡见下图)(7) 铣出汽侧收缩度: 本工序和工序25内容基本一样,但是因为工艺方面要求更为严格,且尺寸要求更精准一些,所以本工序采用数控铣削。在进行铣削过程中,先用20mm的高速钢立铣
18、刀进行粗加工。然后再用10mm的硬质合金刀具进行精加工操作。(工序卡见下图)(8) 铣出汽侧收缩度连接处: 本工序是对叶片内背弧与叶冠连接部分的铣削。机床采用普通卧式铣床,夹具采用螺柱和压板,使主轴垂直于两个端面,然后用直径为150mm的成型刀具,对叶片进行铣削,刀具有8个刀刃,刀刃与主轴的角度为30。加工完成后,要用样板(专用量具:D350B-202007A-5)测量工件,看尺寸是否一致,然后再调整相应的距离。刀具转速为200r/min,进给速率为F100。(工序卡见下图)(9) 精铣叶根进汽侧: 本工序是对叶根部分进汽侧进行精加工的过程,因精度要求较高,所以采用数控铣削,先用15mm的高速
19、钢立铣刀进行粗铣去余量操作,然后用10mm的硬质合金立铣刀进行精加工。夹具采用螺柱和压板、定位螺钉采用六点定位原则将工件固定在工作台面上。固定时必须要让叶片的加工面位于YZ平面上,然后手动输入程序,进行调试操作。做完后要对已加工部分进行测量。采用量程为125mm150mm的千分尺对宽度进行测量,务必要使公差保持在图纸要求范围之内,最好做到中差。采用量程为0-200mm的游标卡尺,对已加工部分的长度进行测量。测量完成以后,如果有误差,就必须进行尺寸偏置操作。然后再加工,反复调试,直到尺寸达到要求为止。调试完成后就是批量生产了。在操作过程中要注意,不要有碰伤、压伤等问题。(工序卡见下图)(10)
20、粗铣背径向面: 因为叶片背径向面与中心线存在角度,所以必须对叶片背径向面进行铣削。采用普通卧式铣床,夹具采用机用台虎钳和带角度(锥角为K=4.24/100)的垫块,然后开始铣削调试,调试时要注意叶根的厚度,以及有无标准片和末叶片的区分,两者要分开铣削。测量时采用正弦规测量,将正弦规放在在测量台上,在正弦规的一个脚下方垫固定高度的量块,使正弦规的测量面与水平面所成角度为K=4.24/100。然后将叶片下底面放在正弦规测量面上。然后用百分表对背径向面进行测量,看背径向面是否平行于测量台的测量面。然后再在机床上进行尺寸调整。注意标准片与末叶片在厚度上的差距。(工序卡见下图)(11) 精铣背径向面:
21、本工序就是对工序45的精加工过程。采用普通立式铣床铣削,刀具采用直径为250mm的端面铣刀。夹具采用机用台虎钳和带角度垫板。测量方法和工序45测量方法一样。机床主轴转速为250r/min,进给速率F180。铣削时要注意,不要使加工面留有压伤。还要用直角尺测量加工后的背径向面,是否与前后两面垂直。(工序卡见下图)(12) 粗铣内径向面: 本工序是对叶片内径向面进行粗加工的过程。采用普通卧式铣床进行铣削。夹具采用机用台虎钳和带角度(锥角为K=8.48/100)的垫块,然后开始铣削调试,调试时要注意叶根的厚度,以及有无标准片和末叶片的区分,两者要分开铣削。测量时采用正弦规测量,将正弦规放在在测量台上
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