660 MW與600 MW機組葉片毛坯通用設計及試制

鄧凌宇 龍正建 劉明松 李 波

(東方汽輪機有限公司制造技術處，四川618000)

根據公司加快生產進度，縮短零件的制造周期，降低生產成本的生產經營形勢，我們需要在合理的范圍內，對相似的模鍛葉片進行通用毛坯設計，以減少模具數量，縮短模具制造周期，降低模鍛葉片的生產成本。

D600P與D660E的第5級動葉片、第6級動葉片、第6級導葉片這六種葉片，按常規思路應該設計六種葉片毛坯及相應的模具、工裝。在初步方案制定過程中，發現D600P與D660E機組的第5級動葉片共用一種汽道型線，同時葉根、葉冠的外形尺寸、葉片高度、出口高度也相差不大。第6級動葉片、導葉片也是這種類似的情況。因此，我們考慮對這些葉片采用通用毛坯設計，以減少模具、工裝的數量，降低生產周期和成本。

通用毛坯設計需設計通用的毛坯、模具、打孔工裝及檢查工裝，需要對模鍛毛坯開坯形式進行研究，并試制首批葉片毛坯，驗證通用毛坯是否同時滿足兩種不同機組葉片的要求。

以上提到的葉片毛坯、模具設計中的問題和解決方法需要以工藝試驗的形式來驗證其是否合理，是否符合毛坯和模具設計的要求。

1 通用設計和參數確定

1.1 葉片毛坯通用設計

D600P與D660E的第5級動葉片葉身共用型線，葉根、葉冠尺寸形狀也比較接近，但兩種葉片的葉根坐標系存在1.7 mm的偏移及1.2°的扭角。因此，在設計時考慮兩種葉片雖可共用一種毛坯，但需設計兩套打孔工裝，以保證每種葉片的打孔中心均位于其葉根中心。

如圖1所示，XOY為這兩種葉片的型線坐標系，同時也是D600P第5級動葉的葉根坐標系。UOV為D660E第5級動葉的葉根坐標系。點劃線為D660E第5級動葉的葉根、葉冠輪廓，內側細實線為D600P第5級動葉的葉根、葉冠的輪廓圖。葉片毛坯葉根、葉冠既要保證每種葉片都至少有5 mm加工余量，同時又要取得最小的外輪廓以盡量避免增加額外的機加工余量。圖1中的外側細實線即處理后的葉片毛坯葉根、葉冠輪廓圖。根據模鍛葉片放量標準，并考慮到兩種葉片葉根坐標的偏移及扭角，模鍛葉片汽道部分單面放量3 mm。在打孔時，設計兩套工裝，以保證兩種葉片的定位孔均位于其葉根中心上。

D600P與D660E的第6級動、靜葉片與第5級類似，但由于通用毛坯的兩種葉片的葉根中心重合，因而只需要在處理葉根、葉冠時保證每種葉片均有足夠的加工余量即可。根據模鍛葉片放量標準，模鍛葉片汽道部分單邊放量2.5 mm，葉根和葉冠單邊放量5 mm。

在模鍛葉片汽道型線處理過程中我們采用了直線分模的方法，使得模具能夠完全分模，避免分模帶來的出汽邊余量過大的缺陷，使得整個葉片的余量分布均勻，保證葉片的后續加工。

1.2 鍛模設計

圖1 第5級動葉片毛坯通用處理Figure 1 General treatment for fifth moving blade block

圖2 第6級靜葉片毛坯Figure 2 Sixth stationary blade block

為了使葉片毛坯在模膛受到均勻打擊，設計鍛模時將葉片型線中心線與燕尾中心線重合，并使左右兩邊投影面積基本對稱，保證葉片在模鍛時受力均勻。

靜葉片為瓦塊型葉片(見圖2)，整體較薄，為節約模具成本，縮短模具制造周期，鍛模采用鑲塊模結構(見圖3所示)。

動葉片為大帶冠葉片(見圖4和圖5)，該葉片的毛坯葉根、葉冠重，同時動葉片葉頂的兩個尖點分別位于模鍛旋轉角度方向的最高和最低點，故模塊采用整體模結構，同時該葉片成形打擊力也大，需提高模具的制造精度和表面粗糙度，同時模具的錯移采用了角鎖口結構，鎖口尺寸長寬高的比例大致選為3∶2∶1。鍛模模膛及鎖口見圖6和圖7。

圖3 第6級靜葉片鍛模模膛結構圖Figure 3 Constructional drawing of forging die cavity for sixth stationary blade

圖4 第5級動葉片毛坯Figure 4 Fifth moving blade block

圖5 第6級動葉片毛坯Figure 5 Sixth moving blade block

圖6 第5級動葉片鍛模模膛結構圖Figure 6 Constructional drawing of forging die cavity for fifth moving blade

圖7 第6級動葉片鍛模模膛結構圖Figure 7 Constructional drawing of forging die cavity for sixth moving blade

1.3 打孔裝置設計

D600P與D660E的第5級動葉片雖然通用一種毛坯，但由于這兩種葉片的葉根中心坐標存在一定的偏移及扭角，因此需要單獨設計打孔裝置以保證這兩種葉片的定位孔均位于其葉根中心。而D600P與D660E第6級動葉片及靜葉片均可分別共用打孔裝置。打孔的工作原理為，先把打孔裝置安裝在三孔鉆平臺，然后將葉片毛坯按設計的方向放置在打孔裝置上，依靠葉根、葉冠定位，用相應的壓緊塊壓緊，并用螺栓緊固，依靠定位條確定好打孔的位置后即可進行打孔。打孔裝置如圖8～11。

1.4 樣板設計

樣板設計是在鍛件型線的基礎上再放一定的外包絡量，其中第5級動葉型線單邊放3 mm的外包絡量，第6級動葉及靜葉型線單邊放2.5 mm的外包絡量，而葉根和葉頂均在鍛件基礎上單邊放10 mm的外包絡量。在綜合量具上檢查時用漏光標準在量具上衡量葉片的漏光，對一種葉片選取3個型線截面加上葉根、葉冠總計5個截面作為檢查截面。

圖8 D600P第5級動葉片打孔工裝Figure 8 Punching tool for D600P fifth moving blade

圖9 D660E第5級動葉片打孔工裝Figure 9 Punching tool for D660E fifth moving blade

圖10 第6級動葉片打孔工裝Figure 10 Punching tool for sixth moving blade

圖11 第6級靜葉片打孔工裝Figure 11 Punching tool for sixth stationary blade

1.5 鍛造溫度確定

第5級動葉及第6級靜葉用鋼2Cr11Mo1VNbN是一種耐熱、耐酸、高溫合金鋼。我們依照《金屬材料手冊》選取始鍛溫度1 150℃，終鍛溫度900℃。

第6級動葉用鋼2Cr12NiMo1W1V是一種馬氏體耐熱不銹鋼，具有較好的耐腐蝕性能，常溫和高溫力學性能良好，缺口敏感性小，減震性及抗松弛性能良好。我們依照《金屬材料手冊》選取始鍛溫度1 100℃，終鍛溫度850℃。

1.6 荒坯形狀設計

第5、第6級動葉片為大帶冠葉片，我們將其荒坯設計成兩頭大中間小的啞鈴狀。由于這兩級的動葉片葉冠形狀類似扁長的矩形，我們將其荒坯的葉冠部分進行拍扁處理，見圖12和圖13。

圖12 第5級動葉片荒坯形狀圖Figure 12 Shape of wild semifinished product of fifth moving blade

圖13 第6級動葉片荒坯形狀圖Figure 13 Shape of wild semifinished product of sixth moving blade

第6級靜葉片為瓦塊形葉片，以往我們將開坯形式設計為長方體，模鍛時易出現飛邊不均勻，充型不完整等現象。為了提高模鍛葉片毛坯的質量和合格率，我們嘗試將其設計為圓形荒坯。由于該葉片的葉根、葉冠也是類似于葉身型線的新月形狀，為方便成形，在設計荒坯時將葉根、葉冠部分由圓形拍扁，見圖14。

圖14 第6級靜葉片荒坯形狀圖Figure 14 Shape of wild semifinished product sixth stationary blade

2 試制

首批各試制10件模鍛葉片毛坯，并進行了鍛后熱處理。

3 試制結果

3.1 外形尺寸檢查

為驗證模鍛葉片外形尺寸的準確性，從首批試制的10件毛坯中各抽取兩件進行了綜合量具和三坐標檢測。檢測結果顯示該批模鍛葉片的外形尺寸與所設計的外形尺寸基本吻合，能保證后續機加工的余量，且余量分布較為均勻。

3.2 力學性能及金相組織檢查

對首批試制的模鍛毛坯按工藝流程進行熱處理，抽取一兩件毛坯進行了破壞性試驗。試驗結果表明，模鍛葉片達到了設計需要的力學性能，金相組織和晶粒度也符合要求。

[1] 李成功等編.鍛壓技術手冊.北京：國防工業出版社.

[2] 張志文編.鍛造工藝學.北京：機械工業出版社.

[3] 曾斌主編.模具設計與制造基礎.北京：電子工業出版社.

[4] 郝濱海編著.鍛造模具簡明設計手冊.北京：化學工業出版社.

[5] 萬嘉禮主編.機電工程金屬材料手冊.上海：上海科學技術出版社.

[6] 姚澤坤主編.鍛造工藝學與模具設計.西安：西北工業大學出版社.