水輪機(jī)主軸與轉(zhuǎn)輪鏜模的設(shè)計(jì)

安華

（哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，哈爾濱150040）

1 引言

由于水輪機(jī)主軸的聯(lián)接孔與轉(zhuǎn)輪的聯(lián)接孔（銷孔）是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，在使用的過(guò)程中，銷孔中需穿入螺栓，最終用螺栓把主軸和轉(zhuǎn)輪通過(guò)加工出來(lái)的銷孔聯(lián)接在一起，又由于主軸和轉(zhuǎn)輪的銷孔不能一次加工出來(lái)，必須分別加工，所以必須設(shè)計(jì)兩個(gè)鏜模：一個(gè)鏜模用來(lái)加工主軸聯(lián)接的銷孔，叫主軸鏜模；另一個(gè)鏜模用來(lái)加工與轉(zhuǎn)輪聯(lián)接的銷孔，叫轉(zhuǎn)輪鏜模。在加工兩個(gè)鏜模的過(guò)程中，主軸鏜模與轉(zhuǎn)輪鏜模的銷孔必須是一次加工出來(lái)的，一個(gè)鏜模帶有凹止口，另一個(gè)鏜模帶有凸止口，用于止口定位。兩個(gè)鏜模加工完成后，把兩個(gè)鏜模分開，一個(gè)與主軸聯(lián)接，加工主軸的所有銷孔；另一個(gè)與轉(zhuǎn)輪聯(lián)接，加工轉(zhuǎn)輪的所有銷孔。主軸與轉(zhuǎn)輪的銷孔加工完成后，主軸與輪輪通過(guò)加工好的銷孔用螺栓聯(lián)接。因?yàn)殇N孔的精度是通過(guò)鏜模孔的精度來(lái)保證的，所以鏜模孔的位置公差、形位公差及尺寸公差均在圖紙要求的范圍內(nèi)，加工后的孔的尺寸及各項(xiàng)公差也在圖紙的要求范圍內(nèi)，也滿足裝配的尺寸要求。

2 鏜模的加工工藝

在設(shè)計(jì)水輪機(jī)鏜模時(shí)，因?yàn)殓M模的直徑和厚度較大，所以采用鑄鋼件，鑄鋼件需退火處理但不需要探傷，鏜模在粗加工后和精加工前都需要再次退火以消除內(nèi)部應(yīng)力。退火必須在退火爐內(nèi)進(jìn)行，不允許用其他的方式退火，退火要充分消除應(yīng)力，防止使用過(guò)程中鏜模因自身殘余應(yīng)力產(chǎn)生變形。

（1）水輪機(jī)的鏜模止口設(shè)計(jì)。

一般主軸的鏜模設(shè)計(jì)為凹止口，因?yàn)橹鬏S為凸止口，與凹止口的主軸鏜模正好配合。同理，轉(zhuǎn)輪的鏜模設(shè)計(jì)為凸止口，與轉(zhuǎn)輪體的凹止口正好配合，這樣起到了良好定位的作用（如圖1）。

圖1

（2）水輪機(jī)的主軸鏜模與轉(zhuǎn)輪鏜模在加工時(shí)，要高低點(diǎn)相對(duì)，并且每個(gè)孔要一一對(duì)應(yīng)打上標(biāo)記。

主軸鏜模與轉(zhuǎn)輪鏜模聯(lián)接在一起之前，要先在聯(lián)接面的接觸上分別打上高低點(diǎn)，即每個(gè)鏜模在聯(lián)接面上都要找出高點(diǎn)“H”和低點(diǎn)“L”，在聯(lián)接的過(guò)程中，主軸鏜模的高（低）點(diǎn)對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)輪鏜模的低（高）點(diǎn)，然后再加工，當(dāng)兩個(gè)鏜模上的所有孔加工完成后，在拆開之前，兩個(gè)鏜模上的對(duì)應(yīng)孔要依次打上標(biāo)記（即1，2…），這樣做的目的是保證將來(lái)在分別加工主軸和轉(zhuǎn)輪時(shí)，孔也要一一對(duì)應(yīng)。同理，鏜模與主軸和轉(zhuǎn)輪聯(lián)接時(shí)，也要高低點(diǎn)相對(duì)，以減少平面度的誤差。

（3）主軸鏜模與轉(zhuǎn)輪鏜模要凹凸止口配合，用調(diào)整塊調(diào)整間隙。

兩個(gè)鏜模是凹凸止口相互配合的，所以都是間隙配合，既然是間隙配合，就需要用調(diào)整塊來(lái)調(diào)整間隙。由于內(nèi)圓為止口配合，受空間限制，沒(méi)有辦法來(lái)調(diào)整間隙，只能從外圓來(lái)調(diào)整間隙。調(diào)整過(guò)程如下：在轉(zhuǎn)輪鏜模上有4個(gè)M30的螺紋孔，用于調(diào)整間隙，M30的緊固螺釘把調(diào)整塊緊緊地緊固在轉(zhuǎn)輪鏜模上，然后用調(diào)整螺釘來(lái)微調(diào)間隙，先計(jì)算出止口間隙，在止口外均勻選取四條直徑（8個(gè)端點(diǎn)）均勻加入塞尺片，來(lái)調(diào)整兩鏜模，使同軸度小于φ0.02mm，兩鏜模端面間隙小于φ0.03mm，當(dāng)間隙不均勻時(shí)，就通過(guò)鏜模止口處的3個(gè)φ100mm孔來(lái)觀察，然后也在φ100mm孔處塞入塞尺片，通過(guò)塞入塞尺片，同時(shí)頂緊螺釘微調(diào)，當(dāng)止口處的間隙調(diào)均勻后，加工鏜模上所有的孔，如圖2所示。

圖2

圖3

同理，主軸鏜模與主軸、轉(zhuǎn)輪鏜模與轉(zhuǎn)輪之間的調(diào)整也是采用這種方式。調(diào)整塊用于調(diào)節(jié)主軸（轉(zhuǎn)輪）鏜模與主軸（轉(zhuǎn)輪）的同軸度，由于受鏜模板與主軸和轉(zhuǎn)輪聯(lián)接形式的限制，有時(shí)會(huì)選擇外圓調(diào)整，有時(shí)會(huì)選擇內(nèi)圓調(diào)整。圖3是轉(zhuǎn)輪鏜模與轉(zhuǎn)輪之間的內(nèi)圓調(diào)整示意圖。

（4）鏜模的定位銷用于定位及控制軸向自由度。

鏜模的定位銷是很重要的一環(huán)，定位銷主要是控制在加工鏜模孔時(shí)的徑向自由度，凸凹止口是控制軸向自由度。定位銷在設(shè)計(jì)時(shí)，定位銷與鏜模孔、產(chǎn)品三者必須配車，順序是先加工孔，然后記錄孔的尺寸，用銷子尺寸來(lái)配孔尺寸，配車間隙全部在φ0.03mm以內(nèi)，而且定位銷本身兩個(gè)軸徑同軸度誤差不超過(guò)φ0.01mm，這樣加工出來(lái)的孔可以滿足設(shè)計(jì)要求。定位銷中間加工孔，減輕重量，然后兩端加堵板，以便于打中心孔，定位銷要帶有手柄，便于裝拆，如圖4。

圖4

（5）鏜模還需要在孔的兩側(cè)加工出空刀槽。

在磨削整個(gè)大平面的過(guò)程中，空刀槽使磨削的面積變小了，保證了加工鏜模板平面的表面粗糙度及形位公差。由于此孔加工是斷續(xù)車削，易打刀，而且磨削時(shí)產(chǎn)生的熱量易使孔的邊緣變形，所以使用空刀槽是非常必要的。

3 結(jié)語(yǔ)

以上就是鏜模從選材到加工以及加工過(guò)程中調(diào)整間隙、保證尺寸公差、控制形狀和位置公差的方法。通過(guò)此鏜模加工后，主軸和轉(zhuǎn)輪孔的形位公差、精度均符合圖紙要求，保證主軸與轉(zhuǎn)輪聯(lián)接孔的位置及公差完全符合圖紙的要求。經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明，此種加工方法具有一定的結(jié)構(gòu)通用性，整套方案設(shè)計(jì)合理，主軸與轉(zhuǎn)輪聯(lián)接效果良好，達(dá)到了國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平，有一定的推廣價(jià)值。