漸變截面導流環成形工藝

文/肖鐸海·四川半球封頭制造有限公司

漸變截面導流環成形工藝

文/肖鐸海·四川半球封頭制造有限公司

肖鐸海，工程師，主要從事壓力容器封頭及關聯產品、球殼板的工藝設計工作，封頭及異形件的壓制模具設計、工裝設計工作。

導流環是汽輪機的重要部件，隨著國內汽輪機規模和技術的發展，導流環的形狀也開始有了大的差別。日前我公司承接了一套導流環新產品的設計開發工作，其型面是漸變截面，與以往軸旋轉對稱式的產品有很大差別。現將其制作工藝介紹如下。

產品技術要求

該產品名稱為低壓導流環板，由左擴壓管背弧板、右擴壓管背弧板、左下半擴壓管背弧板、右下半擴壓管背弧板組成。

具體技術要求，驗收內容如下：高度尺寸公差為±3mm；小口半徑尺寸公差為±3mm；大口半徑尺寸公差為±3mm；型線漏光間隙誤差≤5mm；彎曲角度公差為±2°；材料為Q235B。表面質量不允許存在尖銳的劃痕，無裂紋、縮孔、結疤、折疊、過燒等缺陷。

本文主要介紹右擴壓管背弧板的制作工藝，該產品模型如圖1所示。

相關零件的制作工藝

在介紹右擴壓管背弧板的工藝之前，先簡單介紹與其裝配相關的右下半擴壓管背弧板制作工藝。

左下半擴壓管背弧板與右下半擴壓管背弧板兩個零件成90°角，這兩個零件截面形狀、大小口直徑均相同，只是裝配方向相反，右下半擴壓管背弧板零件圖如圖2所示。有兩個方案可供選擇：⑴因為此零件按中心軸對稱旋轉，可以考慮制作專用模具輪旋壓成形，我公司前兩年部分導流環都是旋壓制作，但是型線漏光間隙誤差只能控制在10mm之內，達不到此產品要求。⑵制作分瓣模具熱壓，統一按30°（1/12整圓）制作一副分瓣熱壓模具，在1000t水壓機上熱壓成形（加熱溫度950±20℃，保溫20min出爐熱壓），型線漏光間隙誤差可以控制在3mm之內。最終決定采用第二種方案，統一按30°（1/12整圓）制作一副分瓣熱壓模具。

圖1 產品模型圖

從經濟角度考慮，鑄造模具成本較高，鑄造毛坯HT250的單價為8000余元一噸，加上零件型線為雙曲面，必須經數控加工中心加工，加工費用昂貴，此副模具費用初步預算接近9萬，且周期較長。

圖2 右下半擴壓管背弧板零件圖

圖3 右擴壓管背弧板產品零件圖

綜合以上因素，決定采用鋼板自制模具，模具預算成本不到一萬。按30°分瓣用UG軟件建模后，利用公司16～18mm鋼板邊角余料按建模后尺寸制作鋼板立體成形模具（凹凸兩個模具為一副）。通過試熱壓一片樣板檢測后對鋼板模具進行局部修形，達到圖紙要求后批量壓制，最后再通過精確二次放樣下料，二次下料后將三個30°（1/12整圓）分瓣零件焊接成90°成品。

圖4 1/4錐度40°錐體

圖5 確定割除線

圖6 過渡段小口半徑尺寸

圖7 焊縫位置

右擴壓管背弧板制作工藝

右擴壓管背弧板產品如圖3所示，左擴壓管背弧板與右擴壓管背弧板為中心軸鏡像對稱。

這兩個產品橫截面為連續漸變截面，成軸不對稱型，且每個截面大口直徑均有變化，具體表現為從截面7到截面1每隔15°直徑遞減25mm，無法采用旋壓機進行旋壓，只能采用制作專用模具熱壓。從結構上進行分析，需按30°分瓣制作三套模具，同時這兩個零件為一左一右，方向相反，所以共需制作六套模具才能完成零件的壓制。

從制作成本及生產周期角度考慮，制作六套模具不但成本大大增加，且耽誤生產周期。仔細分析此產品結構，發現所有漸變截面均由錐度40°錐體+與錐體相切的R265過渡段組成。基于此，不考慮制做這六副模具，根據已制作的右下半擴壓管背弧板模具擬定以下工藝：

⑴制作兩個1/4錐度40°錐體，如圖4所示。

⑵計算R265過渡段與7個截面不同高度相切點與錐體小端距離，依左右方向分別在兩個錐體上標記好，連接這7個點后，即為割除線，如圖5所示。

⑶R265過渡段可利用右下半擴壓管背弧板即圖2所示的模具壓制，圖6為過渡段小口半徑尺寸R1566.45mm，對應直徑φ3132.9mm。

⑷可行性理論依據：割切面為一平面11°斜交正錐后形成的橢圓面，長軸為3259.67mm，短軸為3162.91mm。R265過渡段小口處直徑為φ3132.9mm，和橢圓長短軸尺寸接近。由于將R265過渡段分瓣成整圓的1/12，誤差會更小，由此產生的對接錯邊量完全可以通過后續校形來保證，校形后的過渡段經過精確二次下料與切割后的錐體在如圖7所示位置焊接而成。產品經過檢驗完全達到設計要求，此方案既節省了模具費用，也縮短了生產周期。

結束語

該導流環的壓制成功為公司今后在異形件的制作上積累了經驗，使復雜產品簡單化，以盡可能低的制造成本達到圖紙的技術要求，是工藝追求的目標，此技術方案可供廣大同行參考。