燃機壓氣機IGV和1～3級靜葉毛坯制造技術研究

時冬清　廖　青　龍正建　劉明松

(東方汽輪機有限公司，四川618000)

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燃機壓氣機IGV和1～3級靜葉毛坯制造技術研究

時冬清廖青龍正建劉明松

(東方汽輪機有限公司，四川618000)

摘要：針對燃機壓氣機IGV和1～3級靜葉特點，通過采用自由鍛成形方案，設計專用摔子和等高塊等工裝，最終實現產品批量化生產。

關鍵詞：壓氣機；靜葉片；自由鍛成形

為加速燃機主要零部件國產化，掌握關鍵零部件的制造技術，選取壓氣機IGV及靜葉1～3級葉片毛坯進行研究。該類葉片形狀一端是圓形手把，中部是圓形餅，另一端是葉片型線生成的葉身，形狀像馬刀，故稱“馬刀靜葉”。

1葉片結構及毛坯結構設計

首先對葉片的結構特點進行分析，IGV及1～3級靜葉外形結構類似。下面以IGV葉片為例進行分析，見圖1。

該類葉片的葉根為圓形手柄型結構，葉根與葉身以大過渡連接，進、出汽邊薄，如何保證由模鍛成形更改為自由鍛成形，并保證自由鍛成形后整體加工余量均勻合理，成為葉片毛坯設計的關鍵點。為滿足成形工序要求和余量均勻，保證葉片最小加工余量5 mm，將葉片毛坯形式設計為如圖2結構形式。

圖1　IGV及1～3級靜葉產品形式Figure 1　Product appearance of IGV and 1～3 grades stator blade

圖2　IGV及1～3級靜葉毛坯形式Figure 2　Blank appearance of IGV and 1～3 grades stator blade

但采用自由鍛成形技術方案，容易在成形過程中造成偏心打擊。如何平衡葉根、型線受力與控制高低點落差較大等技術問題都給技術人員帶來了挑戰。需設計自由鍛成形摔子和等高塊，滿足成形工序要求，并保證鍛件余量均勻。

2需要解決的問題

采用自由鍛成形方案需要解決的問題主要有：

(1)改變傳統模鍛成形為自由鍛成形，降低葉片鍛件毛坯制造成本；

(2)采用等高塊，避免成形過程中造成偏心打擊；

(3)采用成形摔子解決自由鍛成形后整體加工余量均勻合理；

(4)解決具體制造過程中的分料和桿部左右兩端拔長中遇到的實際問題；

(5)解決葉片打孔、樣板檢查難題，保證葉片加工余量均勻。

3工藝總體方案策劃

工藝總體方案策劃如下：

(1)分析每個級別葉片的具體形態，確定葉片的毛坯設計和制造工藝方案；

(2)設計葉片所需要的專用摔子、等高塊、專用樣板、通用打孔工裝等工裝；

(3)確定坯料成形的操作工序和每個關鍵尺寸在成形過程中的具體控制方案，并進行葉片自由鍛成形試制；

(4)通過試制驗證該類葉片毛坯設計、輔具工裝設計、分料方式、葉片成形、余量均勻度等；

(5)設計三頂針打孔定位裝置和專用樣板，并制定該類葉片三頂針打孔定位方法和葉片余量檢查方法。

4打孔裝置及檢測樣板設計

4.1打孔裝置設計原理

設計原理：先將打孔工裝安裝在三孔鉆平臺，用定位尺左右定位，把緊固定螺栓，再將葉片放置在打孔工裝上，將葉片毛坯緊靠在定位塊斜面上，然后擰緊壓板，即可同步進行兩端頂針孔鉆切加工，三個中心孔一次性加工到位保證了中心孔的位置精度進而保證葉片型線余量分布均勻，工裝示意圖見圖3所示。

圖3　打孔工裝示意圖(去除壓緊塊)Figure 3　Diagram of punching tooling (removing the pressing block)

4.2檢查樣板的設計

(1)型線樣板按葉片產品精加工型線外放最小包絡量3.0 mm。

(2)葉片葉根和葉頂兩端包含60 mm加工工藝頭。

5產品自由鍛成形試驗

試驗時，每個級別葉片分別自由鍛毛坯2件，葉片成形后目視檢查，葉片毛坯成型效果較好。由于自由鍛成形采用等高塊避免偏心打擊同時配合成形摔子輔助成形，成形的葉片的手柄位置和型線余量均勻性和一致性很好，基本保證在3 mm左右的余量偏差，且中心重合偏心控制在2 mm～3 mm范圍，完全能夠保證后續三頂針打孔要求，實物照片如圖4。

圖4　IGV及1～3級靜片毛坯實物圖Figure 4　Real blank photo of IGV and 1～3 grades stator blade

6毛坯檢查

6.1力學性能及金相組織檢查

對首批試生產的毛坯按工藝流程進行鍛后熱處理，對其試樣進行破壞試驗，經檢測力學性能、金相組織和晶粒度等檢驗結果都符合規范要求。

6.2葉片打孔

6.2.1打孔裝置定位

將鉆頭中心線與打孔裝置上的頂針孔中心標記線對齊，見圖5。

6.2.2葉片毛坯在打孔工裝上定位

葉片在打孔工裝上定位見圖5，注意根據葉片物料號選擇相應的定位塊。注意毛坯型線部分與柄部非對稱。

圖5　葉片在打孔裝置上定位Figure 5　Positioning of blade on the punching device

(a)毛坯正面檢測

(b)毛坯側面檢測

6.2.3葉片檢查

葉片打完孔后直接使用樣板檢查毛坯余量。檢查前必須根據葉片物料號選擇相應的檢測樣板，檢測示意圖見圖6(以IGV靜葉檢測為例)。從正面和側面兩個方向檢測毛坯，檢測時將毛坯

兩端頂針孔中心線與樣板上標記線對齊。目視檢查葉片表面無折疊、起皺和開裂缺陷。

7葉片批量化生產

試生產完成后，我們對自由鍛工藝進行了優化、定型并投入實際生產。實際生產時，根據毛坯余量偏內弧側的問題，通過調整打孔工裝葉片定位塊，將中心孔位置向內弧側偏移，使葉片內、背弧余量基本均勻。

8結論

本項目以燃機壓氣機IGV及1～3級靜葉改變傳統模鍛成形方式為自由鍛成形，縮短了葉片鍛件毛坯制造周期，節約了模具費用，優化了工序流程，并通過采用等高塊，成功解決了自由鍛成形過程中的偏心打擊；采用成形摔子實現自由鍛成形后整體加工余量均勻合理；解決具體制造過程中的分料和桿部左右兩端拔長中遇到的實際問題；解決葉片打孔、樣板檢查難題，保證葉片加工余量均勻。通過攻關，掌握了該類葉片自由鍛成形過程的控制重點與難點，對葉片毛坯進行相應檢查，葉片毛坯達到了相應的技術要求，滿足生產要求。本項目研究完成后，將大大提高燃汽輪機市場競爭能力，提高燃機關鍵部件的生產能力和效率，使燃機IGV等靜葉片的毛坯設計、制造工藝、質量等方面躍上一個新的臺階，具有很強的推廣價值。

參考文獻

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[2]張志文.鍛造工藝學[M].北京：機械工業出版社.

[3]萬嘉禮.機電工程金屬材料手冊[M].上海：上海科學技術出版社.

[4]呂炎.鍛造工藝學[M].哈爾濱：哈爾濱工業大學出版社.

編輯杜青泉

Research on Manufacturing Technology of IGV and 1～3 Grades Stator Blade for Gas Turbine Compressor

Shi Dongqing,Liao Qing,Long Zhengjian,Liu Mingsong

Abstract：On account of the characteristics of IGV and 1～3 grades stator blade for gas turbine compressor,by adopting the open die forging process,the tooling such as specialized swaging die and equal-height block etc.has been designed,so as to realize the batch production of products eventually.

Key words：compressor;stator blade;open die forging

收稿日期：2016—02—21

作者簡介：時冬清(1980—)，女，工程師，主要從事無損檢驗和鍛壓技術研究。電話：13990239865，E-mail：shidq@mail.dfstw.com

中圖分類號：TG316

文獻標志碼：B