模型轉輪上冠及泄水錐流道曲面整體加工方法

喬 鵬 任鵬遠

哈爾濱電機廠有限責任公司 黑龍江 哈爾濱150040

引言

在水輪機研發過程中,水輪機水力模型試驗是水輪機性能研究、設計制造及運行的重要手段,以往模型轉輪的加工方法為上冠、聯軸法蘭、泄水錐全部為單件加工至圖紙要求,再由鉗工進行裝配,這種加工方法存在三點弊端:1上冠與聯軸法蘭為間隙配合,由于存在裝配誤差,導致上冠流道曲面與聯軸法蘭內孔之間存在不同軸現象;2上冠單件加工時受夾緊力影響會產生微量的變形,影響上冠流道曲面的加工精度與形位公差;3上冠與泄水錐單件加工時受到尺寸公差帶、裝夾變形以及加工刀具刀尖圓角影響,裝配后的流道表面連接光順難以保證,需要鉗工進行手工修順,不僅影響工件的形位精度與尺寸公差,還降低了工作效率與產品外觀質量。因此研發新的模型轉輪上冠及泄水錐流道曲面整體加工方法迫在眉睫。

1 模型轉輪結構介紹

模型轉輪作為水輪機最為核心的部件,由上冠、泄水錐、聯軸法蘭、葉片和下環組裝而成。本文重點介紹上冠、泄水錐和聯軸法蘭三個部分的加工方法。以往這幾個件的加工方法為數控車床把全部尺寸精車到位,然后通過銑床進行相關的銑槽和鉆孔加工,各個部位全部加工到最終尺寸,然后上冠與聯軸法蘭通過止口定位和螺釘把合的方式組裝一起,泄水錐也是通過連接螺釘與上冠把合組裝到一起。采用該工藝方法一直存在缺點,由于模型轉輪精度要求高同軸度0.01 mm 以內,由于加工時各個工件存在偏差,并且采用組裝的方法存在安裝間隙無法消除,所以會造成上冠與泄水錐的結合面存在錯牙,并且上冠、泄水錐和聯軸法蘭三者之間的同軸度偏差較大,雖然后序通過手工打磨消除了錯牙,但是流道光順性被破壞,并且同軸度超差不利于后序葉片的組裝和加工,可能會影響水利試驗結果,因此對模型轉輪各個部件的裝配過程進行分析,發現上冠、聯軸法蘭和泄水錐三部分可以嘗試組裝到一起后進行精車,這樣就能解決存在錯牙和同軸度差的問題,因此我們下面提出一種新的加工方法并且設計新式的工裝工具。

2 模型轉輪上冠及泄水錐流道曲面整體加工分析

經過對以往的實際經驗進行分析總結,發現問題主要是同軸度差、錯牙和加工變形,針對以上難點我們進行具體分析研究提出解決方案,新的工藝思路為取消單件精加工后組裝,采用組裝后進行整體精加工,具體方法為模型轉輪上冠與泄水錐部件除流道表面預留加工余量外,其余按圖紙要求加工到位。將上冠、聯軸法蘭、泄水錐連同漲套一起安裝到芯軸上如圖1所示,已內孔為基準對流道表面進行整體精車加工,同時為了保證內控的重復定位精度設計了一套芯軸和漲套組合的工裝結構。具體工藝技術方案如下:

2.1 上冠加工:上冠單件加工時流道曲面預留2 mm 加工余量;

2.2 泄水錐加工:泄水錐單件加工時流道曲面預留2 mm 加工余量;

2.3 漲套加工:加工芯軸漲套,保證漲套外圓與內孔錐面同軸度≤0.005 mm,外圓與端面垂直度≤0.005 mm;

2.4 芯軸加工:將芯軸裝夾至數控臥車卡盤上,加工芯軸錐面,保證芯軸與數控臥車卡盤旋轉中心同軸,同軸度必須保證≤0.005 mm;

2.5 把合上冠與聯軸法蘭:將上冠與聯軸法蘭進行裝配,通過螺釘把合固定;

2.6 將上冠與聯軸法蘭通過漲套固定在芯軸上:將漲套安裝到聯軸法蘭中,并將已經把合固定的上冠和聯軸法蘭以及漲套安裝到芯軸上,通過上冠連接螺栓固定;

2.7 將泄水錐安裝到上冠上:將泄水錐安裝到上冠上,通過墊圈、連接螺栓將泄水錐把合固定到上冠上;

圖1 整體加工工裝示意圖

3 技術效果

以往采用的加工方法存在的裝配誤差、裝夾變形,同軸度差等技術缺陷,新的工藝方法是先將上冠和泄水錐流道曲面部分預留加工余量,再將上冠與聯軸法蘭進行把合裝配后,通過芯軸軸套將上冠與聯軸法蘭整體把合固定在芯軸上,最后將泄水錐把合固定在上冠上,對上冠與泄水錐流道曲面進行整體加工的方法。新設計的工裝芯軸和漲套結構經過多次實際檢驗,重復定位精度0.01 mm 以內,該工裝不僅保證了新的技術方法成功應用,同時為后序葉片組裝后的精車提供保障,在精車時重復使用該套工裝,極大地保證了轉輪最終的尺寸和形位公差精度。新的技術方法解決了上冠與聯軸法蘭間、上冠與泄水錐間由于裝配誤差帶來的不同軸和結合面錯牙現象,還解決了上冠單件加工時受裝夾變形影響無法保障加工精度的問題,保證了上冠與泄水錐銜接尺寸的一致性,使得流道更加光順,且操作簡單、效果顯著。新的加工方法最大限度消除了上冠與泄水錐流道面銜接不光順的問題,取消了手工修磨操作,避免了手工修磨的不確定性,提高了產品質量。

4 結論

隨著設計水平的不斷進步,工藝技術也要不斷提高,才能更好地實現設計理念讓產品更加真實的反應設計水平,同時工藝技術不斷進步才能推動制造業不斷發展,才能滿足新時代對產品質量更高的要求。本文介紹的技術方法適用于混流式、可逆式模型轉輪上冠與泄水錐過流面加工及軸流式水輪機模型轉輪轉輪體與泄水錐過流曲面的加工,經過不斷地多次實踐加工檢驗,該技術方案完全解決了以往發現的問題,并且經過不斷完善改進,技術方案已經非常成熟,易于推廣、通用性強。該工藝方法大幅提升了加工精度和流道光潔度,間接提高了水力試驗性能,增強我公司今后同臺對比項目競爭力。