整體鍛造整體數(shù)控加工方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種整體鍛造整體數(shù)控加工方法，應用于機械設備中負載高、工作條件嚴峻的重要零件，如沖擊式水輪機轉(zhuǎn)輪、混流式水輪機轉(zhuǎn)輪及其它水輪機關鍵部件。
【背景技術】
[0002]鍛件材料與鑄件相比，金屬經(jīng)過鍛造加工后能改善其組織結(jié)構(gòu)和力學性能。鑄造組織經(jīng)過鍛造方法熱加工后由于金屬的變形和再結(jié)晶，使原來的粗大枝晶和柱狀晶粒變?yōu)榫Я］^細、大小均勻的等軸再結(jié)晶組織，使鋼錠內(nèi)原有的偏析、疏松、氣孔、夾渣等壓實和焊合，其組織變得更加緊密，提高了金屬的塑性和力學性能。但通過整體鍛造得到的毛坯，余量大、未成型，只能通過數(shù)控加工才能滿足成品的要求，但也給加工帶來很大的難度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]發(fā)明目的:本發(fā)明提供了一種整體鍛造整體數(shù)控加工方法，其目的是解決混流式轉(zhuǎn)輪運行中易產(chǎn)生汽蝕、磨損，葉片與上冠下環(huán)焊接處開裂及葉片掉塊等問題。
[0004]技術方案:本發(fā)明是通過以下技術方案來實現(xiàn)的:
一種整體鍛造整體數(shù)控加工方法，其特征在于:該方法的步驟如下:
(I)轉(zhuǎn)輪數(shù)控加工技術準備
1)將CAD在制造過程中應用:
通過計算機軟件建立轉(zhuǎn)輪精確的數(shù)字模型，并且通過過流部分的曲面分析工具使過流曲面獲得高的反光度，改善過流性能；
2)加工刀具設計:
設計刀具長度和直徑比小于4，通過不銹鋼插銑實驗，對比了不同加工條件下刀柄震動和插銑加工表面質(zhì)量，為減小刀具撓曲變形和防止發(fā)生振顫提供了原始數(shù)據(jù)；通過建立切削條件和切削力的數(shù)學模型，建立了切削條件與刀具和刀柄強度之間的關系；應用振動學及金屬切削理論和CAD/CAM/CAE技術，優(yōu)化刀具的選擇和切削參數(shù)的配匹；通過理論計算并依據(jù)刀具在切削過程中切觸點的位置和受力方向進行了有限元分析，定制了特殊錐度刀柄；
3)數(shù)控加工程序編制
切削方式大量采用小吃刀深度大進給的高速切削，并根據(jù)刀具實際情況優(yōu)化刀路，避免加工中產(chǎn)生的振動，最終決定采用切削連續(xù)性最好的三坐標聯(lián)動的螺旋線插補走刀方式，切削中余星一致，走刀平穩(wěn)；
我們利用CAM軟件對刀具路徑進行全方位干涉檢查，反復調(diào)整刀路，直至消除干涉為止;
4)數(shù)控加工工藝方式及加工程序:
①機床及工裝數(shù)字模型的建立:
根據(jù)現(xiàn)有五軸聯(lián)動機床及其工藝的實際外形圖紙及尺寸，建立機床的數(shù)字模型，并賦予各坐標軸運動關系及機床參數(shù)；
②數(shù)控程序校驗及優(yōu)化
利用計算機切削仿真技術，模擬標定工藝及程序加工該轉(zhuǎn)輪的整個工藝過程，并對加工程序進行了優(yōu)化后，工藝準備完畢，可以隨時進行加工；
(2)轉(zhuǎn)輪葉片型線部分粗加工
根據(jù)上一步計算得出最優(yōu)化的加工方案后，轉(zhuǎn)輪葉片部分需加工采用大扭矩的數(shù)控鏜銑加工中心定刀軸，機床主軸12000Nm的扭矩能有效保證加工精度，并獲得高的加工效率，機床整個加工過程采用CNC計算機數(shù)字控制加工工藝控制，有效降低加工誤差，提高加工精度；
(3)滲透探傷檢查
通過探傷檢查，進一步避免鑄造缺陷；
(4)轉(zhuǎn)輪葉片型線部分精加工
精加工采用高速數(shù)控鏜銑加工中心，采用多軸聯(lián)動的走刀方式，將葉片正壓側(cè)及負壓側(cè)型線一次性連續(xù)加工出，通過計算機輔助制造及計算機制造仿真系統(tǒng)保證良好的表面反光度及曲面連續(xù)性；
(5)轉(zhuǎn)輪接口精加工:
此工序采用計算機數(shù)字控制立式車床及世界一線品牌的數(shù)控加工刀具系統(tǒng)，保證良好的尺寸精度及表面粗糙度。
[0005]優(yōu)點及效果:
本發(fā)明提供一種整體鍛造整體數(shù)控加工方法，數(shù)控技術是現(xiàn)代制造技術的基礎，它的廣泛應用使普通機械被數(shù)控機械所代替，使全球制造業(yè)發(fā)生了根本變化。目前我公司通過五軸聯(lián)動橫梁移動龍門加工中心，七軸四聯(lián)動數(shù)控落地鏜銑床，三/四軸聯(lián)動鏜銑加工中心等多臺中、大型高精數(shù)控設備，確保了產(chǎn)品復雜曲面整體數(shù)控(CNC)加工的高精度要求。
[0006]轉(zhuǎn)輪坯件整體鍛造通常采用ASTM A473 S41500材質(zhì)，保證了材料的可靠性，再通過完全數(shù)控(CNC)加工成型，提高了轉(zhuǎn)輪型線的一致性、型線精度及波浪度，從而確保了轉(zhuǎn)輪的各項水力性能及安全運行。
[0007]針對混流式轉(zhuǎn)輪運行中易產(chǎn)生汽蝕、磨損，葉片與上冠下環(huán)焊接處開裂，葉片掉塊等現(xiàn)象，本申請對混流式轉(zhuǎn)輪制作工藝實施了創(chuàng)新改進:即通過整體鍛造完全數(shù)控加工成型(見附圖3，圖3中的A為葉片，B為上冠，C為下環(huán))，這樣可以有效地解決轉(zhuǎn)輪過流表面因內(nèi)部細小氣孔、夾渣而加速的汽蝕及磨損，并且徹底解決了傳統(tǒng)工藝中焊接應力未完全釋放造成的安全隱患，延長了轉(zhuǎn)輪的使用壽命。
[0008]另外對于高水頭混流式轉(zhuǎn)輪因流道狹長，不能滿足加工要求，以及轉(zhuǎn)輪直徑偏大、高度偏高不能一次鍛造成型的混流式轉(zhuǎn)輪，格泰水電采用在轉(zhuǎn)輪葉片中部分瓣，上冠、下環(huán)連同部分葉片分別鍛造、完全數(shù)控(CNC)加工成型后再焊連在一起的生產(chǎn)工藝(見附圖4、
5、6)，因焊接位置位于葉片中部，便于焊接，通過單焊道組焊，有效地保證了焊接質(zhì)量且焊道避開了轉(zhuǎn)輪運行中易產(chǎn)生裂紋的區(qū)域，提高了轉(zhuǎn)輪的安全使用性能，延長轉(zhuǎn)輪的使用壽命O
[0009]【附圖說明】:
圖1為混流式轉(zhuǎn)輪示意圖； 圖2為葉片和刀具位置示圖；
圖3為低水頭混流式轉(zhuǎn)輪完全數(shù)控加工圖；
圖4為上冠連同部分葉片完全數(shù)控加工圖；
圖5為下環(huán)連同部分葉片完全數(shù)控加工圖；
圖6為上冠、下環(huán)連同部分葉片對接組焊圖。
[0010]【具體實施方式】:下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的描述:
如圖1所示，本發(fā)明提供一種整體鍛造整體數(shù)控加工方法，該方法的步驟如下:
(I)轉(zhuǎn)輪數(shù)控加工技術準備
O計算機輔助設計(CAD)軟件在制造過程中的應用:
通過計算機軟件建立轉(zhuǎn)輪精確的數(shù)字模型(見附圖1)，并且通過過流部分的曲面分析工具使過流曲面獲得高的反光度，改善過流性能；
2)加工刀具設計:
由于轉(zhuǎn)