转子末叶片骑缝螺孔加工与切削研究现状.doc

1、1转子末叶片骑缝螺孔加工与切削研究现状【摘要】本文介绍了汽轮机转子末叶片骑缝螺孔的加工质量的影响，由于工件材料难切削以及骑缝结构的特殊性，加工该骑缝螺孔时刀具失效严重且加工质量很难保证。引用国内外文献资料阐述了如何强化汽轮机骑缝螺孔钻削及攻丝组合材料质量。 【关键词】转子叶片；骑缝螺孔；切削加工；研究现状 汽轮机通过安装于转子上的叶片在高温高压蒸汽的推动下工作，因此，具有复杂曲面的汽轮机叶片是汽轮机的“心脏”部分，它直接将蒸汽的热能转化为转子的机械能。叶片在高温、高压、高速及腐蚀性的环境下工作，不仅需要具有较高的强度，而且要具有较高的抗腐蚀、抗疲劳以及抗冲击的能力。随着压强的增大，汽轮机对汽轮

2、机叶片材料提出了更高的高温性能要求，高温合金是叶片材料的理性选择。高温合金具有高温强度高、抗氧化和抗腐蚀、耐疲劳、断裂韧性高等优良的综合性能。 骑缝螺钉锁紧结构具有牢固可靠以及拆卸方便的优点，既能保证汽轮机转子安全运行，又能保证转子大修时叶片易于更换。然而在加工过程中发现骑缝螺孔加工难度很大，尤其是超超临界汽轮机高压转子及中压转子前几级的末叶片，因采用了高温合金材料 GH80A（NiCr20TiAl） ，硬度及强度较高，而转子的材料相对较软，两种材料的强度不同使得加工骑缝螺孔时频频发生丝锥折断、钻头磨损失效等事故。因此，刀具损2坏还会造成骑缝螺孔损伤，影响叶片装配质量，给汽轮机运行留下安全隐患

3、。目前，国内外就如何提高汽轮机骑缝螺孔钻削及攻丝组合材料质量做了大量的研究工作。 一、钻削技术 西安理工大学肖继明等人于 2006 年通过五种麻花钻进行钻削试验表明，HSP15 含钴超硬高速钢麻花钻较适于经热处理强化后 D406A 超高强度钢的钻削加工。切削力和切削热都集中在刀刃附近很小的区域，容易使刀刃产生剥落或崩损。2007 年大连交通大学的高许立对钻削时加工硬化严重、导热系数小的 ZGMnl3 进行钻削研究。主要解决问题是加工硬化和切削热，使切屑变形小、排屑顺畅，加工硬化就小，切削热也相应减小。刀具可选用 YG 类硬质合金，高速时，可选 YT 类硬质合金刀具。2008 年福建工程学院许明

4、三比较其刀具耐用度、切削力和扭矩，分析其工件形貌及去除机理等因素。证明涂层高速钢钻头的耐用度最高。切削条件相同时，刀具材料与工件材料间的摩擦因数、亲和力越小切削力越小。用硬质合金（YG8）刀具对高强度钢 Nm360 进行了干式钻削试验，从切削参数和刀具角度方面开展难加工材料切削性能研究。不同刀具材料加工不同工件材料有不同的合理切削速度范围，切削力与切削速度之间有明显的驼峰。 马来西亚工艺大学 S.Sharif 在不同切削速度下，用非涂层 WC/Co 钻和 TiAlN 涂层钻对 Ti 合金切削的效果进行比较，通过刀具磨损、刀具寿命和孔的表面完成情况来评估。随着切削时间的增加，后刀面磨损加剧。擦伤

5、磨损是两种刀具的主要磨损机制，且崩刃均有发生。 3二、攻丝技术 2005 年任红军对钛合金攻丝进行研究，认为增大前角使攻丝扭矩减小，但是增大前角会使丝锥强度降低，也不利于散热。丝锥槽数增加使切削厚度变薄，难切削；也增加了丝锥与工件摩擦面积，增大扭矩。丝锥前面导向部分的导角应选择合适，是切削厚度适中，不至于在硬化层上摩擦。2005 年哈尔滨工业大学韩荣第等人用高速钢 W9 制备了修正齿丝锥和标准丝锥，并用其对镍基高温合金 GH4169 进行攻丝试验，其攻丝总扭矩大、排屑困难、易崩齿或折断，主要磨损机理是磨粒磨损和粘着磨损。由于 GH4169 中的硬质点和严重的加工硬化，摩擦扭矩占总扭矩的 45%

6、，摩擦扭矩大是攻丝困难的主要原因。修正齿丝锥的摩擦扭矩减小 65%，且磨损显著减轻。还利用 IDEAS 软件建立了修正齿丝锥的结构模型并模拟了攻丝过程，证明了修正齿丝锥是解决高温合金 GH4169 孔攻丝更有效的工具，可以提高丝锥使用寿命、生产率和螺纹表面质量。 沈阳大学机械实习厂的王丽滨总结了丝锥损坏的形式，主要有丝锥崩牙、断裂于孔中、烂牙、螺纹形状不完整等。而丝锥断裂主要是原因可能是丝锥选择不合适；丝锥歪斜，单边受力过大；攻盲孔时到底仍然用力扳；或是切屑堵塞，使丝锥挤死。选择攻丝时应该用力均匀，丝锥要和孔端面垂直，保持刃口锋利，及时退屑、排屑，正确选择底孔直径。振动攻丝可以很好地解决钛合金

7、及高温合金等难加工材料小孔攻丝工艺难题。 三、组合材料加工技术 2002 年德国不来梅大学 Brinksmeier 为使加工多层材料的成本降低，4通过切削力、刀具磨损、被加工孔质量和切屑成形情况对改进刀具形状和涂层的刀具进行比较。干切复合层时，会使刀磨损增加、切屑形成困难，且铝和碳纤维复合材料层表面破坏严重，应选择 MQL 润滑。在使用高速钢刀具时特别易在切削刃上形成积屑瘤，后刀面上也有切屑粘结，从而使得后刀面磨损加剧，切削区温度更高。由于复合材料的弹性模量不一致，弹性变形不一样，使得整个孔上的公差不一样。且底层材料切屑排除时，使上面已加工部分表面质量下降。 2009 年德国图卢兹大学 Red

8、ouane Zitoune 用 K20 碳钢钻在无切削液情况下进行钻削，对推进力、扭矩、表面完成质量等参数影响进行了评估。在钻削多层材料时，要求刀具具有锋利的刀尖和高热硬性，主要关注切屑处理、切削力实时变化、刀具温度和磨损。采用阶梯钻可以使多层材料的孔直径公差更小、刀具磨损减小且表面质量得到改善。对于孔直径较大时使用的钻横刃较长，切削穿过区域更大，则推进力和扭矩均增大。 参考文献： 1张国永.转子末叶片骑缝螺孔加工分析与切削参数优化D.上海：上海交通大学硕士学位论文，2012 2许明三.刀具材料对 Nm360 材料钻削性能影响的研究J.福建工程学院学报，2008.6（6）：671673 3Redouane Zitoune. Study of drilling of composite material and aluminium stackJ.Composite Structures，2010， （92）：12461255 54任红军.钛合金攻丝技术及丝锥改进J.机械制造，2005，43（478）：5557