加工轴流式水轮机叶片用数控刀具的国产化研

　　水轮机转轮叶片是一种形状复杂的雕塑曲面体零件，制造难度很大，国内过去通常采取“砂型铸造→手工铲磨→立体样板检查”的传统制造工艺，加工效力低，劳动强度大，且叶片型面精度难以保证。目前国外已运用计算机仿真加工技术实现了水轮机转轮叶片的5轴联动数控加工，从而大大提高了加工效率和叶片型面加工精度。 我公司承当制造的 台高坝洲水轮发电机组是高水头轴流式机组，水轮机转轮直径为5.8m，转轮叶片从进水边到出水边扭曲度大，叶片背面转缘带有外裙边，叶片转毂侧带有较大内裙边，从法兰球面区至进、出水边的曲面R沿空间曲面逐步变化过渡到零。应用户要求，机组全套叶片( 台×5片)采用5FZG龙门移动式5轴联动数控机床加工。数控刀具的研制和运用成为加工能否成功的关键因素之一。 1刀具的选用 选用加工叶片数控刀具时需斟酌以下因素： 刀具几何形状应能适应凸曲面和凹曲面的加工，应具有良好的切削性能及断屑、排屑性能。 选用刀具时除应根据机床功率、铣头转速、叶片材质等对刀具、刀片的有关参数进行计算外，还需要对刀片、刀杆、铣头等进行仿真加工验证和干涉检查验算。 可选用不同直径的刀具进行仿真加工验算，在机床功率、刚性、铣头转速足够的条件下，尽可能选用大直径刀具，以提高加工效率。 经过设计计算及仿真加工验证，选定以下4种刀具加工高坝洲机组叶片：①60°D200面铣刀盘，用于粗铣叶片表面；②D100玉米铣刀，用于加工叶片进、出水边及外缘；③D100球头铣刀，用于加工叶片表面与法兰球面间过渡曲面；④D125R面铣刀，用于精铣叶片表面。 2刀具的国产化研制 为保证加工质量，加工第一台机组叶片时全部采用了进口数控刀具(Kennametal、Sandvik产品)。由于叶片材料为含Ni、Cr不锈钢，材料强韧性好，加工温度高，刀具消耗量较大。虽然进口刀具加工轻快，切削效率高，但价格昂贵(每把5000～ 2000元)，供货周期长，对下降加工成本、保证生产进度不利。为此，我们对部分刀具进行了国产化研制。 与绵江工具厂合作研制了60°面铣刀盘。Kennametal公司进口刀盘为右刀盘(正刀盘)，未生产左刀盘(反刀盘)，只能利用刀片4次。而国产化的正、反两种铣刀盘可将刀片使用次数增加到8次。另外，原装进口刀具采用杠杆式压紧结构，设计、制造较复杂，我们改用了螺钉压紧式结构，通过试加工证明是成功的。 与绵江工具厂合作研制了D100螺旋玉米铣刀。因螺旋玉米铣刀加工量大且不均匀，因此我们选用了立装结构且带分屑槽的刀片，提高了刀具强度和排屑流畅性。 大规格非标刀具，由于为长切削刃结构，国产化开发难度较大，因此仍采用进口刀具。 R125面铣刀为精铣刀，加工量小，不容易损坏，所以无需国产化。 刀片的国产化研制 加工叶片使用的进口刀片虽然性能优秀，但消耗量大，价格昂贵，有必要进行国产化开发。进口刀片全部为加工不锈钢材料的涂层刀片，且刀片几何形状复杂。如60°面铣刀片采用曲面15°大前角(见图1)；玉米铣刀片一面带 个分屑槽，另一面带2个分屑槽(见图2)；R面铣刀片的前刀面带有复杂纹路(见图 )。因此刀片模具的开发难度很大。国产化刀片必须满足以下要求：①材质好，合适叶片加工；②形状精度和尺寸精度高，可满足加工要求。 （来源：中华机械）