巖灘水電站是我國廣西省的大型水電機(jī)組，也是哈電公司20世紀(jì)90年代生產(chǎn)設(shè)計的大型水輪機(jī)組。巖灘水電站自機(jī)組運行以來我公司對機(jī)組的振動、轉(zhuǎn)輪裂紋等問題進(jìn)行了大量的科學(xué)研究工作。在上述研究的基礎(chǔ)上對巖灘2#機(jī)水輪機(jī)葉片進(jìn)行改造，使機(jī)組運行更加穩(wěn)定、高效。

　　機(jī)水輪機(jī)葉片采用不銹鋼整體鑄造，全部數(shù)控加工。我公司通過技術(shù)上的調(diào)研分析、工藝上的充分準(zhǔn)備，順利完成了巖灘2#機(jī)水輪機(jī)葉片的數(shù)控加工。現(xiàn)對葉片的數(shù)控加工工藝過程及質(zhì)量控制要點進(jìn)行總結(jié)，為以后葉片的數(shù)控加工積累經(jīng)驗。

　　1.葉片加工工藝

　　(1)巖灘葉片的加工工藝過程 巖灘葉片的加工工藝充分考慮了大型葉片的加工特點，參考了三峽葉片的數(shù)控加工工藝，并根據(jù)巖灘葉片特殊情況而制定，主要工藝過程如圖1所示。

　　(2)加工前工藝準(zhǔn)備 毛坯質(zhì)量的控制：葉片為不銹鋼鑄造結(jié)構(gòu)，材料為0Cr13Ni4Mo，為了保證葉片數(shù)控加工，將葉片正、背加工余量控制在8～15mm之間，周邊余量控制在25mm。將葉片在鑄造分廠進(jìn)行粗磨，再進(jìn)行UT探傷，以免有缺陷，損害刀具及浪費工時。在葉片的正、背面標(biāo)有測量及加工找正用的三個定位基準(zhǔn)點并附其坐標(biāo)值。

　　銑胎的準(zhǔn)備：由于葉片為不規(guī)則形狀，不能直接在機(jī)床上裝夾并加工，為便于葉片的加工，提高數(shù)控機(jī)床的加工效率，提制了葉片數(shù)控加工用的正、背面胎具。

　　大型葉片數(shù)控加工過程中，加工的穩(wěn)定性是很關(guān)鍵的。巖灘葉片采用雙截面板平行支撐，截面板與葉片接觸的型線采用數(shù)控加工。上冠、下環(huán)及出水邊采用點支撐。定位支撐點距葉片周邊為300mm，定位支撐點間距500mm。葉片安裝在胎具(見圖2)上后，最低點距胎具平臺上平面500mm。實際加工中葉片振動僅為0.20mm，滿足了加工要求。

　　(3)工藝過程 葉片的劃檢：葉片用經(jīng)緯儀劃檢(見圖3)，測量各個點的坐標(biāo)值，約100～150mm寬測量一點，將測量點的坐標(biāo)值輸入計算機(jī)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，將葉片進(jìn)行調(diào)整至合格(即加工余量在8～15mm之間)。將余量值標(biāo)在對應(yīng)的葉片點上。將葉片的三個定位基準(zhǔn)點的坐標(biāo)值明顯地標(biāo)記在葉片正、背面上。

　　葉片與胎具截面板之間的間隙0～6mm之間為合格，將葉片裝合格后，將葉片與胎具之間用搭焊塊搭焊牢固。

　　葉片的找正：將葉片與胎具裝焊在一起吊到機(jī)床平臺上，將胎具與平臺壓牢固。用數(shù)控機(jī)床銑頭重新測量三個定位基準(zhǔn)點的坐標(biāo)值，并在胎具上設(shè)定一個機(jī)床的基準(zhǔn)，即零點坐標(biāo)，將數(shù)據(jù)傳給編程人員。

　　葉片的編程：編程人員根據(jù)數(shù)控機(jī)床測得的數(shù)據(jù)及葉片劃檢的數(shù)據(jù)經(jīng)過計算機(jī)的處理，編制出加工葉片正、背面型線，進(jìn)、出水邊，上冠、下環(huán)坡口的程序。

　　(4)葉片的加工 操作者根據(jù)編程人員編出的數(shù)控程序加工工件。將工件型線加工好后，在葉片上鉆出各個截面線的標(biāo)記，以便工件檢查型線用。并在葉片的進(jìn)、出水邊分別各測量三個找正用的基準(zhǔn)點，基準(zhǔn)點間的距離選擇應(yīng)大些。將六個基準(zhǔn)點作明顯的標(biāo)記，并打上樣沖眼，記錄好坐標(biāo)值。再復(fù)測一次六個找正基準(zhǔn)點的坐標(biāo)。在加工時，先加工葉片的表面型線(正面或背面)，根據(jù)葉片的加工余量排刀，并考慮機(jī)床的效率，保證每刀之間的“刀峰”小于2mm，粗銑排刀寬度為100～120mm，精銑排刀寬度為50～60mm，這樣鏟磨量較小，機(jī)床效率高。根據(jù)程序的編排，可以先加工進(jìn)、出水邊與上冠、下環(huán)的相關(guān)線及坡口。型面加工合格后，將葉片需要檢查的截面線由數(shù)控機(jī)床用直徑5mm鉆頭鉆出。加工過程如圖4所示。

　　圖4 葉片在龍門銑數(shù)控加工

　　(5)葉片的檢查 葉片在數(shù)控機(jī)床上加工后，采用三維劃線機(jī)檢查葉片正、背面型線(見圖5)，將測得的數(shù)據(jù)值與理論值進(jìn)行比較，測得的結(jié)果滿足設(shè)計要求。

　　圖5 葉片在三維劃線機(jī)檢查

　　2.工藝技術(shù)分析

　　巖灘葉片在加工過程中，遇到了許多工藝技術(shù)問題，我們對此一一地進(jìn)行了解決，這些問題的順利解決保證了葉片的加工質(zhì)量和生產(chǎn)周期。

　　(1)粗、精銑一次全部加工完成 巖灘葉片為保證加工質(zhì)量和精度，初步確定粗、精加工分工序進(jìn)行，但數(shù)控加工過程中由于生產(chǎn)周期緊，粗、精銑分開將增加裝胎和測量、找正的時間，葉片將不能按期交貨。在保證加工質(zhì)量的前提下，根據(jù)葉片實際加工情況，特別是毛坯熱處理質(zhì)量較好的葉片，采用粗、精銑一次加工完成。在一面精加工完成后，工件翻身并測量找正點，如果沒有變形，則另一面粗、精銑一次完成。在葉片表面有缺陷和變形的情況下可考慮粗、精銑分開進(jìn)行。

　　(2)葉片的變形控制 葉片的變形是數(shù)控加工中遇到的主要問題。葉片在粗加工后產(chǎn)生變形主要有兩個原因：一是葉片毛坯加工前大面積補(bǔ)焊，補(bǔ)焊后退火工作沒有進(jìn)行，或退火質(zhì)量不好，造成應(yīng)力沒有完全釋放;二是葉片毛坯加工前大面積氣刨，表面高溫冷卻后形成應(yīng)力集中，即表面層應(yīng)力，葉片沒有進(jìn)行退火。

　　巖灘葉片5#、6#毛坯余量處理完后，由于以上原因，出現(xiàn)了局部10～15mm的變形，加工中工件表面硬度很高，浪費成本和生產(chǎn)周期，后經(jīng)校型滿足了設(shè)計要求。根據(jù)實踐驗證對后幾個補(bǔ)焊和氣刨的葉片嚴(yán)格控制二次退火質(zhì)量，沒有發(fā)生葉片的變形。

　　(3)葉片的毛坯余量控制 為保證葉片數(shù)控加工的質(zhì)量和提高效率，將葉片正、背面加工余量嚴(yán)格控制在8～15mm之間，周邊余量控制在25mm以內(nèi)。在滿足機(jī)組性能的前提下葉片應(yīng)盡可能的采取簡單的坡口形式，以使割坡口時余量易于控制，同時輔以樣板檢查的方法有效地控制坡口的余量。

　　(4)數(shù)控程序的編制 巖灘葉片的編程難度很大，主要難度在于葉片即使處于最平緩的位置放置，其出水邊曲率變化仍較大，一個程序無法滿足葉片在出水邊一個完整曲面的加工，稍不注意就會發(fā)生銑頭和葉片干涉的現(xiàn)象，使加工無法進(jìn)行。以編程人員為主，產(chǎn)品工藝積極配合，展開了技術(shù)攻關(guān)，編制相應(yīng)的獨立程序，在曲面相接處各自退刀，最終軌跡擬合，形成一個完整的曲面。