2021年全国机械冶金建材行业“互助保障杯”职工技术创新成果展示

汽轮机高温合金材质叶片的加工攻关

单位:哈尔滨汽轮机厂有限责任公司

项目是由哈尔滨汽轮机厂有限责任公司自主创新研发,主要应用于数控加工领域。

高温合金是多组元的复杂合金,能高温氧化气氛及燃气腐蚀条件下工作,具有优良的热强性能,热稳定性能及热疲劳性能,主要用于汽轮机前两级叶片或者是大型舰船动力系统的汽轮机转子上的叶片,叶片在工作中要 600℃以上的高温及一定应力作用下长期工作,具有较高的高温强度、良好的抗氧化和抗腐蚀、良好的疲劳性能、断裂韧性等综合性能。高温合金叶片的切削加工是现代机械加工技术中一个难点,数控五轴机床加工汽轮机高温合金材质叶片时切削加工性差、切削变形大、有加工硬化倾向、切削力大,切削温度高、刀具易磨损、表面质量和精度不易保证,并且劳动强度加大、加工效率较低,基于以上加工时存在的问题,为了保证叶片的 100%合格率,本项目采用在线测量技术,开发了测量补偿全新的测量补偿方法,自动测量装置可对数控五轴加工的叶片进行自动找正、测量,提高了高温合金叶片的加工效率、以及叶片成品合格率。

项目的主要创新点包括:1)可以实现粗加工余量均匀分配,在切削时一直处于稳定的状态,避免了由于加工余量不均匀产生的震动影响刀具使用寿命和产品质量。2)汽轮机高温合金材质叶片加工时刀具磨损较快,每片料都需要用千分尺反复的测量,加工在测量,尺寸波动明显,用在线测量补偿余量差值,可以高效率的保证产品质量波动值小于 0.01MM,精于产品要求的精度。3)在线补偿可以测量出产品加工中产生的应力和释放应力产生的偏移量,将此偏移量进行补偿加工,有效消除因为变形所产生的影响产品质量的因素。4)加工后的叶片,经过三坐标测量仪上进行检测,如此既浪费了时间,又增加了生产成本,在线测量可以完成三坐标的测量工作,并且将测量的结果保存到机床里,最终存档,实现了高温合金叶片加工的高度自动化、智能化、精细化。

项目自2018年2月投产上线以来成效显著,每年可为企业降低加工成本近3000万元。6°短刃锥度球头铣刀打破了传统的硬质合金刀具设计理念,具有颠覆性改变,现在已经全面推广,收到十分好的效果,大约比传统4°锥度球头铣刀刀具消耗将降低50%,节约刀具成本约1000万。