[发明专利]一种圆棒料多向模锻成形汽轮机叶片的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种圆棒料多向模锻成形汽轮机叶片的工艺方法，尤其适用于小叶片锻件的多向模锻制造，属于先进材料成形技术领域。

背景技术

汽轮机在社会经济各部门中应用广泛，叶片是汽轮机中数量最多的零件，适合批量生产。叶片对能量转换起着关键的作用，是汽轮机的“心脏”零部件，性能要求高，故叶片生产适合采用模锻的工艺手段。典型的叶片结构由叶根、叶身、叶顶3部分组成。叶片根据其出汽侧长度进行分类，长度<500mm属于小叶片，长度500～1000mm属于中叶片，长度1000～1500mm属于大叶片，长度1500～1880mm属于特大叶片，长度>1880mm属于超大叶片。由于生产水平和设备能力的限制，小叶片锻件的传统生产方式主要有两种：1)单向模锻，该工艺手段生产叶片锻件需要经历制坯、预成形和终成形工序，优点是加工余量小，缺点是加热火次多，生产周期长，模具数量多，成本高；2)自由锻，该工艺是通过自由锻获得包络叶片轮廓的方形锻坯，再通过机加工获得叶片零件，优点是工艺简单，缺点是生产环境差，材料利用率低，加工时间长，锻件流线性差，性能下降。

发明内容

为了解决小叶片单向模锻制造工艺工序繁多和自由锻制造工艺材料利用率低的问题，本发明提供了一种采用圆棒状坯料多向模锻成形小叶片的工艺方法，适用于高度小于500mm的小叶片锻件的成形制造。通过这种方法制造的叶片锻件，加工余量小，流线完整，整体性好。

本发明的技术方案如下：一种圆棒料多向模锻成形汽轮机叶片的方法，包括将圆棒状坯料一火次加热到奥氏体转变温度以上的步骤，和将所加热的圆棒状坯料放置到模具上进行一次多向热模锻成形的步骤。

具体通过以下步骤实现：

1)根据叶片零件图设计叶身单向余量，其中靠近叶根部分的叶身截面单向余量小，靠近叶顶部分的叶身截面单向余量大，其余处余量适中，据此绘制锻件图，利用三维建模软件建立叶片锻件的立体模型；

2)在锻件图坐标系下，以X轴、Y轴为叶型基准线，过原点作第二象限内锻件出汽侧投影线的切线，得到所述切线与X轴的夹角α1，再过原点作第四象限内锻件出汽侧投影线的切线，得到所述切线与X轴的夹角α2，计算得到α＝(α1+α2)/2；

3)在同样的建模软件下建立三维立体矩形模块，模块高度与锻件高度相同，锻件各截面距模块的长、宽边界均大于150mm；

4)将叶片锻件图按逆时针旋转α角后对矩形模块进行切除，矩形模块内部出现与叶片锻件完全相同的模膛结构，以叶身模膛竖直投影对应的边缘轮廓线水平延伸将矩形模块分为两部分，称为上模和下模，进汽侧部分为上模，出汽侧部分为下模；

5)设计叶顶冲头，叶顶冲头的端面形状与锻件叶顶部分形状完全相同，叶顶冲头的端面轮廓线比锻件叶顶端面轮廓线小；

6)设计叶根冲头，叶根冲头的端面形状与锻件叶根部分形状完全相同，叶根冲头的端面轮廓线比锻件叶根端面轮廓线小；

7)选择截面为圆形的棒料为坯料，按锻件长度方向分为3段，其中，第Ⅰ段为成形叶顶部分，第Ⅱ段为成形叶身部分，第Ⅲ段为成形叶根部分，长度分别记为L_Ⅱ、L_Ⅱ、L_III；

8)根据叶身部分锻件体积V_Ⅱ、高度H_Ⅱ和飞边槽体积V_飞，计算圆棒状坯料的直径D，D＝(((V_Ⅱ+V_飞)/H_Ⅱ)×4/π)^1/2，其中V_Ⅱ、H_Ⅱ、V_飞由建立叶片锻件的三维建模软件算得；

9)根据叶顶部分锻件体积V_Ⅰ和步骤10)中计算的棒料直径D计算叶顶部分锻件所需坯料长度L_Ⅰ＝4V_Ⅰ/πD²，同理根据叶根部分锻件体积V_Ⅲ求叶根部分锻件所需坯料长度L_Ⅲ＝4V_Ⅲ/πD²；其中V_Ⅰ、V_Ⅲ由建立叶片锻件的三维建模软件算得；

10)按上述计算结果准备一根圆棒坯料，直径为D，总长度为L，L＝L_Ⅰ+L_Ⅱ+L_Ⅲ；