一种圆棒料多向模锻成形汽轮机叶片的方法技术

本发明专利技术公开了一种圆棒料多向模锻成形汽轮机叶片的方法，适用于小叶片锻件一次加热成形制造。主要工艺步骤为：1)将圆棒状坯料整体加热至奥氏体转变温度以上；2)由上模、下模、叶顶冲头、叶根冲头组成模具，起始时先将冲头运行到给定位置，坯料置于冲头定位凸台上，然后上、下模闭合，成形叶身部分；3)叶顶冲头、叶根冲头相向运动，成形叶顶和叶根部分。本发明专利技术避免了制坯和预成形工序，不需要制备专用的预成形模具，适用于小叶片锻件一次加热成形。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术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

技术介绍
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。
技术实现思路
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，本专利技术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。>本专利技术的技术方案如下：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LⅡ、LⅡ、LIII；8)根据叶身部分锻件体积VⅡ、高度HⅡ和飞边槽体积V飞，计算圆棒状坯料的直径D，D＝(((VⅡ+V飞)/HⅡ)×4/π)1/2，其中VⅡ、HⅡ、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VⅠ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LⅠ＝4VⅠ/πD2，同理根据叶根部分锻件体积VⅢ求叶根部分锻件所需坯料长度LⅢ＝4VⅢ/πD2；其中VⅠ、VⅢ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＝LⅠ+LⅡ+LⅢ；11)由上模、下模、叶顶冲头、叶根冲头共同组成模具，成形时，先将叶顶冲头、叶根冲头沿下模上表面从模具外侧向模膛相向运动，叶顶冲头运行至距叶身模膛距离为LⅠ、叶根冲头运行至距叶身模膛距离为LⅢ时停止；12)将坯料整体加热至奥氏体转变温度Ac3以上，然后快速放置于叶顶冲头、叶根冲头的定位凸台上；13)使上模向下运动，与下模闭合；14)模具闭合后，叶顶冲头、叶根冲头做相向运动，叶顶冲头运动距离为SⅠ＝LⅠ-HⅠ，叶根冲头运动距离为SⅢ＝LⅢ-HⅢ，其中HⅠ为叶顶锻件高度，HⅢ为叶根锻件高度，运动到位后停止，锻件自然成形。其中，所述叶身单向余量为1.5mm～3.5mm，其中靠近叶根部分的叶身截面单向余量接近1.5mm，靠近叶顶部分的叶身截面单向余量接近3.5mm，其余处锻造余量取为接近2.5mm。可在上、下模模膛的叶身部分设计飞边槽。所述上模向下运动时的速度较佳为50～80mm/s。所述上、下模闭合后，叶顶冲头、叶根冲头做相向运动，运动速度较佳为30～50mm/s。所述叶顶冲头的定位凸台和叶根冲头的定位凸台的支撑面，均高于所述下模模膛曲面的最高点为好。所述叶顶冲头的端面轮廓线与锻件叶顶端面轮廓线相比，各向均内缩0.1～0.2mm为好；所述叶根冲头的端面轮廓线与锻件叶根端面轮廓线相比，各向也均内缩0.1～0.2mm为好。本专利技术可以加工高度小于500mm的小叶片。本专利技术与采用传统单向模锻工艺制造小叶片锻件相比，存在以下优点：(1)本专利技术将成形叶片锻件的工序由制坯、预成形和终成形缩减为棒料一步模锻成形，避免了多火次加热造成的材料和能源消耗，实现短流程制造。(2)本专利技术不需要制备预成形模具，减少了模具摆放空间和制造成本。(3)减少生产工序，产品质量可控性提高。综上所述，本专利技术特别适用于小叶片锻件的成形制造。本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。附图说明图1为叶片锻件的示意图；图2为叶片锻件与模块轴线夹角的示意图；图3为多向模锻开始前坯料与模具的组合示意图；图4为多向模锻结束时模具的示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。本专利技术采用圆棒状坯料一次加热模锻成形汽轮机小叶片锻件的工艺方法，通过以下步骤实现：(1)根据叶片零件图设计锻件图，设计叶身单向余量为1.5mm～3.5mm，其中靠近叶根部分的叶身截面单向余量接近1.5mm，最好本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种圆棒料多向模锻成形汽轮机叶片的方法，其特征在于：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。

【技术特征摘要】
1.一种圆棒料多向模锻成形汽轮机叶片的方法，其特征在于：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。
2.根据权利要求1所述的圆棒料多向模锻成形汽轮机叶片的方法，
其特征在于：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，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LⅡ、LⅡ、LIII；
8)根据叶身部分锻件体积VⅡ、高度HⅡ和飞边槽体积V飞，计算圆棒
状坯料的直径D，D＝(((VⅡ+V飞)/HⅡ)×4/π)1/2，其中VⅡ、HⅡ、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VⅠ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LⅠ＝4VⅠ/...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓芹，李忠磊，刘颖，郭义，
申请(专利权)人：天津重型装备工程研究有限公司，中国第一重型机械股份公司，
类型：发明
国别省市：天津;12