本发明专利技术涉及一种核电站核主泵中叶轮的加工工艺方法，本发明专利技术由2米立车、五轴联动加工中心、五轴编程软件UG、加工软件HyperMILL、后处理模块RCS、仿真系统VERICUT，加上专用刀杆和刀具设计，经过多次程序优化完成。本发明专利技术的优点是用上述软件、2米立车、五轴加工中心和工装刀具，可以在整体锻件上加工出完整的叶片，不同于传统的叶片制造采用铸造或焊接的方法。加工后的表面粗糙度可以达Ra3.2。对叶片表面进行抛光其粗糙度可达Ra0.8以上。叶片的检测利采用关节臂对叶片的型线进行扫描，扫描后的数据与标准三维模型数据进行比对。经过模拟件及多台产品件最终检测结果，表明叶轮的叶片翼型完全符合设计图纸要求。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及核电站核主泵叶轮的加工工艺。
技术介绍
二代加核主泵中的叶轮是主泵中的最关键的部件之一，且是直接影响泵扬程的重要水力部件。目前，二代加核主泵是我国核电站核岛中唯一没有实现国产化的设备。国内现有的叶片加工方法大多是采用单个叶片加工然后逐个焊接到叶轮轮毂上，或是采用整体铸出的叶轮然后进行打磨，这两种方法的制造出的叶轮质量不高，前者存在焊接精度不高，焊后变形，存在焊接应力。后者存在铸造质量也不高，常存在铸造砂眼、裂纹，打磨叶片困难，难以保证叶片翼型，且两种方法制造出的叶轮可靠性都难以满足在核主泵运行压力17. 16MP、温度是350°C这种工况下的要求。目前，我国还没有加工核主泵叶轮的厂家，国外同行加工也采用三坐标加工，加工出的叶片及流道表面粗糙度达Ral2. 5，所以手工打磨占有很大比重。这样会影响叶轮流道的形状，影响核主泵的扬程、效率，严重时会造成叶轮的空化。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种核主泵叶轮由整体锻件加工成的工艺方法，适用于核电站核主泵叶轮等关键领域要求制造高，应用可靠的部件。本专利技术的技术方案为核主泵叶轮由整体锻造的锻件加工而成，叶轮由五个叶片(15)均匀分布在轮毂(16)上，相邻两个叶片间构成流道(14)，叶片与轮毂的连接处有过渡圆角(17)并光滑连接，具体工艺步骤为首先利用立式车铣加工机床AC20-1600加工叶轮的外轮廓和内腔，用五轴编程软件(UG)进行车序的编程，将编好的程序输入到立式车统加工机床AC20-1600,在立式车铣加工机床AC20-1600上利用准备好的非标加长刀杆I及相关数控刀具，对叶轮的进水端及内腔的进行粗车、半精车、精车与胎体5配合的凹止口，然后利用车削专用工装进行叶轮的出水端粗车、半精车、精车与底座(7 )配合的凸止口，最后用车削专用工装及车肖IJ内腔加工时所用的非标加长刀杆(I)进行叶轮的进水端及内腔的半精车、精车加工，其中叶轮外圆半精车，叶轮的形状将从锻件图的形状加工到无叶片时的叶轮外轮廓形状，叶轮车序主要步骤如下用Rl. 2外圆车刀粗加工叶片上缘，单边余量为Imm ;用Rl. 2内圆车刀及非标加长刀杆粗加工内腔，单边余量为Imm;用R4R型刀片，粗加工内腔凹腔部分，单边余量为2mm ;用R4R型刀片，半精加工内腔凹腔，余量为O. 5mm ;用R0. 8外圆车刀，粗加工叶轮下缘，单边余量为Imm ;用R4端面槽刀加工端面环槽,单侧余量为Imm ；其次，利用五轴编程软件(HyperMILL)，按叶轮三维图进行叶片的独立开发编程，因原程序不能很好的满足叶轮的要求，同时进行专用刀杆与刀具的设计与选用，具体工艺步骤为第一步是直径100mm，长度200mm的五齿的粗加工用的铣刀，粗铣出一个流道每齿进给量1. 4mm,由于切削量较大，在开始进行粗切削的时候需要设计强度大的刀柄，第二步是使用直径84mm，长度300mm的五齿粗加工用的铣刀对流道进行深加工，要切削到轮毂面必须必须增长刀柄，因机床刀具有重量要求，所以要设计既有一定刚度又要重量轻的刀柄，第三步是直径42mm，长度345mm粗、精加工用的四齿铣刀加工叶片的曲面，刀具直径变小齿数变少，转速需提高，垂直步距为1. 5mm每齿进给量1. 6mm，第四步是锥形刀柄长270mm的四齿球头铣刀加工叶片圆角，每齿进给为O. 1mm，第五步是锥形刀柄长320mm的6齿球头刀，加工叶轮的叶片，每齿进给量为O. 2mm。按这种方法循环加工每个叶片，即加工出完整的叶轮；第三，利用转速18000转每分的气动磨机，分别安装上千叶轮、纤维碟、纤维轮、羊毛碟对叶片翼型进行手工抛光，抛光只使表面达到更好的效果，表面粗糙度可以达到RaO. 8以上，抛光不改变叶片的形状和尺寸，只是抛光掉精加工时预留的O.1mm左右余量，然后使用AC20-1600立式车铣加工机床精车叶片外圆及其它留量部位，最终用关节臂对叶片的翼型进行扫描，与已设计好的模型进行轮廓线对比。本专利技术的优点及技术效果是利用五轴编程软件(HyperMILL)，按叶轮三维图进行叶片编程的独立开发，在STC1000五轴联动加工中心的设备，配上设计的专用工装、刀杆刀具，可以在整体锻件上加工出完整的叶片，不同于传统的叶片制造采用铸造或焊接的方法。国外的几个掌握二代加主泵制造技术的厂家也采用整体锻件直接加工出叶片的方法制造叶轮，但他们加工的叶轮的表面粗糙度很差，加工后需要很长时间的打磨来降低表面粗糙度，这种打磨要凭经验，打磨很容易产生叶片轮廓线的改变，造成超差，对水力曲线产生影响，我们加工的叶片表面只需要抛光即可，不会对叶片轮廓线产生影响。而且我们所采用 的方法提高了叶轮的加工效率，加工质量也优于国外同行，可大大提高制造精度。加工后的表面粗糙度可以达到Ra3. 2，加工后只对叶片表面进行抛光，叶轮粗糙度可达到RaO. 8以上。叶片的检测利用德国制造的关节臂对叶片的型线进行扫描，扫描后与三维模型对比。测量结果见图8叶轮扫描百分比偏差和图9叶轮扫描百分比偏差数据，测量球头的半径为3mm,即X轴3mm实际偏差为0，90%的偏差集中在O. 2(Γθ. 35mm之间，这主要是留的抛光余量，按设计图纸要求的叶片偏差为(TO. 30mm，实际的加工结果是满足加工工艺要求的，经过抛光后的叶轮是符合设计要求的。部分偏差在O. WO. 60mm之间在模型对比显示是叶片外圆的工艺精车留量。经过模拟件及多台产品件最终检测结果的对比，表明叶轮的叶片翼型完全否符合设计图纸要求。本专利技术的意义将大大推动核主泵的国产化进程。当前，叶轮的加工制造技术一直为发达国家垄断，本专利技术将打破这个僵局，实现叶轮制造的国产化，叶轮加工制造的国产化为核电站的心脏——主泵制造的国产化提供保障。附图说明图1叶轮锻件2车削内腔加工时所用的非标加长刀杆图3叶轮的出水端车削专用工装图4叶轮主视5叶轮俯视6铣削及精车专用工装使用示意7叶轮最终产品三维8叶轮扫描百分比偏差图9叶轮扫描百分比偏差数据具体实施例方式一种核电站核主泵叶轮的机械加工工艺方法，核主泵叶轮由整体锻造的锻件如图1所示，加工而成，叶轮由五个叶片15均匀分布在轮毂16上，相邻两个叶片间构成流道14，叶片与轮毂的连接处有过渡圆角17并光滑连接，加工完成后的图形如图4、与图5所示，其三维图如图7所示。具体工艺步骤为首先利用AC20-1600立式车铣加工机床加工叶轮的外轮廓和内腔。用五轴编程软件(UG)进行车序的编程,将编好的程序输入到AC20-1600立式车铣加工机床，如图2所示在AC20-1600立式车铣加工机床上利用准备好的非标加长刀杆I及相关数控刀具，对叶轮的进水端及内腔的进行粗车、半精车、精车与胎体5配合的凹止口 ；如图3所示然后利用车削专用工装进行叶轮的出水端粗车、半精车、精车与底座7配合的凸止口 ；如图5所示最后用车削专用工装及车削内腔加工时所用的非标加长刀杆I进行叶轮的进水端及内腔的半精车、精车加工，其中叶轮外圆半精车。叶轮的形状将从图1的锻件图的形状加工到图4中无叶片时的叶轮外轮廓形状。叶轮车序主要步骤如下用Rl. 2外圆车刀粗加工叶片上缘，单边余量为Imm ;用Rl. 2内圆车刀及非标加长刀杆粗加工内腔，单边余量为Imm ;用R4R型刀片，粗加工内腔凹腔部分，单边本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种核电站核主泵叶轮的加工工艺方法，其特征是：核主泵叶轮由整体锻造的锻件加工而成，叶轮由五个叶片（15）均匀分布在轮毂（16）上，相邻两个叶片间构成流道（14），叶片与轮毂的连接处有过渡圆角（17）并光滑连接，具体工艺步骤为：首先利用立式车铣加工机床AC20?1600加工叶轮的外轮廓和内腔，用五轴编程软件（UG）进行车序的编程，将编好的程序输入到立式车铣加工机床AC20?1600，在立式车铣加工机床AC20?1600上利用准备好的非标加长刀杆1及相关数控刀具，对叶轮的进水端及内腔的进行粗车、半精车、精车与胎体5配合的凹止口，然后利用车削专用工装进行叶轮的出水端粗车、半精车、精车与底座（7）配合的凸止口，最后用车削专用工装及车削内腔加工时所用的非标加长刀杆（1）进行叶轮的进水端及内腔的半精车、精车加工，其中叶轮外圆半精车，叶轮的形状将从锻件图的形状加工到无叶片时的叶轮外轮廓形状，叶轮车序主要步骤如下：用R1.2外圆车刀粗加工叶片上缘，单边余量为1mm；用R1.2内圆车刀及非标加长刀杆粗加工内腔，单边余量为1mm；用R4R型刀片，粗加工内腔凹腔部分，单边余量为2mm；用R4R型刀片，半精加工内腔凹腔，余量为0.5mm；用R0.8外圆车刀，粗加工叶轮下缘，单边余量为1mm；用R4端面槽刀加工端面环槽，单侧余量为1mm；其次，利用五轴编程软件(HyperMILL)，按叶轮三维图进行叶 片的独立开发编程，因原程序不能很好的满足叶轮的要求，同时进行专用刀杆与刀具的设计与选用，具体工艺步骤为：第一步是直径100mm,长度200mm的五齿的粗加工用的铣刀，粗铣出一个流道每齿进给量1.4mm，由于切削量较大，在开始进行粗切削的时候需要设计强度大的刀柄，第二步是使用直径84mm，长度300mm的五齿粗加工用的铣刀对流道进行深加工，要切削到轮毂面必须必须增长刀柄，因机床刀具有重量要求，所以要设计既有一定刚度又要重量轻的刀柄，第三步是直径42mm,长度345mm粗、精加工用的四齿铣刀加工叶片的曲面，刀具直径变小齿数变少，转速需提高，垂直步距为1.5mm每齿进给量1.6mm，第四步是锥形刀柄长270mm的四齿球头铣刀加工叶片圆角，每齿进给为0.1mm，第五步是锥形刀柄长320mm的6齿球头刀，加工叶轮的叶片，每齿进给量为0.2mm。按这种方法循环加工每个叶片，即加工出完整的叶轮；第三，利用转速18000转每分的气动磨机，分别安装上千叶轮、纤维碟、纤维轮、羊毛碟对叶片翼型进行手工抛光，抛光只使表面达到更好的效果，表面粗糙度可以达到Ra0.8以上，抛光不改变叶片的形状和尺寸，只是抛光掉精加工时预留的0.1mm左右余量,然后使用AC20?1600立式车铣加工机床精车叶片外圆及其它留量部位，最终用关节臂对叶片的翼型进行扫描，与已设计好的模型进行轮廓线对 比。...
【技术特征摘要】
1.一种核电站核主泵叶轮的加工工艺方法，其特征是核主泵叶轮由整体锻造的锻件加工而成，叶轮由五个叶片(15)均匀分布在轮毂(16)上，相邻两个叶片间构成流道(14)， 叶片与轮毂的连接处有过渡圆角(17)并光滑连接，具体工艺步骤为首先利用立式车铣加工机床AC20-1600加工叶轮的外轮廓和内腔，用五轴编程软件(UG)进行车序的编程，将编好的程序输入到立式车铣加工机床AC20-1600，在立式车铣加工机床AC20-1600上利用准备好的非标加长刀杆I及相关数控刀具，对叶轮的进水端及内腔的进行粗车、半精车、精车与胎体5配合的凹止口，然后利用车削专用工装进行叶轮的出水端粗车、半精车、精车与底座(7)配合的凸止口，最后用车削专用工装及车削内腔加工时所用的非标加长刀杆(I)进行叶轮的进水端及内腔的半精车、精车加工，其中叶轮外圆半精车，叶轮的形状将从锻件图的形状加工到无叶片时的叶轮外轮廓形状，叶轮车序主要步骤如下用Rl. 2外圆车刀粗加工叶片上缘，单边余量为Imm;用Rl. 2内圆车刀及非标加长刀杆粗加工内腔，单边余量为 Imm ;用R4R型刀片，粗加工内腔凹腔部分，单边余量为2mm ;用R4R型刀片，半精加工内腔凹腔，余量为O. 5mm ;用RO. 8外圆车刀，粗加工叶轮下缘，单边余量为Imm ;用R4端面槽刀加工端面环槽，单侧余量为Imm;其次，利用五轴编程软件(HyperMILL)，按叶轮三维图进行叶片的独立开发编程，因原程序不能很好的满足叶轮的要求，同时进行专用刀杆与刀具的设计与选用，具体工艺步骤为第一步是直径100mm，长度200mm的五齿的粗加工用的铣刀，粗铣出一个流道每齿进给量1. 4mm,由于切削量较大，在开始进行粗切削的时候需要设计强度大的刀柄，第二步是使用直径84mm，长度300mm的五齿粗加工用的铣刀对流道进行深加工，要切削到轮毂面必须必须增长刀柄，因机床刀具有重量要求，所以要设计既有一定刚度又要重量轻的刀柄，第三步是直径42mm，长度345mm粗、精加工用的四齿铣刀加工叶片的曲面，刀具直径变小齿数变少，转速需提高，垂直步距为1. 5mm每齿进给量1. 6mm，第四步是锥形刀柄长270mm的四齿球头铣刀加工叶片圆角，...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨立峰，王文彬，李颖奇，张韵曾，蔡龙，赵环宇，
申请(专利权)人：哈尔滨电气动力装备有限公司，
类型：发明
国别省市：
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