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当动力涡轮盘榫槽拉刀设计

发布时间:2021-09-11 21:42:27 阅读: 来源:PVC护栏厂家
当动力涡轮盘榫槽拉刀设计

动力涡轮盘榫槽拉刀设计

前言

涡轮盘是整个动力涡轮部分十分重要的零件,它的精度高、机械加工难度大,在整个涡轮机加工中也是一个难点。而在涡轮盘机械加工中,工作量最大、难度最高的是轮盘榫槽加工。

动力涡轮盘材质是GH698,属镍基合金,Ni含量大于70%,加工硬化严重,切削加工性非常差。而且轮盘精度要求高,机械加工难度非常大,对拉刀的结构与材质有非常严格且特殊的要求。

1 拉刀材质的选择

由于轮盘材质是高温合金GH698,加工性差,而且轮盘精度要求高,硬质合金刀具虽然在硬度、耐磨性和切削用量等方面优于高速钢,但其缺点很突出:不能承受较大的冲击力,强度低,只是高速钢的三分之一,热处理困难;整体硬质合金刀具制造困难,可加工性差,型线的铲磨必须用金刚石砂轮。普通高速钢由于在强度、硬度等方面性能指数低,不能采用,而粉末冶金高速钢如CPM-42,虽然韧性、硬度和可磨削性优于其它高速钢,但价格偏高,因此,也不采用。通过比较分析,拉刀材质选用M42(W2Mo9Cr4VCo8)钴高速钢。

M42热处理后硬度是HRC,覆盖面广在加工中当温度提高至℃时具有很高的红硬性,并具有很高的耐磨性,很高的强度及良好的工艺性能,因而榫槽拉刀材质选择M42是准确的。

2 粗拉刀结构的确定

1) 粗拉刀长度的确定

轮槽拉刀是加工轮盘的专用拉刀,由于刀具齿型特殊,拉床、拉夹具等因素综合考虑,采用整体结构成套拉刀。每套9把,8把粗拉刀,1把复合精拉刀,拉刀定位尺寸为40mm×40mm。拉刀的长短则应根据实际情况而定,拉刀太短,数量多,加工繁复,工作量大;太长对于单把拉刀费用昂贵,一旦损坏,损失太大。对于轮盘拉刀,经反复论证,采用mm比较合理,最终确定:长度依次是L1,2,4,5=1185mm,L3,9=1200mm,L6=1025mm,L7,8=1145mm。

2) 切削余量的分配

榫槽的成型是根据两种切削图实现的,即非型线部分和型线部分,型线部分的拉刀比非型线部分的拉刀具有更高的加工精度。榫槽非型线部分成型是由N1~N6拉刀实现的,型线部分是由N7~N9实现的。图1是拉削榫槽的拉削余量分配图。

图1

3) 拉刀切削部分的几何参数

af为齿升量,即切削部前、后刀齿(或组)高度之差;P为齿距,即两相邻刀齿之间的轴向距离;ba1为刃带,用于在制造拉刀时控制刀齿尺寸,也为了增加拉刀校准齿前刀面的可重磨次数,提高拉刀的寿命。有了刃带,还可以提高拉削的稳定性;g0为拉刀前角;a0为拉刀后角。

4) 粗拉刀切削部分几何参数的确定

a. 齿升量af

在一定的拉削余量下,af越大,切去全部余量所需要的刀齿就越少,拉刀的长度也就越短,不仅可以节省刀具材料,拉刀制造容易,而且可以提高拉削生产率;但af过大,拉削力也增大,会导致拉刀折断或机床超载,拉后工件表面也得不到保证。因此齿升量的确定必使运转更安稳须考虑到拉刀强度、机床拉力、以及工件表面质量等。根据轮盘的厚度,各把粗刀的拉削部位,分别采用0..07的齿升量。

b. 齿距P

齿距是拉刀的重要设计要素,P过大,则拉刀过长,不仅制造成本高,而且拉削生产率低。此外,P过大,同时工作齿数太少,拉削过程不平稳,影响拉削表面质量。P过小,容屑空间小,切屑容易堵塞;同时工作齿数会过保证操作使用人员安全多,切削力相应增大,可能导致拉刀折断及机床超载;P过小,还会给刃磨带来困难,砂轮切入时有与相邻刀齿碰撞的危险。

齿距P可按下列经验公式计算:

P=(1.25~1.9)L (L为拉削长度)

涡轮盘所需加工四级轮盘,每级76个槽,槽宽分别是50.55,轴向倾角20°,总切削长度为17m。每个槽的拉削长度是:L1=50/cos20°=53.20,L2=55/cos20°=58.53。

c. 前角g0、后角a0和刃带ba1

对于轮盘来讲,其材质GH698粘性大,硬度高,弹性大,前角可取g0=10°,为减小切削力,减小回弹变形,后角应增大a0=3°,切削齿刃带ba1=0,校准齿刃带ba1=0.1~0.3。

d. 其它切削部分的几何参数

容屑槽:选择为加长齿距型。这种容屑槽底部由两段圆弧和一段直线组成,齿距较大,有足够的容屑空间,便于在很大齿升量下加工复杂型面的榫槽。

分屑槽:针对工件材质的特性,N1~N4粗拉刀齿面宽且齿升量大,为了将切屑分割成一定的宽度,便于卷曲和容纳在容屑槽中,在拉刀切削齿后刀面上交错地磨出深度为hk=1分屑槽。

3 精拉刀切削部分几何参数的确定

由于精拉刀拉削过程是榫槽成型的最终形式,因而要保证榫槽表面的高质量,精拉刀的设计起着关键的作用。在设计上注意以下几点:

1) 复合精拉刀由轮槽外圆平面成型拉刀,轮槽槽底成型拉刀,榫槽轮廓成型拉刀3部分组成。各部分拉刀的齿升af,齿距P各不相同,精拉刀齿升量af要小,在全齿型切削时更要小,对于整把精拉刀而言,齿升量前大后小。

2) 榫槽轮廓成型拉刀校正齿要多,齿距要大,对于动力涡轮盘而言,最后3个齿距大于轮盘在倾斜20°方向上的厚度,形成单齿切削,这样使轮盘有充分的弹性回缩时间,使后一个校正齿再重新光一刀,保证榫槽表面的轮廓质量。

3) 为提高精拉刀的使用寿命,保证型面轮廓的正确,设计时,拉刀轮廓取轮槽轮廓的最小实体状态,这样拉刀实体处于轮槽轮廓的上限。

4) 在全齿型切削时,拉力突然增大,拉刀产生振动,容易崩齿或拉刀折断,不仅工件报废,而且会造成拉刀的损失,为避免这种情况的发生,设计精拉刀时要计算出全齿型切削时的齿数,将这些齿的齿根、齿底开分屑槽,保证可有效地断屑。

4 拉刀的制造

由于轮槽拉刀对刀具材质的各种性能要求非常高,因此对毛坯的锻造,热处理要求十分严格,特别是精拉刀型线部分的齿形加工有很大的难度。

加工时要注意以下几点:

1) 刀齿前面和齿沟槽必须圆滑连接,不要出现尖角,影响排屑。

2) 刀齿后刀面光洁度要好,这样可以减小切削阻力,避免应力集中,减小或避免机床的振动。

3) 刀体与刀柄连接部分要保证整体的直线度、平面度,使之与拉夹具导向槽配合良好。

4) 拉刀制造时要二次探伤,消除裂纹。

5 拉刀的修磨

1) 刃磨条件

拉刀在使用时会逐渐的磨损,当拉刀磨损到一定情况时会影响榫槽的质量和拉刀的寿命,所以有必要对拉刀的刃磨条件和刃磨方法作一阐述。拉刀在拉削过程中判断拉刀刃磨的条件:

a. 拉削成型的表面全球最大的程度臂上反转自升D5200⑵40塔式起重机等粗糙度突然下降;

b. 拉力急剧增大;

c. 拉刀切削刃的刃带宽度超过0.01mm;

d. 加工中出现异常情况,如拉刀振动增大等。

2) 拉刀的刃磨

拉刀材质M42,通过比较试磨,CBN(立方氮化硼)砂轮磨拉刀时要仔细观察槽口,注意以下几点:

a. 拉刀磨不要往复磨削过快,否则会将拉刀刀齿烧糊,造成退火,使拉削时崩齿。

b. 对于精拉刀和粗拉刀刀齿槽底圆弧! 不同,要有不同的专用的砂轮,保证圆弧和直线光滑连接。粗拉刀要用粒度为100的CBN砂轮,圆角为R2.5;精拉刀要用粒度为148~180的CBN砂轮,圆角为R1。

c. 在磨校正齿时,要根据已拉削槽数,检测尺寸结果,万方数据进行少量磨削。

d. 精拉刀校正齿后刀面必须用大理石油石修理,加工过程中每拉一个槽,必须对所有拉刀校正齿前刀面进行刮研,去掉积屑瘤(GH698比较粘)。

e. 刃磨过后,每把刀必须消磁。

6 结论

上述方法设计的拉刀进行了拉削实践,拉削出的产品符合涡轮盘榫槽的设计要求,使用方法简单、修磨方便,是拉削涡轮盘榫槽非常好的拉刀结构。(end)

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