水轮机主轴与转轮镗模的设计

安华

（哈尔滨电机厂有限责任公司，哈尔滨150040）

1 引言

由于水轮机主轴的联接孔与转轮的联接孔（销孔）是一一对应的关系，在使用的过程中，销孔中需穿入螺栓，最终用螺栓把主轴和转轮通过加工出来的销孔联接在一起，又由于主轴和转轮的销孔不能一次加工出来，必须分别加工，所以必须设计两个镗模：一个镗模用来加工主轴联接的销孔，叫主轴镗模；另一个镗模用来加工与转轮联接的销孔，叫转轮镗模。在加工两个镗模的过程中，主轴镗模与转轮镗模的销孔必须是一次加工出来的，一个镗模带有凹止口，另一个镗模带有凸止口，用于止口定位。两个镗模加工完成后，把两个镗模分开，一个与主轴联接，加工主轴的所有销孔；另一个与转轮联接，加工转轮的所有销孔。主轴与转轮的销孔加工完成后，主轴与轮轮通过加工好的销孔用螺栓联接。因为销孔的精度是通过镗模孔的精度来保证的，所以镗模孔的位置公差、形位公差及尺寸公差均在图纸要求的范围内，加工后的孔的尺寸及各项公差也在图纸的要求范围内，也满足装配的尺寸要求。

2 镗模的加工工艺

在设计水轮机镗模时，因为镗模的直径和厚度较大，所以采用铸钢件，铸钢件需退火处理但不需要探伤，镗模在粗加工后和精加工前都需要再次退火以消除内部应力。退火必须在退火炉内进行，不允许用其他的方式退火，退火要充分消除应力，防止使用过程中镗模因自身残余应力产生变形。

（1）水轮机的镗模止口设计。

一般主轴的镗模设计为凹止口，因为主轴为凸止口，与凹止口的主轴镗模正好配合。同理，转轮的镗模设计为凸止口，与转轮体的凹止口正好配合，这样起到了良好定位的作用（如图1）。

图1

（2）水轮机的主轴镗模与转轮镗模在加工时，要高低点相对，并且每个孔要一一对应打上标记。

主轴镗模与转轮镗模联接在一起之前，要先在联接面的接触上分别打上高低点，即每个镗模在联接面上都要找出高点“H”和低点“L”，在联接的过程中，主轴镗模的高（低）点对应转轮镗模的低（高）点，然后再加工，当两个镗模上的所有孔加工完成后，在拆开之前，两个镗模上的对应孔要依次打上标记（即1，2…），这样做的目的是保证将来在分别加工主轴和转轮时，孔也要一一对应。同理，镗模与主轴和转轮联接时，也要高低点相对，以减少平面度的误差。

（3）主轴镗模与转轮镗模要凹凸止口配合，用调整块调整间隙。

两个镗模是凹凸止口相互配合的，所以都是间隙配合，既然是间隙配合，就需要用调整块来调整间隙。由于内圆为止口配合，受空间限制，没有办法来调整间隙，只能从外圆来调整间隙。调整过程如下：在转轮镗模上有4个M30的螺纹孔，用于调整间隙，M30的紧固螺钉把调整块紧紧地紧固在转轮镗模上，然后用调整螺钉来微调间隙，先计算出止口间隙，在止口外均匀选取四条直径（8个端点）均匀加入塞尺片，来调整两镗模，使同轴度小于φ0.02mm，两镗模端面间隙小于φ0.03mm，当间隙不均匀时，就通过镗模止口处的3个φ100mm孔来观察，然后也在φ100mm孔处塞入塞尺片，通过塞入塞尺片，同时顶紧螺钉微调，当止口处的间隙调均匀后，加工镗模上所有的孔，如图2所示。

图2

图3

同理，主轴镗模与主轴、转轮镗模与转轮之间的调整也是采用这种方式。调整块用于调节主轴（转轮）镗模与主轴（转轮）的同轴度，由于受镗模板与主轴和转轮联接形式的限制，有时会选择外圆调整，有时会选择内圆调整。图3是转轮镗模与转轮之间的内圆调整示意图。

（4）镗模的定位销用于定位及控制轴向自由度。

镗模的定位销是很重要的一环，定位销主要是控制在加工镗模孔时的径向自由度，凸凹止口是控制轴向自由度。定位销在设计时，定位销与镗模孔、产品三者必须配车，顺序是先加工孔，然后记录孔的尺寸，用销子尺寸来配孔尺寸，配车间隙全部在φ0.03mm以内，而且定位销本身两个轴径同轴度误差不超过φ0.01mm，这样加工出来的孔可以满足设计要求。定位销中间加工孔，减轻重量，然后两端加堵板，以便于打中心孔，定位销要带有手柄，便于装拆，如图4。

图4

（5）镗模还需要在孔的两侧加工出空刀槽。

在磨削整个大平面的过程中，空刀槽使磨削的面积变小了，保证了加工镗模板平面的表面粗糙度及形位公差。由于此孔加工是断续车削，易打刀，而且磨削时产生的热量易使孔的边缘变形，所以使用空刀槽是非常必要的。

3 结语

以上就是镗模从选材到加工以及加工过程中调整间隙、保证尺寸公差、控制形状和位置公差的方法。通过此镗模加工后，主轴和转轮孔的形位公差、精度均符合图纸要求，保证主轴与转轮联接孔的位置及公差完全符合图纸的要求。经过实践证明，此种加工方法具有一定的结构通用性，整套方案设计合理，主轴与转轮联接效果良好，达到了国内领先水平，有一定的推广价值。