GPS1500-35核主泵导叶体数控加工工艺研究

2019-04-26张艳梅

山西冶金 2019年1期

张艳梅

（沈阳鼓风机集团沈阳透平股份有限公司，辽宁沈阳 110869）

反应堆冷却剂循环泵（简称“核主泵”）是核岛一回路系统中唯一高速旋转的设备，长期工作于高温、高压、强辐射环境中，其性能和可靠性直接影响核电站的安全正常工作[1-2]。核主泵的过流部件主要由泵壳、叶轮和导叶三部分组成。泵壳设计成环形结构，其结构简单、紧凑；叶轮采用混流式叶轮；导叶主要用来消除从叶轮流出液体的速度环量，并将这部分动能转换为压力能，从而减小泵壳内的流动损失[3-4]。同时，导叶在提高核主泵水力性能方面也发挥着重要作用。经过相关研究表明，导叶体的振动对核主泵的工作性能影响较大，为了减震降噪，满足用户要求，提出一种核主泵导叶体加工新型工艺，以提升主泵的工作性能[5]。

1 核主泵导叶体加工工艺

核主泵导叶体加工工艺的研究主要分为如下几个步骤进行，首先制定前后盖板及组焊的工艺路线，然后使用CAMAND通用编程软件，对模型进行转换、整理，进一步确定加工方案，明确装卡方式，选用加工用刀具，编制及后处理加工程序，最后利用数控机床进行加工，验证数控加工的可行性，并对主泵的工作性能进行检验。

1.1 加工工艺路线的制定

根据导叶体结构特点，将其分成前、后盖板两部分分别加工，可以订制如下工艺路线。

1.1.1 前盖板

锻造→车→检查→锯切→车→检查→去应力→检查→铣→钳→检查→钳→铆（组焊）。

1.1.2 后盖板

锻造→车→车→五座标粗铣工件各部→检查→去应力→检查→五座标精铣叶片各部→检查→打光→钳→车→检查→钳→检查→铆（组焊）。

1.1.3 导叶体（组焊后）

划线→车粗→半精车→铣→打磨→焊→去应力→检查→划线→钻孔→精车→钳→检查→钳→检查→装。

1.2 零件三维模型数据转换

利用三维造型软件，按照零件型面坐标点及各部尺寸可以造出如图1、图2所示三维模型。

图1 前盖板三维模型

图2 后盖板三维模型

根据三维模型可以分析出，后盖板上叶片形状扭曲比较大，三个叶片薄厚不均、形状各异，流道较深、较长，叶片根部存在加工不到的地方。前盖板形状比较简单，但其上凹槽加工将要产生过切现象，并且加工后两件相配难度较大。由于该导叶体前、后盖板结构比较复杂，需在五轴联动设备上加工，并且需要用通用的CAM编程软件编制加工程序[6]。我们使用的是CAMAND通用编程软件，需要对模型进行转换、整理，制定加工方案，确定装卡方式，选用加工用刀具，编制及后处理加工程序，数控加工界面如图3所示。

图3 数控加工界面

1.3 主泵导体叶的加工过程

按照现有五坐标STORM1100机床结构，将工件按卡、压方式装卡好，如图4示，此方式装夹使工件牢固，加工时不易产生干涉现象。

图4 导叶体后盖板装卡图

导叶体材料为1Cr18Ni9Ti，特点是硬度低、黏性大容易黏刀，适合用硬质合金刀具以较高转速、较大进给量进行加工。

目前国际上高效去除铣削加工余量的较先进的方法有两种，一是采用小切深、高转速、大进给的方法—高速铣，另一种是采用刀具走刀方向与刀轴方向相同的方法—插铣[7-8]。由于导叶体后盖板流道较深、较窄，刀具悬臂很长（长径比大于6倍），不宜选用高速铣[9]，故我们选用了插铣加工方式，如图5所示。大量去除毛坯余量粗加工时采用Φ40 mm插铣刀加工，提高了加工效率，节省了刀具费用，减小了设备的磨损。在加工叶片外侧扭曲部位时，采用了Φ25 mm插铣刀加工，去除较大余量。插铣加工不能产生顶刀现象，否则容易损坏刀具，以至于无法进行正常加工。如何解决加工中顶刀问题，我们认为在不产生过切等干涉情况下，应该使后续的每一次走刀加工深度，不要大于其前一次走刀所加工的深度。由于该工件三个叶片形状各异，加工叶片曲面时，我们选用了不同尺寸的硬质合金球头铣刀、高速钢球头铣刀进行各型面半精加工、精加工，保证了加工精度。