水轮机导叶车削加工中偏心振动问题及措施

水轮机导叶车削加工中偏心振动问题及措施

鲍焕斌

浙江富春江水电设备有限公司 311504

摘要：水轮发电机组由多个部件共同组成，水轮机导叶是其中最为关键的一个零部件。在对水轮机导叶进行加工过程中，容易出现偏心振动问题，要通过合理的分析，使加工效率得到进一步提升，从而确保加工的外观和精准度等内容都能够达到要求标准，确保其在具体应用过程中，性能能够达到要求标准。

关键词：水轮机导叶；偏心振动；精准度

水轮机导叶是水轮发电机组中导水机构的关键零件,此零件常年在水中工作,转动轴颈及叶型表面容易锈蚀损坏,因此需定期拆卸修复,由于导叶的结构是两端圆柱形、中间为扁平形梭形导水叶片,属于典型的偏心类异形件,此类零件车削加工时易产生振动,使轴颈表面及叶片两端面形成抖纹,叶片两端轴外圆的同轴度不易保证。本文通过对此零件偏心结构的分析,对工艺基准选择及切削时平衡处理作了相应探讨,对车削刀具选用进行了针对性探究,从而解决了此类零件加工中偏心振动问题,提高了加工效率,保证了加工的精度及外观要求。

1加工工艺介绍

水轮机导叶车削加工需要在相应的机床上完成，在具体作业中，应当自导叶轴两端实现定制中心孔，进行该操作主要原因是，中间导水叶的外形不会再进行精加工处理，因此在加工过程中，加工两端中心孔粗基准，两端中心孔能够确保两次装夹基准都能够保持一致，从而确保整个加工过程的合理性。

水轮机导叶其两端为圆柱部分,其中一端有两段配合外圆,分别为与导叶臂配合的轴颈及与上导套配合的轴颈,另一端为与下导套配合的轴颈,而中间为扁平形梭形导水叶片,导水叶需精密铸造完成,其表面一般不精加工,只需打磨光整,但导水叶进出水侧的封水边需加工至标注要求,中间扁平形梭形导水叶片两侧面需保证与轴线垂直,且宽度及轴向位置度均有要求,由于两端轴颈与中间导水叶偏心量较大,机床旋转时工件会产生较大的离心力,加剧工件的振动,使工件切削表面易产生波纹,其次由于扁平导水叶位于零件的中部,一次装夹后,受机床大拖板移动行程的限制,两端的轴颈外圆不可能在一次装夹中全部加工到位,需重新掉头装夹一次才能车削另一端外圆,这样因为两次装夹,使两端轴颈外圆的同轴度要求难以保证。

2加工中对刀具的合理选择

2.1刀具材料的选择

通常来说，车削加工过程中，有断续端面和圆柱面两种情况的切削作业，而在实际加工过程中，会存在较大的冲击，在粗车时，选择的车刀的抗弯强度大于等于130kg/mm2，硬超过89.6HRA，该材料在钨钛合金中是强度较好的一种，其在抗振动和抗冲击等各项性能上都能够满足作业要求，应用过程中，不易发生崩刃现象，但是需要相关工作人员注意的是，其耐磨性较差。在精车时，选用的刀具的抗弯强大于等于115kg/mm2，硬度超过了91.2HRA，该刀具在具体应用过程中耐磨性，以及相应的允许切削速度都较高，能够满足精车的需求。

2.2几何角度的选择

刀具几何角度对中碳钢铸钢件切削效率、刀具在具体生产过程中的耐用度，加工面表面的具体粗糙程度，以及实际加工过程中的硬化程度等多个方面都会造成直接影响。从而将会对水轮机导叶车削加工产生影响，因此要加强对刀具几何角度的探讨与分析，确保最终的加工质量能够达到要求标准。

1）前角是车刀切削部分的一个重要角度。前角的大小决定了车刀锋利与否，在具体作业过程中，通过适当增大前角的方式，能够使切削摩擦与变形得到合理控制，从而控制切削热及切削力，加快了切削速度。此外，需要注意，如果前角过大，刀尖的强度将会被削弱，此时刀具的散热能力也将会被削弱，会导致作业过程中，刀具的磨损现象变得的更加严重。基于上述内容考虑，在粗车时，应当将前角的大小控制在11°-13°之间，而在精车时，则应当将前角控制在16°-18°之间，从而确保整个加工过程的合理性。

2）后角起到的主要作用是减少车刀主后面与工件切削表面两者之间的摩擦力的大小，从而对刀具作业过程中的实际磨损情况造成一定程度的影响。通过分析不难发现，随着后角的增大，摩擦力将会变小，此时车削将会变得轻快，车刀磨损将会变得缓慢。但是，若作业过程中，后角过大，车刀楔角将会减少，此时其强度也会减弱。基于此，粗车时，后角的角度应当控制在4°-6°之间，精车时，则应当将后角大小控制在5°-7°之间。

3）刃倾角会对切屑的形成和排屑方向造成一定程度的影响。当其大小为正值时，在加工过程中，产生的切屑会流向已经完成加工的表面，如其角度为负值时，产生的切屑则会流向还未加工的表面。如果刃倾角为0，切屑会呈直线或在原地打卷。在进行导叶加工中，切削导水叶的两个侧面时，由于存在冲击和断续切削情况的存在，可以依据情况，适当的增加刃倾角的大小。在粗车时，刃倾角的大小选取7°-11°，该角度可以确保加工的合理性。在精车两端都为外圆时，为了避免切削流向已经完成加工的表面，在其上面留下擦痕，对工件造成破坏，刃倾角最好取负值，通常取-4°左右。

4）在具体作业过程中，如果主偏角过小，刀刃在整个过程中作业长度将会适当变长，此时刀具有良好的散热性，从而提升了刀具的耐用性，但是需要相关作业人员注意的是，在具体切削过程中，由于受各个方面因素的影响，容易存在震动情况。因此，在不同情况下，要对主偏角进行合理控制，粗车时应当将主偏角控制在75°，精车时，则应当将主偏角控制在90°。

5）车削铸钢件的车刀在具体作业过程中，应当磨出负倒棱，通过该方式使刀具的强度得到进一步提升。同时，在具体作业过程中，通过负倒棱的作用，将由于车削过程中产生的大量热量都合理的分散到车道的后面与前面，热量的分散，可以延长刀具在具体应用过程中的寿命，从而使刀刃部位遭受到的磨损程度能够得到合理控制，提高其耐用性。通常来说，负倒棱的角度保持在-4°左右。粗车时，负倒棱的大小通常应当控制在0.4mm-0.7mm之间，而在精车时，负倒棱大小则应当被控制在0.1mm-0.2mm之间。

3选择切削用量

导叶中间叶片两端面的车削加工属于断续加工，因此在具体加工过程中，稳定性相对来说较差，因此为了确保加工的合理性，应当将加工的速度控制在一个合理的范围内。通常来说，在粗车时，切削速度应当控制在58m/min-62m/min之间，切削深度的大小则应当控制在1.5mm左右。而在精车时，切削速度则应当控制在148m/min152m/min之间，切削深度则应当控制在0.4mm左右。

4结束语

水轮机导叶车削加工过程中，需要从多个方面入手进行探讨分析，选择合适的刀具材料、角度、切削用量，满足偏心异形构件具体加工在精度上的具体要求，同时提高生产效率。

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