在我国,进行高温合金材料涡轮盘、压气机盘榫槽加工的厂家主要集中在几个大型航空发动机生产厂,如西安航空发动机制造公司、哈尔滨航空工业公司、成都发动机(集团)有限公司、株洲南方工模具公司、沈阳黎明发动机制造公司等。这些厂家榫槽拉刀设计和制造水平也在国内处于领先地位。哈汽公司生产的常规电站汽轮机转子基本都是整体式结构,转子的叶根榫槽都是采用铣削的方法加工。近些年随着我国大力发展燃机技术,哈汽公司引进了船用燃机、船用涡轮增压机组和电站用重型燃气轮机技术。燃气轮机的转子都是分体式结构,各级涡轮盘、压气机轮盘采用机械或焊接的方式连接成为转子,轮盘榫槽的加工在国外都是采用拉削的方式。
哈汽公司在 2002 年使用长沙机床厂生产的 CS-6028 百吨卧式拉床,成功地进行了国内首次高温合金材料,超大直径、超大榫槽轮廓尺寸、高精度的涡轮盘榫槽拉削加工。2004 年又使用该拉床进行了国家“863 计划”项目 11 万千瓦重型燃汽轮机研制中的压气机轮盘燕尾型榫槽拉削加工,该压气机轮盘的直径都在 φ2000mm 左右,是我国拉削加工直径最大的轮盘。2008 年使用该机床又完成了涡轮增压机组中八级压气机轮盘榫槽的拉削加工。哈汽公司已经具备了一定的拉削加工能力,但整体水平不高,拉刀的设计和制造等核心技术还不能独立完成。
(2)榫槽加工方式对比分析
成型拉削和成型铣削是加工榫槽的主要加工方法,两者对比分析如下:
1)首先在加工精度方面,
优点:加工精度比较高,能达到10μm的尺寸精度和R a=1μm的表面质量,对于一些工件省掉了抛光的二次处理。特别对于一些材质脆性比较大的非金属材料,加工的精度比较好。
不足:需要昂贵的高精度、高刚性的机床,机床成本是电火花机床的3~5倍。对于内边角加工无法实现,存在刀具干涉、无合适刀具等原因,还需用电火花加工或钳工二次加工处理。
2)其次在加工材料方面
优点:能加工硬度60HRC以下的各种金属材料、非金属材料等。对于硬度比较低的材料,因有较小的刀具磨损,所以加工优势比较明显。
不足:加工淬火工件,刀具昂贵成本高,且刀具寿命很低。
3)加工速度
优点:高速铣削的加工效率是普通加工的3~5倍,是电火花加工的数倍。因为高速铣削较高的加工效率,缩短工件的交货期,大大提高了生产效率。
不足:对机床的控制系统要求很高。对编程以及操作人员技术素质要求很高,对人员的依赖性较强。
拉刀是一个多齿,先在生产效率,多刀也参加了工作,切削刃的总长度,一次可以完成粗 - 半精 - 精加工,因此,生产效率高,特别是比较特殊的外表面加工形状,效果尤为显着。后拉精度和表面质量的工件,拉削后的工件精度和表面质量,速度是比较低的,由于拉削,拉削光滑,浅切削量,拉削刀具寿命,增加使用寿命延长,从而降低成本,各种形状的拉刀拉削相同的广泛的应用范围,可以加工通孔或外表面的铣削不拉床的其他方面的应用程序的精度和范围。拉床结构相对简单,拉床只有一个运动,并依靠切削量过剩的脚,也很容易操作。综上所述,本项目进行了使用榫槽拉削过程。