No desenvolvimento de discos de turbinas a gás, os furos dos tirantes são uma característica fundamental para conectar impulsores adjacentes, e sua precisão de posição afeta diretamente a qualidade de montagem do rotor da turbina a gás. A tecnologia de processamento de furos de tirantes em discos de rodas de turbinas a gás é explorada e, por meio de posicionamento de alta precisão e processamento de mandrilamento difícil, espera-se fornecer referência técnica para o processamento de furos de tirantes em discos de rodas de turbinas a gás.
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Como componente principal da turbina a gás, o impulsor da turbina possui uma estrutura complexa e requer alta precisão de processamento. O desenvolvimento de seus processos e a fabricação de produtos acabados são a chave. Entre eles, o furo do tirante serve como estrutura de conexão entre impulsores adjacentes, e sua importância é evidente [1-3].
Conforme mostrado na Figura 1, o impulsor da turbina é conectado por engrenamento de dentes nas extremidades do arco entre estágios e é montado em um rotor inserindo tirantes através de 12 orifícios de tirante distribuídos circunferencialmente na superfície do disco. Como os dentes da extremidade do arco têm uma função de autocentralização, a posição do furo do tirante não pode ser ajustada depois que os impulsores adjacentes de dois estágios são engrenados. Portanto, requisitos extremamente elevados são impostos à posição do furo do tirante.
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Figura 1 Diagrama de conexão do sistema do eixo da turbina
O diâmetro do furo do tirante é de 42 mm, que geralmente é processado por perfuração e mandrilamento. Sua proporção máxima excede 5 vezes o diâmetro, e o valor de rugosidade da superfície requer Ra=1,6μm, o que representa um grande desafio para o processo de mandrilamento.
Tendo em vista os requisitos de processamento de alta dificuldade mencionados acima, nos concentramos principalmente em dois aspectos: posicionamento de alta precisão e mandrilamento de alta dificuldade.
2.1 Tecnologia de processamento de posição do furo do tirante
Os requisitos de desenho para furos de tirantes são: φ42,58 mm, posição φ0,12 mm e cilindricidade 0,012 mm. Para garantir uma montagem suave, os requisitos do processo são aumentados para: φ42,58 mm, posicionamento φ 0,05 mm e cilindricidade 0,012 mm. Portanto, a verificação do teste do processo é necessária. Este teste simula o processamento dos furos do tirante do impulsor, e a estrutura da amostra é mostrada na Figura 2. Uma mandriladora e fresadora é usada, o método de fixação é uma placa de fixação de ferro angular e a amostra é fixada verticalmente.
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Figura 2: Peça de teste do furo do tirante
(1) O método tradicional de processamento de furos distribuídos axialmente é "girar o centro" do comparador da alavanca, encontrar a posição das 4 horas à esquerda e à direita do céu e da terra, determinar o centro do círculo, usar uma broca T para perfurar o furo inferior de acordo com o círculo primitivo de φ420 mm e furar com precisão o furo do tirante.
1) Resultados de detecção de três coordenadas. O valor máximo da posição é 0.0756 mm, e a circularidade do círculo externo D600mm é 0,0056 mm (consulte a Tabela 1).
Tabela 1: A primeira imagem de dados de detecção de três coordenadas
2) Classificação de dados. Conforme mostrado na Figura 3, a posição do furo é deslocada globalmente para a direção Y positiva.
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Figura 3: Diagrama de dados de detecção de três coordenadas
3) Análise de dados. Tomando a posição I na Figura 3 como exemplo, o desvio da direção X é pequeno e o deslocamento é de cerca de 0.01mm; o desvio da direção Y é grande e o deslocamento é de cerca de 0,035 mm. A direção Y é o principal fator que influencia o desvio de posição. Se o deslocamento da direção Y de 0,03 mm for excluído, a situação de posicionamento será bastante melhorada e o contorno geral dos pontos medidos será melhor, o que mostra que a precisão de posicionamento repetido da própria máquina-ferramenta é melhor. Os dados angulares após a conversão dos dados de detecção de três coordenadas são mostrados na Tabela 2. Pode-se verificar claramente que o deslocamento principal está na direção Y.
Tabela 2: Os primeiros dados de conversão de detecção de três coordenadas [Unidade: (grau)] Imagem
4) Análise de possíveis causas. O método de alinhamento da direção X é: o relógio comparador da alavanca toca dois pontos no círculo externo da amostra nas direções esquerda e direita para determinar a direção horizontal; o método de alinhamento da direção Y é: o relógio comparador da alavanca toca dois pontos no círculo externo da amostra nas direções para cima e para baixo para determinar a direção vertical. direção para determinar a posição central da amostra. Aqui, quando o comparador da direção Y toca os dois pontos dos círculos externos superior e inferior, devido à gravidade da caneta do comparador, ele pode atrasar ou retrair, resultando em um desvio entre a posição real e a posição exibida. Após a conclusão do processamento do furo, pode ser o principal fator que causa o desvio da direção Y. Além disso, a precisão do relógio comparador é de 0,01 mm, e seu erro também afetará o desvio da direção Y, que é um fator de influência secundário com um pequeno impacto. A direção X está na direção horizontal e não há desvio de posição relativa causado pela gravidade. O fator de influência é o erro de precisão do próprio relógio comparador, que tem menor impacto e melhor desempenho.
(2) Método de melhoria: Use o comparador de alavanca mencionado acima para "virar o centro" para encontrar o centro e inicialmente fazer dois furos em posições simétricas. O relógio comparador mede o tamanho do ponto do círculo externo em cada direção até a extremidade mais distante do furo através do movimento da máquina-ferramenta e, em seguida, subtrai os dois conjuntos de dados nas direções X e Y, respectivamente, para obter os valores de desvio em as direções X e Y, e é compensado e 12 furos são finalmente perfurados com precisão.
Conforme mostrado na Figura 4, a compensação da direção X é Os dados medidos por este método são valores relativos, o que pode eliminar a influência da gravidade na retração do relógio comparador. Ao mesmo tempo, como a medição é o mesmo relógio comparador, a influência do erro de precisão da ferramenta de medição também pode ser eliminada. Após o mandrilamento de precisão, verifique novamente os dados de posição usando três coordenadas. Com base no método acima, foi realizado o segundo teste de processamento posicional. O status do processamento é mostrado na Figura 5.
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Figura 4: Diagrama de compensação de coordenadas
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a) Estado 1 b) Estado 2
Figura 5 Status de processamento
1) Resultados de detecção de três coordenadas. O grau de posição máximo é 0,0501mm (ver Tabela 3).
Tabela 3: A segunda imagem de dados de detecção de três coordenadas
2) Classificação de dados. Os dados de conversão da segunda detecção de três coordenadas são mostrados na Tabela 4.
Tabela 4: Dados de conversão da segunda detecção de três coordenadas [Unidade: (grau)] Imagem
3) Análise de dados. As principais direções de deslocamento do furo são a direção X negativa e a direção Y positiva, e o círculo primitivo tem boa circularidade. Com base neste método de processamento, o grau de posicionamento foi melhorado até certo ponto.
(3) Segundo método de melhoria Com base no método acima, foi realizado o terceiro teste de processamento posicional e o método de alimentação foi alterado para alimentação de mesa.
1) Resultados de detecção de três coordenadas. O valor máximo da posição é 0.0269 mm, e o arredondamento do passo de 12 furos é 0,0106 mm (consulte a Tabela 5).
Tabela 5: A terceira imagem de dados de detecção de três coordenadas
2) Classificação de dados. Os dados de conversão da terceira detecção de três coordenadas são mostrados na Tabela 6.
Tabela 6: Os terceiros dados de conversão de detecção de três coordenadas [Unidade: (grau)] Imagem
3) Análise de dados. A redondeza do buraco é melhor. Este método de processamento melhora significativamente a posição do furo do tirante.
2.2 Pesquisa sobre processamento de furos difíceis
O material do impulsor de quarto estágio da turbina é 21501-5 (classe de fábrica), que tem alto teor de Cr e Ni, baixo desempenho de corte de material e a relação comprimento-diâmetro do furo do tirante excede 5 vezes o diâmetro, dificultando o processamento do mandrilamento.
Este teste é baseado em um bloco de teste de material homogêneo do impulsor, e a mesma mandriladora e fresadora é utilizada como equipamento.
1) Barra de ferramentas de mandrilamento modular Walter. Ao usar ferramentas de mandrilamento convencionais para processar furos com grandes proporções, os padrões de vibração da superfície são óbvios e o processamento não é ideal. Os parâmetros de corte são mostrados na Tabela 7.
Tabela 7 Parâmetros de corte 1
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2) Escolha uma barra de ferramentas de mandrilamento com amortecimento antivibração. Os parâmetros de corte são mostrados na Tabela 8. As pastilhas Kyocera se desgastam rapidamente durante o uso, por isso usamos uma combinação de barra de ferramentas de mandrilamento com amortecimento antivibração + Taguk TCMT 110204 FG CT3000 (ou Sandvik Coromant TCGT 110204L-K1125) para processar furos tão profundos. Comparação de qualidade de processamento boa. A comparação da qualidade da superfície é mostrada nas Figuras 6 e 7.
Tabela 8 Parâmetros de corte 2
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Figura 6: Má qualidade da superfície
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Figura 7: Melhor qualidade de superfície
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Aplicação de tecnologia de usinagem de furo de tirante de alta precisão no impulsor da turbina
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3.1 Plano de fixação
O impulsor adota o método de placa de montagem de ferro angular e é fixado verticalmente. Antes de fixar, certifique-se de que a superfície vertical da cantoneira esteja perpendicular ao eixo Z da máquina-ferramenta. Calcule e determine a posição do bloco de pastilhas com base na altura do bloco em forma de V e nas dimensões gerais do impulsor. Todas as posições em contato com a peça de trabalho são protegidas por ferro revestido de cobre (ver Figura 8).
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Figura 8 Método de fixação do impulsor da turbina
Após a fixação, alinhe a posição da placa de pressão do impulsor em 4 pontos nos lados esquerdo e direito da face final, com um erro menor ou igual a 0,01mm.
3.2 Rota de processamento
A rota de processamento do furo do tirante do impulsor da turbina é perfurar o furo inferior → mandrilamento bruto → mandrilamento fino. Primeiro, métodos tradicionais de alinhamento são usados para completar o processamento e semiacabamento dos furos do tirante. Em segundo lugar, use o relógio comparador da alavanca e os eixos X e Y da máquina-ferramenta para medir os dados de comprimento de A, B, C e D respectivamente (veja a Figura 9). Use o micrômetro de diâmetro interno para medir os dois diâmetros de furo D1 (φ42,3 mm) e D2 (φ42,3 mm). 4mm).
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Figura 9 Dados de compensação de coordenadas
O deslocamento do eixo X é [(A-D1/2)-(B-D2/2)]/2, e o deslocamento do eixo Y é [(C-D1/2)-(D-D2/2)] / 2.
Os dados na Figura 9 são os dados medidos durante o processamento real. /2= 0.025 (mm), ou seja, a posição zero do eixo X da máquina-ferramenta é ajustada em 0,025mm na direção positiva. Eixo Y: 321,25 ‒ (42,4/2)=300,05 (mm), 321,33 ‒ (42,3/2)=300,18 (mm), deslocamento do eixo Y (300,18 ‒ 300,05) / {{ 24}}0,065 (mm), ou seja, máquina-ferramenta Y A posição zero do eixo é ajustada 0,065 mm na direção negativa.
Finalmente, através do cálculo acima, conclui-se que o centro do círculo da peça X é ajustado em {{0}},025mm na direção positiva e Y na direção negativa em 0,065mm. Efetuar a usinagem de acabamento de 12 furos com o novo centro do círculo obtido.
3.3 Efeitos de aplicação
Para o impulsor com furos de tirante usinados por meio deste processo, após a malha autocentrante dos dentes da face final, os furos de tirante dos impulsores de dois estágios adjacentes têm uma alta coaxialidade, os tirantes podem ser inseridos livremente e a turbina a gás rotor foi montado com sucesso.
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Conclusão
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A pesquisa sobre a tecnologia de processamento de furos de tirante de alta precisão para impulsores de turbinas a gás fornece garantia para a montagem do rotor da turbina a gás. Ao mesmo tempo, este processo pode ser amplamente utilizado no processamento de vários tipos de furos axiais, o que pode efetivamente melhorar a qualidade do processamento das peças e melhorar a precisão da montagem dos produtos.
