[发明专利]汽轮机叶轮自由锻造双凸成形工艺

说明书

技术领域

本发明涉及热加工领域，特别是关于汽轮机叶轮自由锻造双凸成形工艺。

技术背景

汽轮机叶轮是汽轮机中受力最重的零件。汽轮机叶轮运转时的线速度高达200～300m/s，将承受很大的切向和径向应力、运行中的震动应力和内外轮缘温度梯度造成的热应力、叶轮热压配合在主轴上的径向切向张力等。因而要求叶轮有高的强度，良好的塑性和韧性，低的脆性转变温度。因而对叶轮锻造过程提出很高的要求。

常规的汽轮机叶轮的锻造是在专用设备上采用模型锻造方法(像二重集团万航模锻厂是在100吨-米对击锤上生产)进行的；业界通常认为叶轮只有在模膛中经过十几次的锻打才显得结实。但叶轮锻件最终得经过一系列的检测：超声波检测其内在质量(即所谓结实)、力学性能试验，金相检测等才得以评定验收。

模型锻造的优越性在于大批量生产时可以节省原材料。但汽轮机叶轮外形尺寸种类繁多，而每一种尺寸的数量并不多，为了节省模具费用，只好将相近尺寸的若干品种共用一种模具，这样使节省材料的优越性大为逊色。而且整个工艺流程是需要多道工序相互配合完成：水压机开坯-锯床下料-模锻设备模锻；涉及的设备较多，投资较大(特别是模具的投资较大)，导致制作成本较高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服上述背景技术的不足，提供一种汽轮机叶轮的锻造工艺的改进，该工艺具有质量好、合格率高以及成本低的特点。

本发明提供的技术方案是：汽轮机叶轮自由锻造双凸成形工艺，依照以下步骤进行：

1)下料：根据叶轮的重量，计算所需坯料的重量并且锯切下料，得到长方体的坯料；

2)加热：加热升温到1260-1300℃，保温2-4小时；

3)倒棱：在水压机上将坯料倒棱成轴线为竖直方向的八角形；或者采用连铸圆坯；

4)镦出第一凸台：先初步镦粗降低坯料的高度，然后把上述坯料移入制有锥形模腔的通用胎模中继续镦粗，同时在坯料的底部镦出第一凸台；

5)镦出第二凸台：在坯料顶面放置一圆环，并通过水压机镦出坯料顶部的第二凸台；接着利用水压机砧子对第二凸台的周边部位不断镦压，使其展宽为叶轮的轮缘；

6)冲孔：用冲头冲制出穿越过两个凸台的轴孔；

7)修正成形：用通用芯棒穿住轴孔滚轮缘、校平成形。

所需坯料重量G的计算公式为：G＝(S+0.33g)(1+0.03)

式中：S为成品汽轮机叶轮的重量

g为与该叶轮的轴孔体积相等的坯料重量。

本发明的有益效果是：由于采用自由锻工艺，因而能够一火次锻造成形，既降低了锻造时间(耗时15分钟内；如采用圆形连铸坯10分钟即可)，又保证了锻造质量(锻后叶轮经超声波检测完全满足叶轮锻件的技术要求，且合格率达99％以上)；更重要的是，由于无需模型锻造所需的各类规格的模具以及相应的设备投资，因而显著降低了制作成本(节约成本40％以上)，具有极为明显的经济效益；目前已占领了国内汽轮机叶轮锻件市场的65％。

附图说明

图1是本发明所述的汽轮机叶轮的主视结构示意图。

图2是本发明步骤3)中倒棱后的八角形坯料主视结构示意图。

图3是本发明步骤3)中倒棱后的八角形坯料俯视结构示意图。

图4是本发明步骤4)中坯料的俯视结构示意图。

图5是经过本发明步骤4)后的坯料主视结构示意图。

图6是本发明步骤5)中采用的通用胎模的剖视结构示意图。

图7是经过本发明步骤6)后的坯料主视结构示意图。

图8是本发明步骤6)中采用的圆环的剖视结构示意图。

图9是经过本发明步骤7)后的汽轮机叶轮锻件的主视结构示意图。

具体实施方式

如图所示，汽轮机叶轮自由锻造双凸成形工艺，依照以下步骤进行：

1)下料：按照汽轮机各级叶轮的要求使用不同的合金钢种；接着根据汽轮机叶轮的重量计算坯料的重量，然后锯切下料，得到长方体的坯料；所需坯料重量G的计算公式为：G＝(S+0.33g)(1+0.03)；

式中：S为成品汽轮机叶轮的重量；

g为与该叶轮的轴孔体积相等的坯料重量。

2)加热：加热升温到1260-1300℃，保温2-4小时。

3)倒棱：把长方体坯料横向放在水压机的下砧子表面；然后用操作机抓住坯料的一端并转动一定角度，利用水压机的上下砧子的压力将坯料的方角压平，使坯料轮廓形成八角形(如图2、图3所示)；(也可直接采用连铸圆坯；用连铸圆坯可省略倒棱工步)。