CN117102874A - 汽轮机转子叉形销孔加工用导向扩铰刀及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽轮机转子叉形销孔加工用导向扩铰刀及其使用方法，属于汽轮机机械加工技术领域；该扩铰刀包括刀体，所述刀体由加工端部至后端依次设置有前导向部、扩孔部、铰孔部以及后导向部和位于导向部后端的颈部；本发明通过分功能分区明确又有机复合为一体，集成前导向部、扩孔部、铰孔部、后导向部的设计基础上，一次加工完成扩、铰两个工序，加工效率高；针对转子叉型销孔孔深、刀具悬伸长、孔内叶片底孔与叶轮底孔有错位的工况，在刀具切削部位(扩、铰)前后增加有起导向扶正作用的前后导向部，抵抗错位导致的刀具偏斜进而解决孔径变大变椭的问题。

Description

汽轮机转子叉形销孔加工用导向扩铰刀及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种汽轮机转子叉形销孔加工用导向扩铰刀及其使用方法，属于汽轮机机械加工技术领域。

背景技术

汽轮机转子叉形销孔是转子轮槽与叶片叶根的多层板装配后的深孔，长径比最大可达到30。当前采用先在转子轮槽和叶片叶根上各自钻出底孔，然后叶片与转子装配，再进行销孔扩孔，最后进行铰削销孔精加工的工艺方式。在这种工艺方式下，叶片与转子叶轮装配后销孔底孔有较大的错位，扩孔和铰孔加工余量不均匀，叶片叶根刚度不足，在扩孔时有让刀现象，因此扩孔后这种错位不能完全消除，铰孔时依然有较大的错位。而汽轮机转子叉形销孔是有限空间的大长径比高精度孔，孔径公差为0.018mm；叶片和转子轮槽装配后，转子和叶片的其他部位对该孔精加工有较大干涉，扩铰孔只能采用定制的专用设备加工，在大长径比和有限空间下工艺系统刚性较差。

在高精度、大长径比的加工要求和底孔装配错位、弱刚性工艺系统的实际工况双重作用下，当前汽轮机转子叉形销孔铰孔后始终存在孔径偏大、变椭的问题。同时，销孔加工工艺流程较长，在弱刚性工艺系统下，切削参数较低，加工效率较低，与日新月异的新机及改造市场环境要求不符。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种汽轮机转子叉形销孔加工用导向扩铰刀及其使用方法，一次加工完成销孔的扩铰工序，明显提升销孔加工效率，同时在前后导向结构的作用下，有效改善孔径偏大变椭的问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种汽轮机转子叉形销孔加工用导向扩铰刀，包括刀体，所述刀体由加工端部至后端依次设置有前导向部、扩孔部、铰孔部以及后导向部和位于导向部后端的颈部；所述刀体上开有右旋的螺旋排屑槽；

所述前导向部的长度长于转子叉形销孔叶片或者叶轮两叉之间的距离，所述前导向部的前端部设置有用于修正孔的圆柱度的端刃，所述导向部的外侧壁设置有前导向刃带；

所述扩孔部设置有用于扩孔切削的扩孔锥刃、扩孔刃带以及扩孔后刀面；

所述铰孔部的前端部设置有铰孔锥刃，以及设置于外侧壁的铰孔刃带；

所述后导向部的外侧壁设置有后导向刃带。

进一步的，所述前导向部的外侧壁均设置有前导向刃带，所述端刃与前导向刃带之间具有过度圆弧。

进一步的，所述前导向部与扩孔部之间的连接段设置有直径小于前导向部直径的凹槽；

所述铰削锥刃与扩孔部之间设置有直径小于扩孔部直径的凹槽。

进一步的，所述铰削锥刃与铰削刃带之间具有过度圆弧，所述扩孔锥刃和扩孔刃带之间具有过度圆弧。

进一步的，所述后导向部的长度长于叶片或叶轮一叉的宽度；

所述后导向部与铰削部之间，以及后导向部与位于后端的颈部之间设置有锥度斜面及过度圆弧。

进一步的，所述前导向部、扩孔部、铰孔部以及后导向部和位于导向部后端的颈部采用硬质合金支撑，位于刀体后端的柄部采用钢材料制成。

进一步的，所述前导向部的外圆直径据钻孔直径及叶片和叶轮的错位量确定为比钻孔直径小0.15－0.25mm；

所述扩孔部的外圆直径比最终孔径小0.15－0.25mm；

所述铰孔部的外圆直径与最终孔径尺寸公差的中间值匹配；

所述后导向部的外圆直径小于最终孔径尺寸0.04－0.06mm。

进一步的，所述扩孔锥刃的角度为45°－75°；

所述铰孔锥刃的角度为20°－60°。

进一步的，所述右旋螺旋排屑槽的螺旋角为20°－30°。

一种汽轮机转子叉形销孔加工用导向扩铰刀的使用方法，采用上述的一种汽轮机转子叉形销孔加工用导向扩铰刀，其特征在于：包括以下步骤：

装配好刀体，装夹定位待加工件，根据定位使刀体按照指定位置进给加工，进给的过程中，刀体每进给指定的加工深度后快速退出至孔口，并通过外冷切削液将切屑冲刷下来以及冷却刀体，再继续快速进给至退刀位置继续加工。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明的一种汽轮机转子叉形销孔加工用导向扩铰刀通过分功能分区明确又有机复合为一体，集成前导向部、扩孔部、铰孔部、后导向部的设计基础上，一次加工完成扩、铰两个工序，加工效率高；针对转子叉型销孔孔深、刀具悬伸长、孔内叶片底孔与叶轮底孔有错位的工况，在刀具切削部位(扩、铰)前后增加有起导向扶正作用的前后导向部，抵抗错位导致的刀具偏斜进而解决孔径变大变椭的问题；

2、本发明的一种汽轮机转子叉形销孔加工用导向扩铰刀通过前后导向的宽圆柱刃带扶正刀具因叶片和叶轮底孔错位而导致的受力偏斜，再由扩孔部修正装配错位，最终由铰削部精铰销孔，从而达到提高孔径加工精度的目的；

3、本发明的一种汽轮机转子叉形销孔加工用导向扩铰刀的使用方法，扩铰刀在一次加工中完成扩孔和铰孔，虽然为排出切屑采用多次退刀的啄钻加工方式消耗了一定的时间，但相比扩孔和铰孔的分体加工方式依然能够提升30％的加工效率。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1中方框内结构的放大示意图；

图3是多功能扩铰刀钻孔的进退刀示意图。

图中标记：1－柄部，2－颈部，3－后导向部，31－后导向刃带，4－铰孔部，41－铰孔锥刃，42－铰孔刃带，5－扩孔部，51－扩孔锥刃，52－扩孔刃带，53－扩孔后刀面，6－前导向部，61－端刃，62－前导向刃带。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

实施例1

一种汽轮机转子叉形销孔加工用导向扩铰刀，如图1至图3所示，包括刀体，所述刀体由加工端部至后端依次设置有前导向部6、扩孔部5、铰孔部4以及后导向部3和位于导向部后端的颈部2；所述刀体上开有右旋的螺旋排屑槽；

所述前导向部6的长度长于转子叉形销孔叶片或者叶轮两叉之间的距离，所述前导向部6的前端部设置有用于修正孔的圆柱度的端刃61，所述导向部的外侧壁设置有前导向刃带62；

所述扩孔部5设置有用于扩孔切削的扩孔锥刃51、扩孔刃带52以及扩孔后刀面53；

所述铰孔部4的前端部设置有铰孔锥刃41，以及设置于外侧壁的铰孔刃带42；

所述后导向部3的外侧壁设置有后导向刃带31。

本实施例中，在具体的结构设计上，在刀具的设计上采用集成前导向部6、扩孔部5、铰孔部4、后导向部3的设计基础上，一次加工完成扩、铰两个工序，加工效率高；针对转子叉型销孔孔深、刀具悬伸长、孔内叶片底孔与叶轮底孔有错位的工况，在刀具切削部位(扩、铰)前后增加有起导向扶正作用的前后导向部3，抵抗错位导致的刀具偏斜进而解决孔径变大变椭的问题。

在上述具体的结构设计基础上，基于整个刀具使用寿命以及整体的结构对加工效率带来的作用，作为更加具体的设计，所述前导向部6的外侧壁均设置有前导向刃带62，所述端刃61与前导向刃带62之间具有过度圆弧。

在前导向部6的设计基础上，前导向部6的最前端有可以进行切削的端刃61，端刃61可以去除比其直径更小的叶片叶轮错位量，修正孔的圆柱度。前导向部6外圆全部为圆柱刃带，无后角，以拥有更大的导向支撑面积，更好的起到导向支撑的作用。端刃61与圆柱刃带之间小圆弧过度，增强两部位连接肩部的强度，同样以免肩部在切削过程中崩刃。

作为更加具体的设计，针对扩孔部5进一步的设计，所述前导向部6与扩孔部5之间的连接段设置有直径小于前导向部6直径的凹槽，以加长扩孔锥刃51使其能够完整覆盖前导向部6直径至扩孔部5直径的切削区域。

更加具体的，所述铰削锥刃与扩孔部5之间设置有直径小于扩孔部5直径的凹槽。

作为更加具体的设计，所述铰削锥刃与铰削刃带之间具有过度圆弧，所述扩孔锥刃51和扩孔刃带52之间具有过度圆弧。

在上述具体的结构设计基础上，所述后导向部3的长度长于叶片或叶轮一叉的宽度；

所述后导向部3与铰削部之间，以及后导向部3与位于后端的颈部2之间设置有锥度斜面及过度圆弧。

在具体的参数设计上，所述前导向部6的外圆直径据钻孔直径及叶片和叶轮的错位量确定为比钻孔直径小0.15－0.25mm；

所述扩孔部5的外圆直径比最终孔径小0.15－0.25mm；

所述铰孔部4的外圆直径与最终孔径尺寸公差的中间值匹配；

所述后导向部3的外圆直径小于最终孔径尺寸0.04－0.06mm。

更进一步的优化设计，所述扩孔锥刃51的角度为45°－75°；

所述铰孔锥刃41的角度为20°－60°。

基于上述具体细节的设计，在各个部位的设计上，现针对扩孔部5进一步的描述，扩孔部5直径比最终孔径小0.2mm，作为铰削余量。扩孔部5有扩孔锥刃51，用于扩孔的切削，扩孔锥刃51角度可根据实际工况确定，一般为减小径向力，可选择45°－75°。前导向部6与扩孔部5之间的连接段有直径小于前导向部6直径的凹槽，以加长扩孔锥刃51使其能够完整覆盖前导向部6直径至扩孔部5直径的切削区域。扩孔部5有窄圆柱刃带，圆柱刃带宽度根据实际情况确定，有后刀面，后角大小根据实际情况确定。扩孔锥刃51与圆柱刃带之间采用圆角过度，增强过度尖角的强度，使其不易在加工过程中受力损坏。

进一步的针对铰孔部4进一步的描述，铰孔部4的直径在孔径最终尺寸公差的中间为宜，这样加工的孔径在公差范围内；铰孔部4前端有铰孔锥刃41，铰孔锥刃41与扩孔部5之间依然有直径小于扩孔部5直径的凹槽，铰孔锥刃41的切削锥角选择20°－60°，减小铰孔锥刃41的径向力。铰孔部4有圆柱刃带，后刀面，为提高孔壁粗糙度刃带可稍宽于扩孔部5，后角大小根据实际情况确定。铰孔锥刃41与铰孔刃带42之间依然采用圆角过度，以防尖角部位损坏。铰孔部4可有一定的小倒锥，以减小铰削过程的摩擦力和扭矩。

在铰孔部4的设计基础上，针对后导向部3进一步的描述，后导向部3直径小于孔径最终名义尺寸0.05mm位移，起到导向的作用，后导向部3的长度亦长于叶片或叶轮一叉的宽度，在加工过程中能够跨过一叉的间距起到导向的作用。后导向部3亦没有后角，直径外圆全部为圆柱刃带，以增加导向支撑的面积，进而更好的起到导向的作用。后导向部3与铰削部及颈部2都以小锥度斜面及圆角过度，以增加各部位的强度，避免在加工过程中损坏，也避免在退刀过程中挂到孔壁而导致刀具折断。

基于上述的结构设计以及相关参数的设计，向扩铰刀，通过前后导向的扶正，再通过扩孔部5修正叶片和叶轮底孔的错位量，最终通过铰削部精加工完成叉形销孔的加工，从而改善销孔孔径尺寸的稳定性，并一次加工完成扩铰孔，提升加工效率。

进一步的，在其材料的设计上，所述前导向部6、扩孔部5、铰孔部4以及后导向部3和位于导向部后端的颈部2采用硬质合金支撑，位于刀体后端的柄部1采用钢材料制成。

具体的，切削部分(采用硬质合金，柄部1采用钢材料，二者通过对焊连接。扩铰孔余量较大，切屑量大，且加工过程中未加工的孔小，已加工孔大，采用左旋刀具不能适应切屑的排出，因此采用右旋刀具，切屑向后排出，螺旋角在20－30°为宜，既保证对切屑有足够的后排推力，又让切屑排出路径不太长。扩铰刀采用硬质合金对焊结构，前导向、扩孔部5、铰孔部4、后导向部3位采用硬质合金，颈部2及柄部1采用工具钢，对焊坡口位于颈部2，这种结构下既能提高销孔加工的孔壁粗糙度和加工效率，又能在遇到孔位置对刀不准确和孔加工过程中由于叶根错位的挤压时有一定的弹性，产生的径向变形，刀具不易折断。兼顾质量和效率两方面。

实施例2

一种汽轮机转子叉形销孔加工用导向扩铰刀的使用方法，采用上述的一种汽轮机转子叉形销孔加工用导向扩铰刀，其特征在于：包括以下步骤：

装配好刀体，装夹定位待加工件，根据定位使刀体按照指定位置进给加工，进给的过程中，刀体每进给指定的加工深度后快速退出至孔口，并通过外冷切削液将切屑冲刷下来以及冷却刀体，再快速进给至上次退出的位置继续加工。

扩铰刀一次加工完成扩和铰两个工序，切削余量大、切屑多，仅通过右旋螺旋槽对切削向后的推力无法满足切屑的排出需求，因此加工过程中采用数控机床，采用类似啄钻的加工方式，每向前加工一段距离，以15－30mm为宜(比如20mm)即快速退刀到孔口，通过外冷切削液将切屑冲走，再继续快速进给至退刀位置继续加工。通过这种方式既保证了加工质量又能良好的排屑，并且切削液也可以较为及时的冷却到刀具切削部位，使刀具切削部位的温度不太高，提升了刀具寿命。

本前后导向扩铰刀一次加工完成扩孔和铰孔工序，虽然为了排屑采用多次推刀消耗了一定时间，但相对扩孔和铰孔分体式加工依然能够提升30％的加工效率。同时，采用前后硬质合金导向后部位，极大的改善了叉形销孔加工的质量，包括孔径精度和孔壁粗糙度。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (10)

1.一种汽轮机转子叉形销孔加工用导向扩铰刀，其特征在于：包括刀体，所述刀体由加工端部至后端依次设置有前导向部、扩孔部、铰孔部以及后导向部和位于导向部后端的颈部；所述刀体上开有右旋的螺旋排屑槽；所述前导向部的长度长于转子叉形销孔叶片或者叶轮两叉之间的距离，所述前导向部的前端部设置有用于修正孔的圆柱度的端刃，所述导向部的外侧壁设置有前导向刃带；

所述扩孔部设置有用于扩孔切削的扩孔锥刃、扩孔刃带以及扩孔后刀面；

所述铰孔部的前端部设置有铰孔锥刃，以及设置于外侧壁的铰孔刃带；

所述后导向部的外侧壁设置有后导向刃带。

2.如权利要求1所述的一种汽轮机转子叉形销孔加工用导向扩铰刀，其特征在于：所述前导向部的外侧壁均设置有前导向刃带，所述端刃与前导向刃带之间具有过度圆弧。

3.如权利要求1所述的一种汽轮机转子叉形销孔加工用导向扩铰刀，其特征在于：所述前导向部与扩孔部之间的连接段设置有直径小于前导向部直径的凹槽；

所述铰削锥刃与扩孔部之间设置有直径小于扩孔部直径的凹槽。

4.如权利要求3所述的一种汽轮机转子叉形销孔加工用导向扩铰刀，其特征在于：所述铰削锥刃与铰削刃带之间具有过度圆弧，所述扩孔锥刃和扩孔刃带之间具有过度圆弧。

5.如权利要求4所述的一种汽轮机转子叉形销孔加工用导向扩铰刀，其特征在于：所述后导向部的长度长于叶片或叶轮一叉的宽度；

所述后导向部与铰削部之间，以及后导向部与位于后端的颈部之间设置有锥度斜面及过度圆弧。

6.如权利要求1所述的一种汽轮机转子叉形销孔加工用导向扩铰刀，其特征在于：所述前导向部、扩孔部、铰孔部以及后导向部和位于导向部后端的颈部采用硬质合金支撑，位于刀体后端的柄部采用钢材料制成。

7.如权利要求1所述的一种汽轮机转子叉形销孔加工用导向扩铰刀，其特征在于：所述前导向部的外圆直径据钻孔直径及叶片和叶轮的错位量确定为比钻孔直径小0.15－0.25mm；

所述扩孔部的外圆直径比最终孔径小0.15－0.25mm；

所述铰孔部的外圆直径与最终孔径尺寸公差的中间值匹配；

所述后导向部的外圆直径小于最终孔径尺寸0.04－0.06mm。

8.如权利要求1所述的一种汽轮机转子叉形销孔加工用导向扩铰刀，其特征在于：所述扩孔锥刃的角度为45°－75°；

所述铰孔锥刃的角度为20°－60°。

9.如权利要求1所述的一种汽轮机转子叉形销孔加工用导向扩铰刀，其特征在于：所述右旋螺旋排屑槽的螺旋角为20°－30°。

10.一种汽轮机转子叉形销孔加工用导向扩铰刀的使用方法，采用权利要求1－8任一项所述的一种汽轮机转子叉形销孔加工用导向扩铰刀，其特征在于：包括以下步骤：

装配好刀体，装夹定位待加工件，根据定位使刀体按照指定位置进给加工，进给的过程中，刀体每进给指定的加工深度后快速退出至孔口，并通过外冷切削液将切屑冲刷下来以及冷却刀体，再继续快速进给至退刀位置继续加工。