汽轮机转子轮槽分屑粗铣刀的研制陆丰

汽轮机转子轮槽分屑粗铣刀的研制

汽轮机转子轮槽分屑粗铣刀的研制 2011： 1 引言在汽轮机制造行业，汽轮机转子轮槽的加工是一道非常重要同时又很复杂的工序。目前国内汽轮机制造行业转子轮槽的粗加工仍普遍采用螺旋锥度粗铣刀。在加工过程中，由于螺旋锥度铣刀与被加工零件表面的接触面积较大，产生很大的摩擦力，从而导致了很大的切削力和很高的切削热。此外，用螺旋锥度铣刀加工产生的切屑面积较大，难以尽快排除，对切削效率和刀具使用寿命均产生很大影响。近年来日本、美国等工业发达国家相继开发出轮槽分屑铣刀并用于生产，但价格非常昂贵。国内浙江恒锋工具有限公司已也开发出轮槽分屑铣刀并已在上海汽轮机厂投入使用，效果较好，但因其几何参数及适用设备等原因，不完全适合在我公司使用。我公司生产的300MW、600MW等大型汽轮机组的转子轮槽均为棕树形叶根槽，其形状精度及位置精度要求均很高，因此，我们根据本公司的设备、工艺条件、生产量、被加工件材料等具体情况，研制出适合我公司生产要求的轮槽分屑粗铣刀(粗加工、半精加工和精加工所用轮槽铣刀如图1所示)。

图1

2 轮槽分屑粗铣刀的研制要点轮槽分屑粗铣刀的特点就是在铣刀的每条切削刃上，相应磨出符合技术要求的几条沟槽，使刀具在切削过程中减少与工件的接触面积，从而减小切削力，降低切削热，使切屑面积变小，易于清除，提高刀具的切削效率和使用寿命。1) 分屑槽的分布要使每条切削刃上刃磨出的分屑槽相互互补，使加工出来的零件表面平整，保证质量；磨出分屑槽后，应使每条切削刃上的切削力分布尽可能均匀，以保证刀具的使用寿命。

(a) (b) 图2

对比图2所示两种三刃铣刀的分屑槽分布(a、b、c分别为三条切削刃)。从图2a可以看出，a刃上的分屑槽余料由b、c两刃切削，b刃上的分屑槽余料由a、c两刃切削，c刃上的分屑槽余料由a、b两刃切削。这样即起到了分屑互补作用，又使切削力分布均匀。而图2b中由于分屑槽分布有所不同，a、c两刃上的分屑槽余料由b刃一刃切削，使切削力过大；而b刃上的分屑槽余料由a、c两刃切削，切削力又过小。显然各切削刃上的切削力分布不均，将影响刀具的使用寿命。与三刃铣刀类似，四刃铣刀的分屑槽分布也应遵循上述切削力均匀分布原则。2) 分屑槽宽度与槽间距的确定分屑槽的宽度也是影响刀具切削力及使用寿命的重要因素之一。如见图3所示，铣刀分屑槽太宽，有效切削刃就窄，此时切削热会集中在刀刃上，无法迅速冷却，降低刀具的使用寿命，同时对刀具分屑互补的设计也带来影响；而分屑槽太窄，使有效切削刃变宽，此时虽然起到了分屑作用，但切削刃与工件的接触面积过大，会产生很大的摩擦力、很大的切削力和很高的切削热，对刀具的使用寿命仍然有很大影响。

图3

试验研究表明，在刀具的轴向，各切削刃上的分屑槽宽度与切削刃的宽度均匀分布时，既可起到分屑互补作用，又减小了每齿切削力，使切削力分布均匀。分屑槽宽度为1～1.2mm时最佳，槽间距为槽宽与切削刃数量之积(如图4所示)。需要特别注意的是，轮槽分屑粗铣刀是锥度铣刀，刀尖直径较小，不宜刃磨分屑槽，所以刃部第一个分屑槽应在距刀尖8～12处磨出(见图7)。

图4

3) 分屑槽的槽形与深度的确定分屑槽的槽形及深度也是影响刀具使用寿命的因素之一。a. 槽形：通过对各种槽形进行试验分析发现：圆弧形槽(图5a)容易加工，但切削刃部两尖点散热较慢，强度较差，易磨损；梯形槽(图5b)的切削刃部两尖点强度较好，但刀具在使用过程中，槽底易产生应力集中，发生崩刃。同时刃磨梯形槽时，砂轮两尖点容易脱粒，槽形不易保证。

图5

因此，综合上述两种槽形的特点，将槽形选为圆弧梯形。圆弧梯形槽形既具有梯形槽形刀尖强度高的特点，又具有圆弧槽底的圆弧加工方便、不易产生应力集中的优点(图5c)。b. 槽深：分屑槽的深浅直接影响刀具重复刃磨的次数，因此槽深的选择也很重要。槽太深，会降低刀具刃部的强度，且在修磨时支板会在前刀面上卡住，无法正常刃磨；槽太浅，刀具重复刃磨的次数将减少，造成浪费。经过试验分析表明，其槽深选择在0.6～0.8mm 之间为佳(图5c)。此时刀具可在正常磨损情况下修磨4～6次，延长了刀具的使用寿命。4) 分屑槽刃磨方向的确定分屑槽的刃磨方向对刀具的使用寿命有很大影响。试验表明，由于轮槽粗铣刀是螺旋锥度铣刀，切削刃为螺旋状，分屑槽的刃磨方向若垂直铣刀轴线，则在刃部产生的两个刀尖中将会有一个非常尖锐的刀尖。这个尖锐刀尖的强度差，切削热扩散慢，极易产生磨损或崩刃现象，严重降低刀具的使用寿命(见图6)。而分屑槽的刃磨方向若垂直切削刃，刃部则会产生强度较大、切削热容易扩散的两个90°刀尖，大大提高刀具的使用寿命(见图7)。

图6 分屑槽垂直轴线 图7 分屑槽垂直切削刃

3 轮槽分屑铣刀的合理使用刀具使用的正确合理是发挥刀具高效率切削特性的关键。使用正确会取得良好的经济效果，否则将会造成刀具损坏甚至工件报废的后果。使用轮槽分屑铣刀时，首先要把刀具正确装夹在机床主轴上，联接牢固；加工时要进行充分的冷却；要根据机床刚性和机床精度、刀具材料和被加工材料的特性以及工件精度要求等综合因素，正确选择合理的切削参数。经试验表明，切削参数选择为Vf=15.24mm/min，n=330～360m/min 为宜。在加工过程中，还要随时观察工件与刀具的变化情况，观察负载电流的变化情况。此外，还要根据转子不同级别的轮槽宽度来选择每把轮槽分屑铣刀合理的加工长度，避免铣刀超期超负荷使用，以延长铣刀的使用寿命。4 存在的问题轮槽分屑铣刀的研制成功，提高了汽轮机转子轮槽的切削效率，显著降低了工具成本，为汽轮机行业转子轮槽的加工积累了宝贵经验。刀具使用时若能合理选择切削用量，注意文中提及的各项使用要求，就能获得令人满意的加工效果。与此同时，在轮槽分屑铣刀的研制、使用过程中，仍存在以下有待解决的问题：1) 轮槽铣刀使用后的修磨轮槽分屑铣刀使用后其前刀面和后刀面会同时磨损，因此需要对刀具的前刀面和后刀面进行修磨。大直径铣刀的前、后刀面都能修磨，但小直径铣刀由于受其结构的限制，只能对它的后刀面进行修磨而不能修磨前刀面。这将对修磨后刀具的高效率切削性能以及刀具使用寿命产生很大影响。2) 轮槽半精铣刀有待开发轮槽半精铣刀与轮槽粗铣刀的结构不同，但工作原理类似，加工中刀具与工件的接触面积很大，同样存在切削力大、切削热高、刀具磨损严重等问题。为了提高转子轮槽的切削效率和加工精度，运用已掌握的轮槽分屑粗铣刀的加工工艺和使用经验，对轮槽半精铣刀的结构、几何参数、加工工艺以及用后修磨、刀具管理等进行开发研究将是我们面临的新课题。 (end)

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