精銑葉根的葉片測頻問題分析與對策

向志楊，謝鴻，劉光耀，冷進明，包興進

(東方汽輪機有限公司，四川 德陽，618000)

精銑葉根的葉片測頻問題分析與對策

向志楊，謝鴻，劉光耀，冷進明，包興進

(東方汽輪機有限公司，四川 德陽，618000)

文章主要針對精銑加工葉根后，對引起測頻葉片的頻率值偏低的原因進行了分析。為驗證分析結(jié)論的正確性，進行了相關(guān)驗證試驗，最終指出影響精銑葉根的葉片頻率值偏低的主要因素，并針對這些主要影響因素，提出相應(yīng)解決對策。

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1 問題背景

為提高葉片葉根加工效率，降低加工成本，將葉片葉根磨削加工方式改成用銑削加工方式進行，該工藝方案簡稱 “以銑代磨”。以型線號為G4.34的葉根為加工對象，在實施 “以銑代磨”工藝過程中，出現(xiàn)以下問題。

采用精銑加工葉根型線的葉片，對其進行裝配振動頻率測試，部分頻率不達標。經(jīng)噴丸處理后，測頻合格率明顯提高，但仍有少部分測頻不合格。測頻不合格的葉片，采用磨削修整，測頻滿足要求。

2 原因分析

2.1 因銑削力影響使葉根對稱度變差

銑削加工時裝夾方式如圖1所示，先將葉片放入夾具中，側(cè)面螺釘預(yù)壓緊，再用上面兩個壓板壓緊，分別從葉根上側(cè)和下側(cè)走刀切削，因裝夾剛性有限，分別從上、下兩側(cè)銑削時，銑削力作用使葉根遠離銑刀，但上、下兩側(cè)偏移量不同，造成葉根相對中心對稱度精度降低。

圖1 銑削工況

圖2 磨削裝夾

精銑參數(shù)為：n=530 r/min，F(xiàn)=90 mm/min，切削余量ae=0.3 mm，切削深度方向為整個葉根型線同時參與切削。

磨削時裝夾方式與銑削類似，見圖2，進刀方式也與銑削一致。精磨時切削參數(shù)為：vc=16 m/s，F(xiàn)=96 mm/min，切削余量ae=0.05 mm，切削深度為整個葉根型線同時參與切削。

由其切削參數(shù)可見，精銑加工余量較大，銑削力對葉根變形影響可能性較大。

2.2 葉根表面形貌不同影響測頻值

2.2.1 不同表面形貌對接觸剛性影響

理論分析：主要考慮工件表面形貌不同，葉片裝在測頻工裝上，在一定壓緊力 （相當(dāng)于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過程中的離心力）作用下，葉根與輪槽接觸，見圖3[1]。壓緊后葉根與測頻工裝安裝面接觸，接觸形貌和面積大小將會影響葉片與測頻工裝的接觸剛性[2]，進而影響了測頻值。

圖3 葉根與輪槽安裝接觸情況

葉根

測頻工裝

（輪槽）

不同加工方式葉根表面狀況不同，磨削、銑削后噴丸、銑削葉根表面形貌放大150倍后進行對比，見圖4。

圖4 不同加工方式葉根表面形貌

由圖4可見，經(jīng)對加工表面放大150倍觀察，磨削葉根表面相對最均勻平整。噴丸處理表面次之，雖然表面有凹坑，但表面比銑削表面均勻。銑削表面有相對較深溝槽，且紋路不均勻。與測頻工裝輪槽表面接觸，銑削葉根的接觸面積最小，接觸剛性最低，且因其不均勻，接觸剛性分散度應(yīng)該更大。

2.2.2 不同加工方式的葉片頻率測試與分析

經(jīng)2.2.1中理論分析，為證實其推論，分別進行了如下實驗對其加工的葉片進行測頻分析。

（1）磨削與銑削加工葉根的葉片測評值分析

隨機抽查了銑削與磨削葉根的葉片，對其測頻時壓緊方式采用下頂緊，測量結(jié)果見表1。

表1 銑削與磨削葉根的葉片頻率測試值

圖5 銑削與磨削加工葉根葉片的測頻值對比

由表1數(shù)據(jù)繪制出圖5對比曲線圖可見，磨削葉根的葉片頻率值穩(wěn)定，而銑削加工的頻率值較分散，變化相對較大。這與2.2.1推論相符，證實了均勻表面對葉片測頻有利。

（2）銑削葉根噴丸前后測頻值對比

另一組對比數(shù)據(jù)也可對此原因分析有一定支持作用：就是精密銑削后葉片測頻不達標，經(jīng)過噴丸處理，多數(shù)達標，部分測試數(shù)據(jù)見表2，由表2數(shù)據(jù)繪制出如圖6所示的對比曲線圖。

表2 銑削葉根部分噴丸前后測頻值對比表

圖6 噴丸前后測頻對比

由圖6可見，噴丸前后其振動頻率值有一定改變，噴丸后頻率值稍有提高，且相對分散度小些，即噴丸后葉片頻率值變化相對小些。雖然噴丸前后對葉根表面微觀組織及應(yīng)力狀態(tài)有改善作用，更大的是對工件表面形貌影響 （見圖4）。表面微觀組織和應(yīng)力狀態(tài)對葉根測頻的影響可以忽略，由此推論，葉根表面形貌的改變影響葉根與測頻工裝的接觸狀態(tài)從而影響測頻不合格率，與推論一致。

3 結(jié)論和對策

通過上述對葉片測頻頻率值偏低的問題分析，得出以下結(jié)論：

采用銑削加工方式加工的葉根，其型線精度均滿足設(shè)計技術(shù)要求，但部分葉片頻率值相對設(shè)計值稍偏低。經(jīng)測量與分析，造成銑削葉根葉片頻率值偏低的主要因素是葉根與測頻工裝接觸強度相對標準值偏低，在葉根型線精度滿足要求的條件下，影響接觸強度主要因素是葉根表面質(zhì)量。

為提高葉根表面質(zhì)量，滿足測頻設(shè)計要求，建議從以下幾方面對銑削工藝進行改進：

（1）改進葉根裝夾方式提高裝夾剛性，以減小銑削力對葉根變形影響。

（2）減小精銑余量，以減小銑削力對葉根變形影響。

（3）通過試驗，適當(dāng)提高切削速度，降低進給量，提高葉根表面質(zhì)量。

[1]黃小波,王敬.非接觸測量技術(shù)在葉根應(yīng)力測試中的應(yīng)用[J].東方汽輪機,2015,（2）：53-55.

[2]許本文,焦群英.機械振動與模態(tài)分析基礎(chǔ)[M].北京:機械工業(yè)出版社,1998.

Analysis and Countermeasure of Blade Frequency Measurement in Finish-milling Blade Root

Xiang Zhiyang， Xie Hong， Liu Guangyao， Leng Jinming，Bao Xingjin

（Dongfang Turbine Co.,Ltd.,Deyang Sichuan,618000）

In the paper,the reasons were analyzed which the measure frequency was lower than the standard relevant validation experiments.In order to verify the correctness of the analysis conchcsion,the relevant verification test was carried out.Finally,the key factors that affected the low frequency value of the finish-milling blade were pointed out,and the corresponding contermeasure were put forward according to the main influencing factors.

finish-milling,turbine blade root,blade,measure frequency,countermeasure

TH16

B

1674-9987（2017）04-0039-03

10.13808/j.cnki.issn1674-9987.2017.04.009

項目說明：國家科技支撐計劃，項目名稱——面向大型汽輪機及發(fā)動機等關(guān)鍵零部件制造的數(shù)字化車間

項目編號：2015BAF02B00

向志楊 （1982-），男，碩士，2009年畢業(yè)于東北大學(xué)機械制造及自動化專業(yè)，現(xiàn)主要從事工藝技術(shù)研究工作。