渐变截面导流环成形工艺

文/肖铎海·四川半球封头制造有限公司

渐变截面导流环成形工艺

文/肖铎海·四川半球封头制造有限公司

肖铎海，工程师，主要从事压力容器封头及关联产品、球壳板的工艺设计工作，封头及异形件的压制模具设计、工装设计工作。

导流环是汽轮机的重要部件，随着国内汽轮机规模和技术的发展，导流环的形状也开始有了大的差别。日前我公司承接了一套导流环新产品的设计开发工作，其型面是渐变截面，与以往轴旋转对称式的产品有很大差别。现将其制作工艺介绍如下。

产品技术要求

该产品名称为低压导流环板，由左扩压管背弧板、右扩压管背弧板、左下半扩压管背弧板、右下半扩压管背弧板组成。

具体技术要求，验收内容如下：高度尺寸公差为±3mm；小口半径尺寸公差为±3mm；大口半径尺寸公差为±3mm；型线漏光间隙误差≤5mm；弯曲角度公差为±2°；材料为Q235B。表面质量不允许存在尖锐的划痕，无裂纹、缩孔、结疤、折叠、过烧等缺陷。

本文主要介绍右扩压管背弧板的制作工艺，该产品模型如图1所示。

相关零件的制作工艺

在介绍右扩压管背弧板的工艺之前，先简单介绍与其装配相关的右下半扩压管背弧板制作工艺。

左下半扩压管背弧板与右下半扩压管背弧板两个零件成90°角，这两个零件截面形状、大小口直径均相同，只是装配方向相反，右下半扩压管背弧板零件图如图2所示。有两个方案可供选择：⑴因为此零件按中心轴对称旋转，可以考虑制作专用模具轮旋压成形，我公司前两年部分导流环都是旋压制作，但是型线漏光间隙误差只能控制在10mm之内，达不到此产品要求。⑵制作分瓣模具热压，统一按30°（1/12整圆）制作一副分瓣热压模具，在1000t水压机上热压成形（加热温度950±20℃，保温20min出炉热压），型线漏光间隙误差可以控制在3mm之内。最终决定采用第二种方案，统一按30°（1/12整圆）制作一副分瓣热压模具。

图1 产品模型图

从经济角度考虑，铸造模具成本较高，铸造毛坯HT250的单价为8000余元一吨，加上零件型线为双曲面，必须经数控加工中心加工，加工费用昂贵，此副模具费用初步预算接近9万，且周期较长。

图2 右下半扩压管背弧板零件图

图3 右扩压管背弧板产品零件图

综合以上因素，决定采用钢板自制模具，模具预算成本不到一万。按30°分瓣用UG软件建模后，利用公司16～18mm钢板边角余料按建模后尺寸制作钢板立体成形模具（凹凸两个模具为一副）。通过试热压一片样板检测后对钢板模具进行局部修形，达到图纸要求后批量压制，最后再通过精确二次放样下料，二次下料后将三个30°（1/12整圆）分瓣零件焊接成90°成品。

图4 1/4锥度40°锥体

图5 确定割除线

图6 过渡段小口半径尺寸

图7 焊缝位置

右扩压管背弧板制作工艺

右扩压管背弧板产品如图3所示，左扩压管背弧板与右扩压管背弧板为中心轴镜像对称。

这两个产品横截面为连续渐变截面，成轴不对称型，且每个截面大口直径均有变化，具体表现为从截面7到截面1每隔15°直径递减25mm，无法采用旋压机进行旋压，只能采用制作专用模具热压。从结构上进行分析，需按30°分瓣制作三套模具，同时这两个零件为一左一右，方向相反，所以共需制作六套模具才能完成零件的压制。

从制作成本及生产周期角度考虑，制作六套模具不但成本大大增加，且耽误生产周期。仔细分析此产品结构，发现所有渐变截面均由锥度40°锥体+与锥体相切的R265过渡段组成。基于此，不考虑制做这六副模具，根据已制作的右下半扩压管背弧板模具拟定以下工艺：

⑴制作两个1/4锥度40°锥体，如图4所示。

⑵计算R265过渡段与7个截面不同高度相切点与锥体小端距离，依左右方向分别在两个锥体上标记好，连接这7个点后，即为割除线，如图5所示。

⑶R265过渡段可利用右下半扩压管背弧板即图2所示的模具压制，图6为过渡段小口半径尺寸R1566.45mm，对应直径φ3132.9mm。

⑷可行性理论依据：割切面为一平面11°斜交正锥后形成的椭圆面，长轴为3259.67mm，短轴为3162.91mm。R265过渡段小口处直径为φ3132.9mm，和椭圆长短轴尺寸接近。由于将R265过渡段分瓣成整圆的1/12，误差会更小，由此产生的对接错边量完全可以通过后续校形来保证，校形后的过渡段经过精确二次下料与切割后的锥体在如图7所示位置焊接而成。产品经过检验完全达到设计要求，此方案既节省了模具费用，也缩短了生产周期。

结束语

该导流环的压制成功为公司今后在异形件的制作上积累了经验，使复杂产品简单化，以尽可能低的制造成本达到图纸的技术要求，是工艺追求的目标，此技术方案可供广大同行参考。