中国工程物理研究院机械制造工艺研究所绵阳621900
摘要：叶片是汽轮机部件中确定性较高、市场容量较大、盈利模式清晰的行业[1]。汽轮机工作时，转速高达3000转/分钟，不管是转子动叶片还是隔板静叶片都要承受十分恶劣的冲击工况，因此,如何有效加持是处理好叶片型线的关键[2]。本文提出了一种新型叶片线切割叶片固定装置研讨，发明一种有效的加工夹持方式，通过加装摆动式机构成为多向摆动增力组合，可实现与叶片本体的较好结合[3]。
关键词：叶片；加工；夹持；方式
1、引论
叶片是汽轮机部件中确定性较高、市场容量较大、盈利模式清晰的行业。随着汽轮机叶片市场规模的扩大，成本和售价都将下降，但具备规模、技术和成本优势的企业成本下降速度将超过售价降低速度，盈利超过平均水平。未来的行业竞争格局要求厂商规模扩大、成本降低、并在技术上保持一定优势，因此，在叶片加工过程中的部分技术可以在降本增效上得以体现。
2、叶片外形处理分析
2.1叶片运行现状分析
2.1.1叶片工况腔室的结构设计
根据其具体的安装条件和强度刚度要求，拟对其尺寸初步取：
外壁厚：n1=14mm内壁厚：n2=7mm
油腔宽：a=40mm空隙宽：x=1mm
故液压腔的面积：
S1=a(D/2-d/2-L1-L2-x-n1-n2)=1120mm²（2.1）
其中：卡盘体大径D=320mm小径d=100mm
卡盘体外壁厚L1=30mm卡盘体内壁厚L2=20mm
2.1.2叶片数的设计
叶片的作用在转子中是得到尽可能大的扭矩,其输出扭矩的表达式为：
M=Zb(²-²)Pym(N.m)（2.2）
Z：叶片数b：轴间宽度D1：腔室大径d1：腔室小径P：进油口压力Ym：机械效率
D1=D-2L1-2X1-2n1=230mmd1=d+2L1+2L2=200mm
在b、D1、d1、P及Ym等一定的情况下，理论上叶片数越大，得到的输出扭矩也越大。
在此次设计中，汽缸利用气体压强向各个方向等压强传递的原理，来实现轴向运动向旋转运动的转换。故叶片的边缘位置对叶片扭矩的输出作用极大，由于已知结构特定，故在本方案中其输出扭矩会随叶片边缘的平滑效果的增大而增大，在外力一定的情况下，M只与腔轴向面积成正比。叶片数Z只影响压力油压强，但最终扭矩不变。
3、夹持装置的设计
3.1夹具凹槽轮廓线的设计
由设计方案可知,凹槽轮廓线分两个功能部分,它们是增力夹紧部分和圆柱活塞杠位置复原部分。活塞杠与叶片组成增力系统,又与弹簧配合,组成离合销系统[12]。为了使两个系统的工作顺利衔接,特设计过渡斜面系统。
3.2夹具横断面的升程
夹具横断面的升程H=H1+H2分别确定H1、H2
再根据H=σ•m（3.1）
其中σ：增力比
m：目标叶片的平均移动距离
m=θ0/π•r=θ0/π•（D1+d2/2）191/2×2π/200=3mm
根据安装的需要，夹具横断面轴线与夹具轴线R=（191-6）/2==92mm
得轮廓线参数L=2πr/6=90.3mm则H=m•σ1=12mm,故S2=S1/σ1,=1350/15=270mm。r2=σ1S2/π=9.0mm凹槽轮廓线的增力部分增力比最大为σ3=J/L。
对夹具横断面进行受力分析
F=Nf(3.3)
其中f为摩擦系数,可取f=0.18,则：σ3=T/Q=1/tgα+f
若α取极大值,则tgα≤H/L-2r1=15/96.3-18=0.20
故可得：σ3min=1/0.20+0.18=1/0.36=2.6
σ1σ3=4×2.5=10.4
由于新增机构增力比为σ1σ3,且其他机构不变,故σ1σ3就是最终的增力比.设计目标为增力比σ0=10,故σ1σ3=10.4相差不大,符合要求，故取σ1=4,H=mσ1=12mm可设H1=4mm,H2=8mm。
3.3夹具参数θ1的设计
当夹具横断面处于与凹槽配合状态，与大锥夹持块还没有相对滑动时。
取临界状态分析，则根据平衡条件可得：
Fcosθ+Nsinθ+R2=R水平力平衡(3.4)
F1+F2+Fsinθ+T=Nsinθ竖直力平衡(3.5)
Fcosθ+Nsinθ=Q(3.6)
F=Rf(3.7)
T=PS2+T0(3.8)
随着θ的增大,T急剧减少,且T随夹具横断面升程的增大而增大,其与弹簧弹力及受压压强有关,若弹簧确定,则临界T确定,即能求得夹持盘从空行程转入到夹紧行程的最小动力，故θ=45符合要求,此时R1=1.3Q，R2=0.3Q，T=0.26Q。
4、夹持装置的安装调试
4.1夹具按参数进行初安装
当夹具的各个零件生产出来后，就要对它进行安装。安装夹具的过程中要注意一些事项：
(1)预紧顶托够力，不得在加工中形成轴心旋转隐患。
(2)水平承托，平行对称紧锁，压、托位对点，校正合格
(3)侧向多点压锁，压低阶位，尽量避免压块凸出叶片加工部位，尽量横向靠外，纵向居中
(4)锁和速度适合，遇粘刀要重校夹具
4.2夹具安装的误差分析
4.2.1叶片夹持定位误差分析
定位误差实际上是一批叶片采用调整法处理时，由于定位所造成的叶片打磨边缘相对于工序基准的位置误差。假定在打磨时，夹具相对于磨具运动的位置经调整后不再变动，那么可以认为其位置是固定的。所以，定位误差也就是定位时工序基准在工序加工要求(位置尺寸或位置精度)方向上的位置变动量。
4.2.2叶片夹持装备定位误差分析
安装误差与定位误差：在应用夹具安装叶片时,往往由于下列几种因数引起叶片的安装误差：1.夹具本身的误差;2.夹具在机床上的安装,调整误差;3.夹紧时,整个夹具或其它元件受力后产生弹性变形;4.叶片的定位基准与定位元件接触后的变形;5.由于叶片的定位基准与设计基准不重合而引起的误差;6.由于叶片的定位基准面与定位元件之间的间隙(如内,外圆柱面定位时)引起的叶片可能的最大的位移。
4.3夹具安装的效果
机壳成组夹具由基体件、调换件、标准件三部分组成。该夹具由基体件与线切割机连接，使用机床可视厂方具体情况而定。为保证叶片轴线与线切割机轴线相重合，使用固定块与线切割机内锥孔配合，完成定位。与夹具定位则依靠基体件上的外止口，准确定位后，予以轴向锁紧。夹紧采用双压板球铰压紧，由大拉杆1带动两个小拉杆2来完成。两小拉杆做为调换件，以适应分段两组中不同轴向长度的需要。
5、结论
采用本文所推的夹持技术，可以将企业现有的叶片边缘处理方式高效地利用起来。由于新夹持技术是近年来在国内外机械制造领域内得到迅速发展的一种新的作业方式。而成组夹具则是按成组技术原理，在零件分组的基础上，针对一组（或几组）相似零件的一道（或几道）工序而设计的夹具。它具有专用夹具的若干特点，又具有对叶片特征在一定范围内变化的适应性，它能使产品多品种、中小批量生产达到大批量生产的效果，因此，成组夹具在产品不断更新换代的今天，有着不可比拟的优势。
参考文献
[1]孙波，机械专业毕业设计宝典，先电子科技大学出版社2008.03.
[2]徐锦康，机械设计，高等教育出版社2014.4.
[3]聂桂平,钱可强,工业设计表现技法.机械工业出版社,2008.12.