Dans le développement des disques de turbine à gaz, les trous des tirants sont un élément clé pour connecter les roues adjacentes, et leur précision de position affecte directement la qualité d'assemblage du rotor de la turbine à gaz. La technologie de traitement des trous de tirants dans les disques de roue de turbine à gaz est explorée et, grâce à un positionnement de haute précision et à un traitement d'alésage difficile, elle devrait fournir une référence technique pour le traitement des trous de tirants dans les disques de roue de turbine à gaz.
#01
En tant que composant central de la turbine à gaz, la roue de la turbine a une structure complexe et nécessite une grande précision de traitement. Le développement de ses processus et la fabrication de ses produits finis en sont la clé. Parmi eux, le trou du tirant sert de structure de connexion entre les roues adjacentes, et son importance va de soi [1-3].
Comme le montre la figure 1, la roue de la turbine est reliée par un engrènement des dents d'extrémité d'arc entre les étages et est assemblée dans un rotor en insérant des tirants à travers 12 trous de tirants répartis sur la circonférence sur la surface du disque. Étant donné que les dents d'extrémité d'arc ont une fonction d'auto-centrage, la position du trou du tirant ne peut pas être ajustée une fois que les roues à deux étages adjacentes sont engrenées. C'est pourquoi des exigences extrêmement élevées sont imposées à la position du trou du tirant.
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Figure 1 Schéma de connexion du système d'arbre de turbine
Le diamètre du trou du tirant est de 42 mm, qui est généralement traité par perçage et alésage. Son rapport d'aspect maximum dépasse 5 fois le diamètre et la valeur de rugosité de surface nécessite Ra=1,6 μm, ce qui pose un grand défi pour le processus de perçage.
Compte tenu des exigences de traitement très difficiles mentionnées ci-dessus, nous nous concentrons principalement sur deux aspects : le positionnement de haute précision et l'alésage de haute difficulté.
2.1 Technologie de traitement de la position des trous de tirants
Les exigences de dessin pour les trous des tirants sont : φ42,58 mm, position φ0,12 mm et cylindricité 0.012 mm. Afin de garantir un assemblage fluide, les exigences du processus sont augmentées à : φ42,58 mm, positionnement φ 0,05 mm et cylindricité 0,012 mm. Par conséquent, une vérification des tests de processus est requise. Ce test simule le traitement des trous des tirants de la roue et la structure de l'échantillon est illustrée à la figure 2. Une aléseuse et une fraiseuse est utilisée, la méthode de serrage est une plaque de serrage en cornière et l'échantillon est serré verticalement.
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Figure 2 : éprouvette de trou de tirant
(1) La méthode traditionnelle de traitement des trous distribués axialement consiste à "tourner le centre" de l'indicateur à cadran à levier, à trouver la position à 4 heures de la gauche et de la droite du ciel et de la terre, à déterminer le centre du cercle, à utiliser un foret en T pour percer le trou inférieur selon le cercle primitif de φ420 mm et un alésage de précision du trou du tirant.
1) Résultats de détection à trois coordonnées. La valeur de position maximale est de 0.0756 mm et la rondeur du cercle extérieur D600 mm est de 0,0056 mm (voir Tableau 1).
Tableau 1 : Première image de données de détection à trois coordonnées
2) Tri des données. Comme le montre la figure 3, la position du trou est globalement décalée dans la direction Y positive.
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Figure 3 : Diagramme de données de détection à trois coordonnées
3) Analyse des données. En prenant la position I sur la figure 3 comme exemple, l'écart dans la direction X est faible et le décalage est d'environ 0.01 mm ; l'écart dans la direction Y est important et le décalage est d'environ 0,035 mm. La direction Y est le principal facteur d'influence de l'écart de position. Si le décalage dans la direction Y de 0,03 mm est exclu, la situation de positionnement sera grandement améliorée et le contour global des points mesurés est meilleur, ce qui montre que la précision de positionnement répété de la machine-outil elle-même est meilleure. Les données d'angle après conversion des données de détection à trois coordonnées sont présentées dans le tableau 2. On constate clairement que le décalage principal est dans la direction Y.
Tableau 2 : Premières données de conversion de détection à trois coordonnées [Unité : (degré)] Image
4) Analyse des causes possibles. La méthode d'alignement dans la direction X est la suivante : l'indicateur à cadran à levier touche deux points sur le cercle extérieur de l'échantillon dans les directions gauche et droite pour déterminer la direction horizontale ; la méthode d'alignement dans la direction Y est la suivante : l'indicateur à cadran à levier touche deux points sur le cercle extérieur de l'échantillon dans les directions haut et bas pour déterminer la direction verticale. direction pour déterminer la position centrale de l’échantillon. Ici, lorsque le comparateur à cadran de direction Y touche les deux points des cercles extérieurs supérieur et inférieur, en raison de la gravité du stylet du comparateur à cadran, il peut traîner ou se rétracter, entraînant un écart entre la position réelle et la position affichée. Une fois le traitement du trou terminé, cela peut être le principal facteur provoquant une déviation de la direction Y. De plus, la précision du comparateur à cadran est de 0,01 mm, et son erreur affectera également l'écart dans la direction Y, qui est un facteur d'influence secondaire avec un faible impact. La direction X est dans la direction horizontale et il n'y a aucun écart de position relative causé par la gravité. Le facteur d'influence est l'erreur de précision du comparateur à cadran lui-même, qui a un impact moindre et de meilleures performances.
(2) Méthode d'amélioration : utilisez l'indicateur à cadran à levier mentionné ci-dessus pour "retourner le centre" afin de trouver le centre et percer initialement deux trous à des positions symétriques. L'indicateur à cadran mesure la taille du point du cercle extérieur dans chaque direction jusqu'à l'extrémité la plus éloignée du trou à travers le mouvement de la machine-outil, puis soustrait les deux ensembles de données dans les directions X et Y respectivement pour obtenir les valeurs d'écart dans les directions X et Y, et il est compensé et 12 trous sont finalement alésés avec précision.
Comme le montre la figure 4, la compensation dans la direction X est. Les données mesurées par cette méthode sont des valeurs relatives, ce qui peut éliminer l'influence de la gravité sur la rétraction du comparateur à cadran. Dans le même temps, étant donné que la mesure est le même indicateur à cadran, l'influence de l'erreur de précision de l'outil de mesure peut également être éliminée. Après un alésage fin, revérifiez les données de position en utilisant trois coordonnées. Sur la base de la méthode ci-dessus, le deuxième test de traitement positionnel a été réalisé. L'état du traitement est illustré à la figure 5.
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Figure 4 : Diagramme de compensation des coordonnées
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a) État 1 b) État 2
Figure 5 État du traitement
1) Résultats de détection à trois coordonnées. Le degré de position maximum est de 0,0501 mm (voir Tableau 3).
Tableau 3 : La deuxième image des données de détection à trois coordonnées
2) Tri des données. Les données de conversion de la deuxième détection à trois coordonnées sont présentées dans le tableau 4.
Tableau 4 : Deuxième données de conversion de détection à trois coordonnées [Unité : (degré)] Image
3) Analyse des données. Les principales directions de décalage du trou sont la direction négative X et la direction positive Y, et le cercle primitif a une bonne rondeur. Sur la base de cette méthode de traitement, le degré de positionnement a été amélioré dans une certaine mesure.
(3) Deuxième méthode d'amélioration Sur la base de la méthode ci-dessus, le troisième test de traitement de position a été effectué et la méthode d'alimentation a été modifiée en alimentation sur table.
1) Résultats de détection à trois coordonnées. La valeur de position maximale est de 0.0269 mm et l'arrondi du pas de 12 trous est de 0,0106 mm (voir Tableau 5).
Tableau 5 : Troisième image de données de détection à trois coordonnées
2) Tri des données. Les données de conversion de la troisième détection à trois coordonnées sont présentées dans le tableau 6.
Tableau 6 : Les troisièmes données de conversion de détection à trois coordonnées [Unité : (degré)] Image
3) Analyse des données. La rondeur du trou est meilleure. Cette méthode de traitement améliore considérablement la position du trou du tirant.
2.2 Recherche sur le traitement des trous difficiles
Le matériau de la roue du quatrième étage de la turbine est 21501-5 (qualité d'usine), qui a une teneur élevée en Cr et Ni, de mauvaises performances de coupe du matériau et le rapport longueur/diamètre du trou du tirant dépasse 5 fois. le diamètre, ce qui rend le processus d'alésage difficile.
Ce test est basé sur un bloc de test de matériau homogène de la roue, et la même aléseuse et fraiseuse est utilisée comme équipement.
1) Barre d'outils d'alésage modulaire Walter. Lorsque vous utilisez des outils d'alésage conventionnels pour traiter des trous avec un rapport d'aspect élevé, les modèles de vibrations de surface sont évidents et le traitement n'est pas idéal. Les paramètres de coupe sont présentés dans le tableau 7.
Tableau 7 Paramètres de coupe 1
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2) Choisissez une barre à outils d'alésage anti-vibration. Les paramètres de coupe sont indiqués dans le tableau 8. Les plaquettes Kyocera s'usent rapidement pendant l'utilisation, nous utilisons donc une combinaison de barre d'outils d'alésage anti-vibration + Taguk TCMT 110204 FG CT3000 (ou Sandvik Coromant TCGT 110204L-K1125) pour traiter des trous aussi profonds. Comparaison de la qualité de traitement bonne. La comparaison de la qualité de surface est présentée dans les figures 6 et 7.
Tableau 8 Paramètres de coupe 2
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Figure 6 : Mauvaise qualité de surface
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Figure 7 : Meilleure qualité de surface
#03
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Application de la technologie d’usinage de trous de tirants de haute précision sur la roue de turbine
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3.1 Plan de serrage
La roue adopte la méthode de la plaque de montage en cornière et est serrée verticalement. Avant le serrage, assurez-vous que la surface verticale de la cornière est perpendiculaire à l'axe Z de la machine-outil. Calculez et déterminez la position du bloc de tampon en fonction de la hauteur du bloc en forme de V et des dimensions hors tout de la roue. Toutes les positions en contact avec la pièce sont protégées par du fer cuivré (voir Figure 8).
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Figure 8 Méthode de serrage de la turbine
Après le serrage, alignez la position de la plaque de pression de la turbine en 4 points sur les côtés gauche et droit de la face d'extrémité, avec une erreur inférieure ou égale à 0,01 mm.
3.2 Itinéraire de traitement
L'itinéraire de traitement du trou de biellette de direction de la turbine de turbine consiste à percer le trou inférieur → alésage grossier → alésage fin. Premièrement, des méthodes d'alignement traditionnelles sont utilisées pour compléter le traitement et la semi-finition des trous des tirants. Deuxièmement, utilisez le comparateur à levier et les axes X et Y de la machine-outil pour mesurer les données de longueur de A, B, C et D respectivement (voir Figure 9). Utilisez le micromètre de diamètre intérieur pour mesurer les deux diamètres de trou D1 (φ42,3 mm) et D2 (φ42,3 mm). 4mm).
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Figure 9 Coordonner les données de compensation
Le décalage de l'axe X est [(A-D1/2)-(B-D2/2)]/2 et le décalage de l'axe Y est [(C-D1/2)-(D-D2/2)] / 2.
Les données de la figure 9 sont les données mesurées lors du traitement réel. /2= 0.025 (mm), c'est-à-dire que la position zéro de l'axe X de la machine-outil est ajustée de 0,025 mm dans le sens positif. Axe Y : 321,25 ‒ (42,4/2)=300,05 (mm), 321,33 ‒ (42,3/2)=300,18 (mm), décalage de l'axe Y (300,18 ‒ 300,05) / {{ 24}},065 (mm), c'est-à-dire la machine-outil Y. La position zéro de l'axe est ajustée de 0,065 mm dans le sens négatif.
Enfin, grâce au calcul ci-dessus, il est conclu que le centre du cercle de la pièce X est ajusté de {{0}},025 mm dans le sens positif et Y dans le sens négatif de 0,065 mm. Réaliser l'usinage de finition de 12 trous avec le nouveau centre de cercle obtenu.
3.3 Effets d'application
Pour la roue avec des trous de tirants usinés par ce processus, après le maillage auto-centrant des dents de la face d'extrémité, les trous de tirants des roues adjacentes à deux étages ont une coaxialité élevée, les tirants peuvent être insérés librement et la turbine à gaz le rotor est assemblé avec succès.
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Conclusion
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La recherche sur la technologie de traitement des trous de biellette de direction de haute précision pour les roues de turbine à gaz offre une garantie pour l'assemblage du rotor de turbine à gaz. Dans le même temps, ce processus peut être largement utilisé dans le traitement de divers types de trous axiaux, ce qui peut améliorer efficacement la qualité de traitement des pièces et améliorer la précision d'assemblage des produits.
