闭式导叶轮的数控加工关键技术研究

发布时间：2020-08-01 07:40

【摘要】：闭式导叶轮是核反应堆冷却剂循环泵(简称核主泵)中重要的能量转换部件,其加工质量直接影响着核主泵长期安全运行的稳定性和工作效率。由于闭式导叶轮不仅具有和叶轮叶片相似的复杂曲面特征,还具有深流道、窄空间、材料难加工的特点,其制造一直都是机械制造领域的难题之一。本文以闭式导叶轮多项关键数控加工技术为研究对象,从三维造型技术、数控编程技术、闭式导叶轮深流道加工工艺技术、刀具减振工艺措施和侧铣加工技术等方面进行了研究,主要完成了以下研究内容:(1)闭式导叶轮的三维造型技术在工程过程中,三维造型是实现数控加工和数字化制造的前提和基础,一旦出错,后面的工作将会失去意义甚至造成严重的经济损失。因此,三维造型技术的准确性显得十分重要。本文在研究自由曲线曲面造型技术和B样条的造型基础上,提出了闭式导叶轮的造型方法和步骤。经实践证明,该造型方法合理、有效。(2)闭式导叶轮的数控编程技术针对加工区域难划分,工件与刀具、刀柄、机床NC头易干涉碰撞等问题,从刀位轨迹规划及编辑、程序仿真等方面深入研究,提出了一种可加工区域的边界表示法和全尺寸的程序仿真方法。(3)深流道加工工艺技术针对闭式导叶轮的深流道、窄空间的几何特点,从刀具选型、刀具补偿和优化切削参数等方面研究出一套深流道加工工艺技术。从加工结果看,该技术可有效解决因刀具悬伸过长引起的刀具让刀、刀具振动剧烈的问题。(4)闭式导叶轮的侧铣加工研究对端铣法和侧铣法进行研究,重点研究了侧铣加工的多种算法,提出了一种适合半开式导叶轮的侧铣加工新方法——分段分片侧铣法。经实验验证,该方法有效、可行。进一步将该方法推广至闭式导叶轮,经反复分析,该方法应用于闭式导叶轮仍存在诸多问题,实用性较差。本文总结出了一套行之有效的闭式导叶轮数控加工关键工艺技术,通过在德玛吉DMU125P五轴加工中心上成功实现了我公司首台闭式导叶轮的整体数控加工,加工出的闭式导叶轮完全满足图纸要求,并顺利通过了业主的实验验证。本课题的研究成果可推广应用于其他结构类似的闭式叶轮和导叶轮制造。
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TL353.1;TG659
【图文】：

导叶,半开式

正在逐步形成核电主泵的自主化设计制造能力。泵的水力部件主要由泵壳、导叶和叶轮组成[3]。闭式导叶轮（导叶）能换部件，起到连通叶轮与泵壳之间的桥梁作用。因此，闭式导叶主泵以及整个核电机组的长期安全、稳定的运行起着重要作用。核：高温、高压、大流量、强辐射。闭式导叶轮在如此恶劣的环境下要求非常严格，通常采用耐高温高压、抗腐蚀性的高强度不锈钢材导叶轮主要由上下轮毂和叶片组成的。通常情况下，闭式导叶轮可式两种形式进行制造。为了降低加工的难度和成本，很多时候人们的一侧轮毂拆开为两个部件分开单独加工，然后将两部分组合装配就是分体式制造。而将拆开的轮毂加叶片的部分称为半开式导叶轮导叶轮可以降低加工难度和成本，但由于焊接热变形、装配误差等导叶轮的整体性能和加工质量。而整体制造就是先整体铸锻导叶轮叶轮的情况下，采用合理的制造技术将导叶轮的流道和轮廓整体加制造相比，整体式制造导叶轮可省掉组装、焊接的环节，使导叶轮良好的机械性能，但是其加工成本和加工难度反而会增加很多。如式导叶轮，图 1 1.b 为闭式导叶轮。

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西南交通大学硕士研究生学位论文由于核主泵属于各核电强国极为保密的技术之一，关于闭式导供查询的文献资料较少。闭式导叶轮与叶轮叶片具有相似的结，它们的制造技术难点和方法存在许多共性。叶轮加工作为机，早已成为国内外广大学者和科技工作者研究的热点，可供查一千多篇（图 1-2）。

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西南交通大学硕士研究生学位论文固化成形技术、直接喷墨打印成形技术、热塑打印技术对于传统机械加工来说是一次技术革小型闭式叶轮和导叶轮加工。的施新等[57]成功应用了选区激光烧结（SLS）阳航空工业学院的朱虎[58]采用分层铣削与快速以聚氨酯胶为填充材料的叶轮原型。东方电机有造了以不锈钢粉末原材料的首台水轮机整体模型及制造的应用研究已经展开。印不锈钢粉末材质最大尺寸整体叶轮的设备为 400×400mm。目前，采用这种选区激光熔化（件表面质量还有待提高，如图 1-3 所示为东方机模型转轮。

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