整体喷嘴环电火花清根加工关键技术

蔺小军,张 允,崔 彤,杨 锐,辛晓鹏

(西北工业大学 机电学院,陕西 西安 710072)

1 问题的描述

整体喷嘴环是火力发电机组中汽轮机的核心部件，作为典型的闭式整体构件，它将原本独立的多个喷嘴叶片与内、外缘板设计成一个整体结构，如图1所示。整体喷嘴环一般具有以下特点[2]：①根据功能不同可分为中压喷嘴、高压喷嘴和超高压喷嘴环，根据旋向不同可分为左旋喷嘴环和右旋喷嘴环；②为了方便装配，整环一般分成两个完全相同的半环；③喷嘴环尺寸较大，直径达到1 000～2 200 mm；④喷嘴环排气边喉道宽度较窄，一般为12～22 mm。

传统整体喷嘴环叶片与缘板间的过渡区域为等半径圆弧面，且半径大小一般在3 mm以上,如图2a所示。为了进一步减小气流损失，提高气动效率，新型喷嘴环过渡区域的圆弧半径减小到1 mm以内，甚至被改进为其他形状的变半径弧面，如图2b和2c所示。铣削清根加工方法要求刀具的等效半径小于或等于清根区域的最小曲率半径。对于整体喷嘴环这种典型的多约束复杂曲面通道结构而言，若采用传统切削方法对新型喷嘴环过渡区域进行清根加工，存在两个主要问题：①由于通道狭窄且弯扭程度大，过渡区域刀具可达性差，刀具极易产生干涉；②所要求刀具半径非常小，需要定制专用刀具，小刀具刚性差且加工效率低。

电火花加工(Electrical Discharge Machining, EDM)靠放电腐蚀达到加工目的，具有成型精度高、材料适应性广等优点[3-4]。与传统铣削加工不同，电火花加工时“刀具”与工件之间的宏观作用力很小，可以尽可能减少工件材质与几何形状的影响。……