前言

随着汽轮机技术的发展，大功率火电机组成为主流，而大功率火电机组又在向超临界、超超临界发展[1] 。随着机组功率增大，高中压外缸尺寸随之变大，铸件结构也变得复杂，铸件模型制作难度亦随之提高。此次制作的600MW高中压外缸铸件（鲤鱼江项目），是我公司首台60万千瓦改造机组上所用的关键零部件，也是公司首次将大型高中压外缸模型采用五坐标数控柔性系统加工（以往只加工过高中压內缸等较小模型）。模型制作的质量将直接影响该项目铸钢件的产出，对公司在60万千瓦机组改造市场上的地位具有深远的影响，同时也为公司在后续中大型汽轮机外缸铸件模型的柔性、快速及精细化制作探索新的工艺路线。

高中压外缸模型轮廓尺寸大，尺寸要求高，尤其是汽流道部位，不能存在形状及尺寸偏差，制作难度大。传统手工制作方式完全不能满足铸件对模型的要求。鉴于汽轮机改造市场发展前景巨大，中大型汽缸件从接单到产出节奏的加快，迫切需要公司在模型制作上有新的思路和新的工艺路线。本文结合公司现有机床设备，对大中型汽轮机外缸模型的快速高效精细化制作进行攻关。

1.高中压外缸模型难度分析

高中压外缸铸件分为上下两半，最大轮廓尺寸均为：6360mm×3839mm×1975mm。铸件结构由圆弧型缸体、高中压进排气管、中分面法兰及支撑法兰等构成。铸件上、下半结构图如图1所示。根据铸件结构特征，其模型的制作难点如下：

（1）模型外形尺寸大，超出公司现有设备极限加工行程，不能整体加工。需要将模型拆分活块，单独加工后组装，活块加工一致性要求高，增加加工定位难度。

（2）铸件进、排汽管体多，管体间距小，管体与缸体相接处需曲面圆滑过渡。公司现有加工刀具刀体短（刀体连同刀柄长260mm左右），主轴头尺寸大（500*500长方体），加工中机床主轴易与管体发生干涉。

（3）中压进汽管中心线与缸体中心径向夹角为30度切由曲面光滑过渡，拆活位置难以确定。

（4）铸件上、下半高中压进汽管位置及尺寸相同，为降低制作成本，模型工艺要求上、下半借用，分模后的加工一致性要求很高。

（5）模型三维建模需考虑铸件的加工余量、补正量、拔模斜度、补贴以及缩尺等，尺寸换算复杂，相贯面R易形成自相交曲面，不能生成实体。

  （6）模型外模中分面法兰拔模斜度在轴向及高度方向均不相同，三维建模复杂。

2．三维建模、拆活及加工工艺路线

2.1建模软件选择及建模思路

在此次模型的三维建模中，选择了Pro/E[2]软件。该软件为全参数化建模，具有尺寸驱动、基于底层设计等优点，简而言之可归结为“建模及修改尺寸方便”。该软件具有以下特点：修改三维模型中任一错误尺寸后其它尺寸自动修复，可提高建模效率；强大的曲面建模命令可快速构建模型复杂外形特征；中分面法兰的多维度斜度特征可以一次构建。

模型的三维建模依据模型加工工艺。余量、补正量、拔模斜度及补贴缩尺需由人工换算，与软件构建的三维模型的尺寸进行核对，可避免三维模型尺寸错误，提高建模效率。模型管体圆滑过渡曲面运用绘线连片成面的思路建模，曲面曲率好，过渡自然。

 2.2外模中分面法兰多维度拔模斜度特征构建

外模中分面法兰沿长度及侧面方向上有多个斜度，是三维建模中的重难点之一。见图二

法兰斜度为三维空间斜度，采用拔模方法构建特征面繁杂易出错，先建出法兰最大轮廓尺寸，用边界混合切除^[3]功能一次切除各维度方向斜度，能满足图纸要求。步骤如下：

（1）在中分面法兰侧面斜度各高度方向按模型工艺绘制边界线，边界线与法兰侧面轴线方向随形。见图三(a)

（2）绘制边界线高度方向相交线2(b)

（4）用构建的多维度特征曲面切除法兰轮廓多余部分，得到模型法兰完整特征面。