核電站核主泵導葉的加工工藝榮譽表彰

2020年7月14日，《核電站核主泵導葉的加工工藝》獲得第二十一屆中國專利獎優(yōu)秀獎。

如圖1所示，一種核電站核主泵導葉的加工工藝，核主泵導葉由整體實心鍛件1加工而成，如圖8所示，導葉由十四個葉片21，均勻分布在輪轂24與外環(huán)25之間，相鄰兩個葉片21、輪轂24與外環(huán)25間構(gòu)成流道23，葉片21與輪轂24、外環(huán)25的連接處帶有過渡圓角22并光滑連接，具體工藝步驟為：

如圖4所示，第一步是選用粗加工端面銑刀4（D63L150即直徑為63毫米長150毫米），按葉片的傾斜角度粗銑出一個垂直于與葉片切線的斜面5，轉(zhuǎn)速800轉(zhuǎn)，垂直步距為1毫米，每齒進給量0.6毫米，目的是為了下一步容易鉆削，不會產(chǎn)生讓刀，由于切削量較大，而且是偏銑，在開始進行粗切削的時候需要設計強度大的刀柄；

如圖5所示，第二步是設計選用合適的鉆頭6（D80L395）在垂直于斜面的角度上鉆通型腔通孔7，轉(zhuǎn)速500轉(zhuǎn)，每齒進給量0.1毫米；

第三步用D43L400的面銑刀將鉆好的通孔7擴大孔的直徑，轉(zhuǎn)速1200轉(zhuǎn)，每齒進給量0.45毫米，這樣可以增加加工效率也有利于更好的排削；

第四步用D63L210的面銑刀進行兩個葉片間的型腔銑削，轉(zhuǎn)速900轉(zhuǎn)，每齒進給量0.5毫米；

第五步用D63L260的面銑刀加深兩個葉片間的型腔銑削，轉(zhuǎn)速900轉(zhuǎn)，每齒進給量0.5毫米；

第六步用D40L350的面銑刀進行導葉葉片進口端其中一側(cè)形狀有些凹的葉片倒角的銑削，轉(zhuǎn)速1500轉(zhuǎn)，每齒進給量0.5毫米；

如圖6所示，第七步用第六步的方法沿著葉片進一步加深第六步位置葉片型腔的銑削；

第八步用D63L200的面銑刀加工導葉型腔內(nèi)另一側(cè)形狀有些凸起的葉片靠近外側(cè)圓角的銑削；

第九步用D63L200的面銑刀加工導葉型腔內(nèi)第八部加工靠近內(nèi)圓倒角的位置；

第十用D40L350的面銑刀進一步加深第七步銑削；

第十一步用D40L350加深第九步位置的銑削；第十二步用D40L350繼續(xù)加深第八步位置的銑削；

第十三步用D63L310的面銑刀加深兩個葉片間的型腔銑；

第十四步用D63L350的面銑刀將型腔加工到相通；

第十五步變換角度，用D40L400的面銑刀加工葉片曲線凹進去的中部和下部，直到銑通到底部；

第十六步用R8L230的球頭銑刀進行葉片邊緣的倒角粗銑；

第十七步用R8L230的球頭銑刀進行葉片表面的半精銑；

第十八步用R8L400對型腔的中部和底部進行五軸半精銑，通過以上十八步對型腔流道9各個方向的半精銑削，為下一步精銑做好準備；

第十九步用球頭銑刀8（R8L400）進行五軸五聯(lián)動輪廓精銑，轉(zhuǎn)速3000轉(zhuǎn)，每齒進給量0.15毫米，所用刀桿刀具為專用設計的錐形刀柄及可換球頭銑刀，通過五軸聯(lián)動精加工葉片型腔和邊緣倒角，沿型腔流道9的邊緣走螺旋類似矩形的曲線，從上部到中部再到下部，加工時五軸五聯(lián)動，主軸不斷變換各種角度，同時工件也在跟隨旋轉(zhuǎn)，按這種方法循環(huán)加工每個型腔，即加工出完整的導葉翼型及型腔流道9；

第二十步加工所有的孔和槽；

第二十一步是進行葉片的拋光，利用轉(zhuǎn)速18000轉(zhuǎn)的氣動磨機，分別安裝上千葉輪、纖維碟、纖維輪、羊毛碟對葉片翼型進行手工拋光，拋光只使表面達到更好的效果，表面粗糙度可以達到Ra0.8以上，拋光不改變?nèi)~片的形狀和尺寸，只是拋光掉精加工時預留余量。最終用關(guān)節(jié)臂對葉片的翼型進行掃描，與已設計好的模型進行輪廓線對比，拋光檢測合格后即完成核主泵導葉的加工。

如圖2所示，專用車削導葉出水端非標刀桿2，分為上、下兩部分，上半部分按照AC20機床的接口設計，采用內(nèi)六角螺栓固定，下半部分形狀及角度按照導葉出水端流道3的形狀，并考慮所加工掉的部分材料形狀為環(huán)形柱帶，設計成能夠裝卡通用刀桿，如圖3所示，裝卡刀桿的方式能夠同時滿足加工導葉出水端流道3與輪轂24的外圓的形式，也能夠滿足加工導葉出水邊外環(huán)25流道的內(nèi)圓環(huán)面，分別加工內(nèi)外圓時并不互相發(fā)生干涉，專用非標刀桿材料選用45#鍛鋼，整體鍛造加工，防止刀桿由于剛度不足產(chǎn)生讓刀等現(xiàn)象，按導葉的出水端車削專用非標刀桿刀具2粗精加工即可完成導葉出水端3及其曲面流道的形狀加工。

如圖7所示，銑削專用工裝為：將上、下止口帶有按一定公差配合要求且?guī)в袖N孔定位的胎體13安裝到五軸加工中心工作臺上，其中心銷孔裝入定位銷10后落入到五軸加工中心工作臺的銷孔中，并利用內(nèi)六角M16螺釘12與b28T型滑塊11將胎體8把合到工作臺上，其中內(nèi)六角M16螺釘12落入胎體13的沉孔中，b28T型滑塊11放入機床工作臺的標準鍵槽內(nèi)，將導葉上端面凸止口落入到胎體13凹止口配合的位置，壓板14壓住導葉臺階，用M24螺栓15將壓板14壓緊，上面用蓋板16和M24拉桿17、加厚墊圈19及M24螺母18將導葉拉緊在胎體13上，工件裝夾后無需找正，通過工作臺中心的定位銷10即可找正中心位置，為防止工件旋轉(zhuǎn)用定位銷20將導葉與胎體13定位。

1.一種核電站核主泵導葉的加工工藝，其特征是：核主泵導葉由整體實心鍛件（1）加工而成，導葉由十四個葉片（21），均勻分布在輪轂（24）與外環(huán)（25）之間，相鄰兩個葉片（21）、輪轂（24）與外環(huán)（25）間構(gòu)成流道（23），葉片（21）與輪轂（24）、外環(huán)（25）的連接處帶有過渡圓角（22）并光滑連接，具體工藝步驟為：

第一步是選用粗加工端面銑刀（4），按葉片的傾斜角度粗銑出一個垂直于與葉片切線的斜面5，轉(zhuǎn)速800轉(zhuǎn)，垂直步距為1毫米，每齒進給量0.6毫米，目的是為了下一步容易鉆削，不會產(chǎn)生讓刀，由于切削量較大，而且是偏銑，在開始進行粗切削的時候需要設計強度大的刀柄；

第二步是設計選用合適的鉆頭（6）在垂直于斜面的角度上鉆通型腔通孔（7），轉(zhuǎn)速500轉(zhuǎn)，每齒進給量0.1毫米；

第三步用D43L400的面銑刀將鉆好的通孔（7）擴大孔的直徑，轉(zhuǎn)速1200轉(zhuǎn)，每齒進給量0.45毫米，這樣可以增加加工效率也有利于更好的排削；

第四步用D63L210的面銑刀進行兩個葉片間的型腔銑削，轉(zhuǎn)速900轉(zhuǎn)，每齒進給量0.5毫米；

第五步用D63L260的面銑刀加深兩個葉片間的型腔銑削，轉(zhuǎn)速900轉(zhuǎn)，每齒進給量0.5毫米；

第六步用D40L350的面銑刀進行導葉葉片進口端其中一側(cè)形狀有些凹的葉片倒角的銑削，轉(zhuǎn)速1500轉(zhuǎn)，每齒進給量0.5毫米；

第七步用第六步的方法沿著葉片進一步加深第六步位置葉片型腔的銑削；

第八步用D63L200的面銑刀加工導葉型腔內(nèi)另一側(cè)形狀有些凸起的葉片靠近外側(cè)圓角的銑削；

第九步用D63L200的面銑刀加工導葉型腔內(nèi)第八部加工靠近內(nèi)圓倒角的位置；

第十用D40L350的面銑刀進一步加深第七步銑削；

第十一步用D40L350加深第九步位置的銑削；第十二步用D40L350繼續(xù)加深第八步位置的銑削；

第十三步用D63L310的面銑刀加深兩個葉片間的型腔銑；

第十四步用D63L350的面銑刀將型腔加工到相通；

第十五步變換角度，用D40L400的面銑刀加工葉片曲線凹進去的中部和下部，直到銑通到底部；

第十六步用R8L230的球頭銑刀進行葉片邊緣的倒角粗銑；

第十七步用R8L230的球頭銑刀進行葉片表面的半精銑；

第十八步用R8L400對型腔的中部和底部進行五軸半精銑，通過以上十八步對型腔流道（9）各個方向的半精銑削，為下一步精銑做好準備；

第十九步用球頭銑刀（8）進行五軸五聯(lián)動輪廓精銑，轉(zhuǎn)速3000轉(zhuǎn)，每齒進給量0.15毫米，所用刀桿刀具為專用設計的錐形刀柄及可換球頭銑刀，通過五軸聯(lián)動精加工葉片型腔和邊緣倒角，沿型腔流道（9）的邊緣走螺旋類似矩形的曲線，從上部到中部再到下部，加工時五軸五聯(lián)動，主軸不斷變換各種角度，同時工件也在跟隨旋轉(zhuǎn)，按這種方法循環(huán)加工每個型腔，即加工出完整的導葉翼型及型腔流道（9）；

第二十步加工所有的孔和槽；

第二十一步是進行葉片的拋光，利用轉(zhuǎn)速18000轉(zhuǎn)的氣動磨機，分別安裝上千葉輪、纖維碟、纖維輪、羊毛碟對葉片翼型進行手工拋光，拋光只使表面達到更好的效果，表面粗糙度可以達到Ra0.8以上，拋光不改變?nèi)~片的形狀和尺寸，只是拋光掉精加工時預留余量。最終用關(guān)節(jié)臂對葉片的翼型進行掃描，與已設計好的模型進行輪廓線對比，拋光檢測合格后即完成核主泵導葉的加工。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種核電站核主泵導葉的加工工藝，其特征是：專用車削導葉出水端非標刀桿（2），分為上、下兩部分，上半部分按照AC20機床的接口設計，采用內(nèi)六角螺栓固定，下半部分形狀及角度按照導葉出水端流道（3）的形狀，并考慮所加工掉的部分材料形狀為環(huán)形柱帶，設計成能夠裝卡通用刀桿，裝卡刀桿的方式能夠同時滿足加工導葉出水端流道（3）與輪轂（24）的外圓的形式，也能夠滿足加工導葉出水邊外環(huán)（25）流道的內(nèi)圓環(huán)面，分別加工內(nèi)外圓時并不互相發(fā)生干涉，專用非標刀桿材料選用45#鍛鋼，整體鍛造加工，防止刀桿由于剛度不足產(chǎn)生讓刀等現(xiàn)象，按導葉的出水端車削專用非標刀桿刀具（2）粗精加工即可完成導葉出水端（3）及其曲面流道的形狀加工。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種核電站核主泵導葉的加工工藝，其特征是：銑削專用工裝為：將上、下止口帶有按一定公差配合要求且?guī)в袖N孔定位的胎體（13）安裝到五軸加工中心工作臺上，其中心銷孔裝入定位銷（10）后落入到五軸加工中心工作臺的銷孔中，并利用內(nèi)六角M16螺釘（12）與b28T型滑塊（11）將胎體（8）把合到工作臺上，其中內(nèi)六角M16螺釘（12）落入胎體（13）的沉孔中，b28T型滑塊（11）放入機床工作臺的標準鍵槽內(nèi)，將導葉上端面凸止口落入到胎體（13）凹止口配合的位置，壓板（14）壓住導葉臺階，用M24螺栓（15）將壓板（14）壓緊，上面用蓋板（16）和M24拉桿（17）、加厚墊圈（19）及M24螺母18將導葉拉緊在胎體（13）上，工件裝夾后無需找正，通過工作臺中心的定位銷（10）即可找正中心位置，為防止工件旋轉(zhuǎn)用定位銷（20）將導葉與胎體（13）定位。

《核電站核主泵導葉的加工工藝》涉及核電站核主泵導葉的加工工藝。

圖1導葉鍛件圖

圖2為車削導葉出水端非標刀桿

圖3導葉的出水端車削專用非標刀桿刀具使用示意圖

圖4為導葉按一定角度銑削平面圖

圖5為導葉按垂直平面鉆通型腔流道圖

圖6為導葉銑削型腔流道圖

圖7為銑削專用工裝使用示意圖

圖8為導葉最終產(chǎn)品三維圖

圖9為導葉掃描百分比偏差

圖10為導葉加工后掃描的標準偏差

核電站核主泵導葉的加工工藝專利目的

《核電站核主泵導葉的加工工藝》的目的是提供一種加工質(zhì)量好、工藝運行穩(wěn)定、縮短制作周期，提高工作效率的核電站核主泵導葉的加工工藝。

核電站核主泵導葉的加工工藝技術(shù)方案

《核電站核主泵導葉的加工工藝》的技術(shù)方案為：一種核電站核主泵導葉的加工工藝，核主泵導葉由整體實心鍛件（1）加工而成，導葉由十四個葉片（21），均勻分布在輪轂（24）與外環(huán)（25）之間，相鄰兩個葉片（21）、輪轂（24）與外環(huán)（25）間構(gòu)成流道（23），葉片（21）與輪轂（24）、外環(huán)（25）的連接處帶有過渡圓角（22）并光滑連接，具體工藝步驟為：

第一步是選用粗加工端面銑刀（4），按葉片的傾斜角度粗銑出一個垂直于與葉片切線的斜面5，轉(zhuǎn)速800轉(zhuǎn)，垂直步距為1毫米，每齒進給量0.6毫米，目的是為了下一步容易鉆削，不會產(chǎn)生讓刀，由于切削量較大，而且是偏銑，在開始進行粗切削的時候需要設計強度大的刀柄；

第二步是設計選用合適的鉆頭（6）在垂直于斜面的角度上鉆通型腔通孔（7），轉(zhuǎn)速500轉(zhuǎn)，每齒進給量0.1毫米；

第三步用D43L400的面銑刀將鉆好的通孔（7）擴大孔的直徑，轉(zhuǎn)速1200轉(zhuǎn)，每齒進給量0.45毫米，這樣可以增加加工效率也有利于更好的排削；

第四步用D63L210的面銑刀進行兩個葉片間的型腔銑削，轉(zhuǎn)速900轉(zhuǎn)，每齒進給量0.5毫米；

第五步用D63L260的面銑刀加深兩個葉片間的型腔銑削，轉(zhuǎn)速900轉(zhuǎn)，每齒進給量0.5毫米；

第六步用D40L350的面銑刀進行導葉葉片進口端其中一側(cè)形狀有些凹的葉片倒角的銑削，轉(zhuǎn)速1500轉(zhuǎn)，每齒進給量0.5毫米；

第七步用第六步的方法沿著葉片進一步加深第六步位置葉片型腔的銑削；

第八步用D63L200的面銑刀加工導葉型腔內(nèi)另一側(cè)形狀有些凸起的葉片靠近外側(cè)圓角的銑削；

第九步用D63L200的面銑刀加工導葉型腔內(nèi)第八部加工靠近內(nèi)圓倒角的位置；

第十用D40L350的面銑刀進一步加深第七步銑削；

第十一步用D40L350加深第九步位置的銑削；第十二步用D40L350繼續(xù)加深第八步位置的銑削；

第十三步用D63L310的面銑刀加深兩個葉片間的型腔銑；

第十四步用D63L350的面銑刀將型腔加工到相通；

第十五步變換角度，用D40L400的面銑刀加工葉片曲線凹進去的中部和下部，直到銑通到底部；

第十六步用R8L230的球頭銑刀進行葉片邊緣的倒角粗銑；

第十七步用R8L230的球頭銑刀進行葉片表面的半精銑；

第十八步用R8L400對型腔的中部和底部進行五軸半精銑，通過以上十八步對型腔流道（9）各個方向的半精銑削，為下一步精銑做好準備；

第十九步用球頭銑刀（8）進行五軸五聯(lián)動輪廓精銑，轉(zhuǎn)速3000轉(zhuǎn)，每齒進給量0.15毫米，所用刀桿刀具為專用設計的錐形刀柄及可換球頭銑刀，通過五軸聯(lián)動精加工葉片型腔和邊緣倒角，沿型腔流道（9）的邊緣走螺旋類似矩形的曲線，從上部到中部再到下部，加工時五軸五聯(lián)動，主軸不斷變換各種角度，同時工件也在跟隨旋轉(zhuǎn)，按這種方法循環(huán)加工每個型腔，即加工出完整的導葉翼型及型腔流道（9）；

第二十步加工所有的孔和槽；

第二十一步是進行葉片的拋光，利用轉(zhuǎn)速18000轉(zhuǎn)的氣動磨機，分別安裝上千葉輪、纖維碟、纖維輪、羊毛碟對葉片翼型進行手工拋光，拋光只使表面達到更好的效果，表面粗糙度可以達到Ra0.8以上，拋光不改變?nèi)~片的形狀和尺寸，只是拋光掉精加工時預留余量。最終用關(guān)節(jié)臂對葉片的翼型進行掃描，與已設計好的模型進行輪廓線對比，拋光檢測合格后即完成核主泵導葉的加工。

核電站核主泵導葉的加工工藝改善效果

《核電站核主泵導葉的加工工藝》的優(yōu)點及技術(shù)效果是：按導葉圖紙進行葉片編程，采用適合的數(shù)控立式加工機床和數(shù)控五軸聯(lián)動加工中心的設備，配上設計的專用工裝、專用刀桿刀具，優(yōu)選合適的切削參數(shù)，即可以在整體鍛件上加工出完整的導葉葉片，免除了傳統(tǒng)的導葉葉片制造采用鑄造或焊接的方法帶來的不利因素。傳統(tǒng)的鑄造導葉不僅模具設計復雜、制造困難，而且鑄件導葉容易產(chǎn)生眾多缺陷，如掉砂、沖砂等，容易產(chǎn)生氣孔、針孔、縮松、疏松等，表面容易出現(xiàn)裂紋、物理性能、力學性能和化學成分不合格等眾多缺點，鑄件導葉的各種缺點都無法滿足核主泵導葉的設計參數(shù)要求。傳統(tǒng)的焊接方法也存在一些問題，比如說焊接不同的焊點時伸入體積不斷變化，焊接電流產(chǎn)生波動，造成各焊點質(zhì)量不恒定，焊接導葉葉片過程是在狹小的空間內(nèi)操作，所以無法直接觀測，焊接質(zhì)量只能靠工藝試驗和破壞性試驗來檢查，電焊焊接時間短，焊接熱量波動較大，難以控制，焊接中產(chǎn)生虛焊和脫焊等缺陷。在核電站主泵運行過程中導葉是承受350度的高溫和17.16兆帕的壓力，所以鑄造的導葉和焊接的導葉是無法滿足導葉長時間在高溫高壓的條件下運行的要求。

相對于上述兩種方法，第一，《核電站核主泵導葉的加工工藝》采用的機械加工制造方法加工完成的葉片避免了上述所有缺點，完全能滿足核主泵的要求。鋼鍛件材料物理性能、力學性能和化學成分等都能達到要求，不易產(chǎn)生缺陷，材料的各種性能得到了有效的控制，避免了因鑄造產(chǎn)生或焊接葉片產(chǎn)生的變形、砂眼、氣孔等及因焊接容易產(chǎn)生各種的缺陷等。第二，加工出的導葉葉片精度高，完全靠數(shù)控程序操作，數(shù)控機床加工，表面粗糙度已經(jīng)接近圖紙要求，只需再做表面拋光處理，即可優(yōu)于圖紙要求，保證了設計精度要求，保證了主泵的揚程和效率等設計參數(shù)，滿足核電站主泵導葉長期高效安全穩(wěn)定運行的要求，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，滿足了核主泵設計要求，保證了核主泵運行的性能及穩(wěn)定。第三，該發(fā)明使導葉制造的工藝過程更加簡便，清潔，環(huán)保，安全，即不會因鑄造和焊接產(chǎn)生的有害氣體，也不會浪費不可再生資源，同時也降低了鑄造和手工焊接的危險性。第四，高效，該發(fā)明縮短了制造周期，是中國國外同行制造周期的三分之一，減少了制造所涉及的工種及設備，降低了制造成本。

對比中國國外的核電站導葉制造工藝：中國國外的幾個掌握二代加主泵制造技術(shù)的廠家也采用整體鍛件直接加工出葉片的方法制造導葉，但他們加工的導葉的表面粗糙度只能勉強達到Ra12.5，葉片的表面留了10毫米余量，通過很長時間的打磨來保證尺寸及降低表面粗糙度，這種用打磨的方法來控制葉片曲線的要憑操作者的經(jīng)驗，人的因素很大，如果操作者缺乏葉片打磨經(jīng)驗，打磨很容易產(chǎn)生葉片輪廓線的改變，造成超差，對水力曲線產(chǎn)生影響，該發(fā)明加工的葉片相對于中國國外主泵制造技術(shù)廠家的優(yōu)點是，葉片表面只需要拋光即可，不會對葉片輪廓線產(chǎn)生影響，用該發(fā)明核主泵導葉的加工代替人工打磨，保證了設計的葉片曲線精度要求，提高了可靠性，不會因操作者的失誤而導致導葉報廢等情況的發(fā)生。該發(fā)明所采用的方法提高了導葉的加工效率，加工質(zhì)量也優(yōu)于中國國外同行，可大大提高制造精度。加工后的表面粗糙度可以達到Ra3.2，加工后只對葉片表面進行拋光，導葉粗糙度可達到Ra0.8以上。葉片的檢測利用德國制造的關(guān)節(jié)臂對葉片的型線進行掃描，掃描后與三維模型對比。測量結(jié)果如圖9所示，導葉掃描百分比偏差及如圖10所示，導葉加工后掃描的標準偏差，測量球頭的半徑為3毫米，即X軸3毫米實際偏差為0，93％的偏差集中在0.00～0.35毫米之間，這主要是留的拋光余量，按設計圖紙要求的葉片偏差為0～0.30毫米，實際的加工結(jié)果是滿足加工工藝要求的，經(jīng)過拋光后的導葉是符合設計要求的，檢測的最終結(jié)果詳見圖九與圖十。經(jīng)過模擬件及多臺產(chǎn)品件最終檢測結(jié)果的對比，表明導葉的葉片翼型完全否符合設計圖紙要求。用此方法制造的導葉，經(jīng)過全流量試驗后效果良好。已應用于福清方家山核電站主泵和巴基斯坦項目核電站主泵項目中。

《核電站核主泵導葉的加工工藝》的意義將大大推動核主泵的國產(chǎn)化進程。之前，導葉的加工制造技術(shù)一直為發(fā)達國家壟斷，《核電站核主泵導葉的加工工藝》將打破這個僵局，實現(xiàn)導葉制造的國產(chǎn)化，導葉加工制造的國產(chǎn)化為核電站的心臟——主泵制造的國產(chǎn)化提供保障。

二代加核主泵中的導葉是主泵中的最關(guān)鍵的部件之一，且是直接影響泵揚程、流量的重要水力部件。2014年前，二代加核主泵是中國核電站核島中唯一沒有實現(xiàn)國產(chǎn)化的設備。中國國內(nèi)2014年之前的葉片加工方法大多是采用單個葉片加工然后逐個焊接到導葉輪轂上，或是采用整體鑄出的導葉然后進行打磨，這兩種方法的制造出的導葉質(zhì)量不高，前者存在焊接精度不高，焊后變形，存在焊接應力。后者存在鑄造質(zhì)量也不高，常存在鑄造砂眼、裂紋，打磨葉片困難，難以保證葉片翼型，且兩種方法制造出的導葉可靠性都難以滿足在核主泵運行壓力17.16兆帕、溫度是350℃這種工況下的要求。2014年前，中國還沒有加工核主泵導葉的廠家，中國國外同行加工也采用三坐標機床加輔助工裝加工，加工出的葉片及流道表面粗糙度達Ra12.5，所以手工打磨占有很大比重。這樣會影響導葉流道的形狀，影響核主泵的揚程、效率。普通的導葉的制造一般分為兩種方法，即鑄造和焊接，鑄造的導葉材料強度差，精度低，葉片的型線靠手工打磨，很難保證其設計的型線，既影響到使用壽命，也就影響到整個主泵電機組的功率。在核泵里導葉需要承受高溫高壓，鑄造導葉其材料性能差，故而會縮短壽命，會增加核電站的檢修頻率，甚至會出現(xiàn)事故。導葉的葉片固定如果采用焊接的方式，很難控制葉片焊接變形量，增加焊接難度，焊后的葉片的退火、打磨很也難保證葉片型線，承載高溫高壓的焊縫強度等要求也很難滿足核泵的運行要求，對于機組的效率和安全性、維護都帶來不便。

葉輪加工是實現(xiàn)核主泵國產(chǎn)制造里的難點之一。在核輻照、高溫、高壓、應力腐蝕的極端工況下，核泵葉輪需要安全、可靠地工作。 針對核主泵葉輪制造中加工工藝優(yōu)化問題，課題組從加工參數(shù)的多目標優(yōu)化方法研究入手，研究了球頭刀五軸精銑削切屑厚度與變時滯參數(shù)建模方法、五軸銑削動力學建模與銑削表面動態(tài)仿真方法、基于變時滯特性的五軸精銑削動力學穩(wěn)定性預報方法以及面向動力學穩(wěn)定性的銑削工藝優(yōu)化方法等內(nèi)容。課題圍繞球頭刀自由曲面數(shù)控五軸銑削中顫振預報與切削表面質(zhì)量控制，建立了復雜型面銑削的名義切屑厚度模型，獲得了刀刃經(jīng)過名義切屑前后表面的非均一時間間隔（即變時滯參數(shù)）；建立了具有非線性、變時滯特征的球頭刀五軸精銑削動力學模型，實現(xiàn)了對切厚再生波紋效應的準確描述；提出了基于變時滯特征的銑削動力學穩(wěn)定性判據(jù)，形成了自由曲面五軸銑削加工的無顫振工藝優(yōu)化準則。 課題研究圍繞核泵葉輪復雜曲面五軸銑削加工為對象，研究由復雜曲面生成高效、高精度刀具軌跡的方法。針對葉片五軸數(shù)控銑削加工中的刀具軌跡轉(zhuǎn)向頻繁的問題，提出了一種基于空間填充曲線法的雙螺旋填充曲線。為了減少加工過程中的沖擊，提出用圓角代替直角進行過渡的方法對雙螺旋填充曲線進行優(yōu)化。結(jié)合自由曲面的形成過程，提出將平面填充曲線通過與曲面參數(shù)相對應的方法映射到曲面上，進而生成加工刀具路徑的思想并驗證了該軌跡生成方法的可行性。課題還建立了包含直線加減速與正弦加減速的小線段速度運動模型，研究了基于多加工拐點速度控制的小線段高速前瞻控制方法。設計出一種新的高速數(shù)控加工小線段前瞻平滑控制迭代算法。 課題建立加工走刀軌跡與應力腐蝕裂紋之間的關(guān)聯(lián)。研究了不同刀具軌跡與核主泵不銹鋼葉輪表面裂紋關(guān)聯(lián)關(guān)系的實驗方法并分析了刀具軌跡對于葉輪表面裂紋生成的影響。采用有限云仿真與實驗結(jié)合的方法對銑削過程中走刀軌跡對不銹鋼材料工件表面完整性的影響進行分析。建立起三維熱-力耦合立銑模型，得到不同銑削走刀軌跡條件下工件加工表面殘余應力與塑性應變的分布。設計了相應的銑削加工實驗，選定的走刀軌跡和切削參數(shù)與有限元仿真一致，并對實驗加工得到的表面進行表面形貌、表面硬度和表面粗糙度的測量分析。 課題采用有限元軟件建立了基于實際工況下核主泵葉輪流場模型，針對葉片所受壓力分布、流線分布以及葉片表面在流場中交變應力作用下微裂紋生長擴展建模進行研究。為葉輪表面形貌與水力特性之間關(guān)系研究奠定基礎。

葉輪是核主泵的核心部件，是實現(xiàn)主泵國產(chǎn)化的難點之一。在核輻照、高溫、高壓的極端工況下，核泵葉輪需要安全、可靠、長壽命的工作。核泵葉輪的制造不僅要采用最優(yōu)的刀具路徑來生成符合形狀要求的葉輪曲面，還需研究通過優(yōu)化加工工藝參數(shù)提高葉輪表面機械物理性能、水力特性等性能要素的方法。針對核主泵葉輪制造中加工工藝優(yōu)化問題，通過理論分析、數(shù)值仿真和試驗研究的方法，分析核泵葉輪的輪廓精度要求與切削力的關(guān)系，建立表面機械物理性能與抗應力腐蝕裂紋之間的關(guān)聯(lián)方程，確立表面形貌對水力特性的影響因素；通過加工參數(shù)的多目標優(yōu)化，減小葉輪加工中不期望的振動和響應誤差，以提高葉輪的表面質(zhì)量；通過計算預測加工路徑中的切削力的變化并結(jié)合機床伺服參數(shù)的調(diào)整，研究由復雜曲面生成高效、高精度刀具軌跡的方法，達到提高葉輪曲面加工精度與加工效率并最終實現(xiàn)改善葉輪表面機械物理性能、水力特性等性能要素的目標。