1 100 MW級四極汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子本體嵌線槽槽形的控制

衛(wèi)潔忠

(上海電氣電站設(shè)備有限公司上海發(fā)電機(jī)廠，上海 200240)

0 引言

1 100 MW核電發(fā)電機(jī)是我公司第一次生產(chǎn)百萬等級四極核電產(chǎn)品，其轉(zhuǎn)子是整個(gè)發(fā)電機(jī)的心臟。轉(zhuǎn)子本體嵌線槽的加工就是難點(diǎn)之一。在第一臺(tái)的轉(zhuǎn)子本體嵌線槽加工中，由于對齒部強(qiáng)度較低的半閉口槽形加工缺乏經(jīng)驗(yàn)，碰到了很多問題，最突出的是銑槽變形問題。第一臺(tái)轉(zhuǎn)子嵌線槽加工下來，多根槽的槽形及尺寸超差。為了保證核電產(chǎn)品的制造質(zhì)量，對以后類似槽形加工積累經(jīng)驗(yàn)，工藝部成立了專門小組，對如何保證槽形加工進(jìn)行攻關(guān)。

1 槽形及加工特點(diǎn)簡介

1.1 常規(guī)槽形

公司常規(guī)產(chǎn)品的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子嵌線槽基本為開口槽結(jié)構(gòu)(如圖1所示)。開口槽是泛指靠轉(zhuǎn)子本體外圓的槽口寬度大于或等于靠內(nèi)圓的槽形。該類嵌線槽的加工主要是靠大直徑的圓盤銑刀(如圖2所示)的粗、精銑來完成。

圖1 常規(guī)槽形圖

圖2 開口槽加工用盤銑刀及專用設(shè)備

1.2 半閉口槽形

1 100 MW核電轉(zhuǎn)子嵌線槽結(jié)構(gòu)與常規(guī)產(chǎn)品不同，為半閉口槽結(jié)構(gòu)(如圖3所示)，槽中相當(dāng)一部分的區(qū)域要比槽口寬(剖面線部分)。圖3中藍(lán)色線條為槽形輪廓，用常規(guī)的盤銑刀無法加工圖中的剖面線部分。此種半閉口槽常用的加工工藝是盤銑刀粗銑后用錐度棒銑刀對槽壁進(jìn)行半精銑、精銑。槽底寬度如果比槽口窄，可以用圓盤銑刀進(jìn)行精銑加工。

1 100 MW核電嵌線槽共有3種槽形，分別為A、B、C型槽(如圖3所示)。槽與槽間的理論齒厚僅15 mm，齒部受力易彎曲槽形位置及齒厚如圖4，槽形受力變形及應(yīng)力分布見圖5。另外，1 100 MW核電轉(zhuǎn)子嵌線槽槽深壁薄，齒根強(qiáng)度低，加工刀具、加工工藝等都比常規(guī)的開口槽復(fù)雜，槽加工難度大。

圖5 槽形受力變形及應(yīng)力分布

2 加工簡介

由于轉(zhuǎn)子齒根強(qiáng)度低，加工過程中槽形及尺寸控制難度大，現(xiàn)場追隨發(fā)現(xiàn)基本每加工一刀，槽形尺寸都有不同程度的變動(dòng)，而且槽與槽之間的變形沒有規(guī)律。第一臺(tái)1 100 MW轉(zhuǎn)子嵌線槽槽形檢驗(yàn)記錄如表1所示。槽形及尺寸的合格率僅為81.6%。為了解決1 100 MW轉(zhuǎn)子嵌線槽加工中出現(xiàn)的變形問題，我們成立了工藝攻關(guān)小組，分析原因，提出改進(jìn)方案。

表1 第一臺(tái)1 100 MW轉(zhuǎn)子嵌線槽槽形檢驗(yàn)記錄 mm

3 原因分析及改進(jìn)措施制定

3.1 確定要因

在第一臺(tái)陽江核電轉(zhuǎn)子銑槽現(xiàn)場加工追隨過程中工藝員發(fā)現(xiàn)槽形變動(dòng)發(fā)生在每把刀的每一步加工過程中，經(jīng)過幾次會(huì)議討論，進(jìn)行了原因分析，并最終確定了要因。通過排查分析，我們最終確定了“切削熱產(chǎn)生變形”及“粗、精銑順序不合理”是造成槽加工尺寸難以控制的兩大要因。質(zhì)量分析魚刺圖見圖6。

圖6 質(zhì)量分析魚刺圖

3.2 制定對策(質(zhì)量分析對策見表2)

表2 質(zhì)量分析對策

4 改進(jìn)實(shí)施過程

1)優(yōu)化加工工藝:第一臺(tái)C槽先精銑，然后B槽、A槽。第二臺(tái)改為A槽先精銑，然后B槽、C槽。因?yàn)锳、B槽的較淺，齒強(qiáng)度相對高，加工后C槽加工對他們的影響較低。槽底精銑工藝由原來粗銑后就完成改至半精加工之后進(jìn)行，每根槽的半精銑和精銑一次加工完成后加工另外一個(gè)，避免機(jī)床分度誤差引起各精銑刀接刀處產(chǎn)生臺(tái)階。半精銑棒銑刀的加工工藝調(diào)整，增加加工刀次，分?jǐn)偧庸び嗔俊?/p>

2)根據(jù)優(yōu)化的加工工藝對數(shù)控加工程序進(jìn)行改進(jìn)。

3)銑槽時(shí)相鄰槽的軸向支撐塊由12處增加至15處(槽支撐改進(jìn)如圖7所示)，且直接相鄰的兩槽均用鋁斜楔以增加槽的剛性，緊度按單邊撐開0.04～0.05 mm為宜，提高銑槽穩(wěn)定性。另外，第一臺(tái)加工后，我們對半閉口槽的加工有了一定經(jīng)驗(yàn)，所以決定加工過程中的尺寸自測點(diǎn)由第一臺(tái)的本體軸向均分15點(diǎn)改為5點(diǎn)測量，既減少了勞動(dòng)強(qiáng)度，又能起到過程檢驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

圖7 槽支撐改進(jìn)

4)盤銑刀對槽底的粗、精加工分開，原60 mm的切深精銑余量分2次完成，最后精銑深度減少到2 mm，避免精銑后過大的切削熱對槽形及尺寸產(chǎn)生影響;考慮到B、C槽后續(xù)精銑盤銑刀加工中小刀片容易產(chǎn)生切削瘤及崩刃，第一步粗銑后換刀用A槽精銑盤銑刀(切寬46.1、無小刀片結(jié)構(gòu))對B、C槽進(jìn)行第二步粗銑，切削深度140 mm，減少其切削量(如圖8所示)，小刀片的切削寬度由單邊2.32 mm減少為0.2 mm，切削深度由31.76 mm減少至1.76 mm，大大減少了小刀片的切削壓力，加工過程更加穩(wěn)定。

圖8 減少小刀片切削量

5)槽壁第一把半精銑棒銑刀加工次數(shù)增加。由上下各加工一次，增加為中間加工一次，再上、下各加工2次，共5次加工，分擔(dān)盤銑刀加工后的切削余量，減少加工時(shí)對槽壁產(chǎn)生的應(yīng)力，從而減少齒后續(xù)應(yīng)力釋放的變形。同時(shí)整個(gè)槽壁半精加工時(shí)將精銑單邊余量由0.31～0.36 mm減少到0.15～0.18 mm(精銑余量調(diào)整如圖9所示)，緩解排屑困難。

6)調(diào)整并改進(jìn)外置切削液噴嘴，由2根塑料管改為4條細(xì)噴嘴的銅管結(jié)構(gòu)(冷卻噴嘴改進(jìn)如圖10示)，并將內(nèi)冷壓力泵接至外冷卻管道，提高冷卻液壓力，改善排屑能力，盡量降低鐵屑對加工產(chǎn)生的不良影響。

圖9 精銑余量調(diào)整

圖10 冷卻噴嘴改進(jìn)

5 改進(jìn)效果

改進(jìn)后的第二臺(tái)加工情況，相比第一臺(tái)有24個(gè)檢查點(diǎn)超差的槽寬尺寸第二臺(tái)加工后全部合格(改進(jìn)前后C槽槽寬控制圖如圖11所示)，槽形最大超差尺寸由原來的0.70 mm降至0.1 mm(第二臺(tái)槽形檢驗(yàn)記錄見表2)，而且僅本體兩端80～120 mm的軸向長度超差，改進(jìn)達(dá)到預(yù)期效果。

表3 第二臺(tái)1 100 MW轉(zhuǎn)子嵌線槽槽形檢驗(yàn)記錄 mm

圖11 改進(jìn)前后C槽槽寬控制圖

由圖11可知:

第一臺(tái)轉(zhuǎn)子C槽槽口寬度檢驗(yàn)尺寸從48.34～49.12 mm，7處尺寸超差;

第二臺(tái)轉(zhuǎn)子C槽槽口寬度檢驗(yàn)尺寸從48.4～48.59 mm，無尺寸超差;

由上看出，第二臺(tái)轉(zhuǎn)子嵌線槽的槽寬尺寸已得到有效控制。但由于靠本體兩端的齒強(qiáng)度是最低的，進(jìn)刀出刀時(shí)靠近這兩塊的地方變形情況相對來說要比較嚴(yán)重，所以還有幾槽的槽形公差有超公差的情況出現(xiàn)。

另外，改進(jìn)工藝后的第二臺(tái)轉(zhuǎn)子嵌線槽加工用時(shí)47天，比第一臺(tái)減少21天，省去了很多處理問題的時(shí)間，節(jié)約了機(jī)床及勞務(wù)成本，也為生產(chǎn)計(jì)劃安排起到了積極作用。

6 結(jié)語

通過以上的改進(jìn)方案的制定及實(shí)施，此次1 100 MW四極轉(zhuǎn)子半閉口嵌線槽加工改進(jìn)項(xiàng)目取得了預(yù)期的效果，槽形及尺寸均得到較好的控制，加工周期也進(jìn)一步縮短，這也為1 100 MW以上等級轉(zhuǎn)子嵌線槽提供了實(shí)例。