葛洲壩軸流式轉(zhuǎn)輪體加工工藝研究

劉子健+++趙丹

摘 要：轉(zhuǎn)輪體是水輪機(jī)的核心部件。文章以葛洲壩軸流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪體作為研究對(duì)象，介紹了葛洲壩軸流式水輪機(jī)組轉(zhuǎn)輪體堆焊合金球面、主軸孔及葉片軸孔的關(guān)鍵加工技術(shù)，為其它類似機(jī)組的工藝加工作借鑒。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)輪體；加工；軸孔；球面；技術(shù)

1 概述

轉(zhuǎn)輪體是水利發(fā)電[1]的核心部件，它是利用水流的動(dòng)能和勢(shì)能通過(guò)主軸傳送到發(fā)電機(jī)端，從而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電的。由于其體積龐大，加工技術(shù)要求精度高，因此在吊運(yùn)、裝 、立車加工、鏜孔、大尺寸測(cè)量過(guò)程中均存在諸多難點(diǎn)，通過(guò)本人對(duì)葛洲壩轉(zhuǎn)輪體加工的全程跟蹤從中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，作以下簡(jiǎn)介。

2 產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)及主要研究?jī)?nèi)容

轉(zhuǎn)輪體加工的最大直徑達(dá)Φ3910mm、最大高度3370mm，轉(zhuǎn)輪體凈重高達(dá)116.2t。與轉(zhuǎn)輪體裝配的軸孔直徑為Φ1450mm，裝配葉片的數(shù)量為5片。

文章主要研究?jī)?nèi)容：①轉(zhuǎn)輪體堆焊合金球面、裝配葉片軸孔及重要孔的加工（如把合面螺孔、定位銷孔、吊裝孔的加工）；②球面外徑的測(cè)量；③吊運(yùn)與翻身方案；④加工刀具和測(cè)量?jī)x器的選擇。

3 轉(zhuǎn)輪體立車工序研究

3.1 主軸孔尺寸參數(shù)

由于轉(zhuǎn)輪體噸位重、外型尺寸大，圖紙要求活塞孔與主軸孔的同軸度為0.06mm，內(nèi)止口與內(nèi)部平面的垂直度為0.05mm，上平面的平面度為0.04mm，各軸孔加工精度要求高。立車加工要考慮刀具的長(zhǎng)度、加工表面質(zhì)量、減少裝 次數(shù)、加工尺寸的測(cè)量等問(wèn)題，外圓球面的加工也要保證圖紙的技術(shù)要求。根據(jù)轉(zhuǎn)輪體實(shí)際尺寸，我公司選用數(shù)控雙柱8m立式車床，機(jī)床最大車削直徑為8000mm，最大加工高度6m，最大承重量為200t。

3.2 堆焊合金球面加工

此表面采用先粗加工留10mm余量熱處理后直接加工到圖紙尺寸的加工方法。粗加工留量尺寸能保證熱處理要求和精加工尺寸。由于加工后的球面表面需要堆焊合金，原來(lái)堆焊合金過(guò)程中多次出現(xiàn)尺寸不準(zhǔn)確或尺寸精度超差等問(wèn)題。為了保證堆焊合金面的尺寸準(zhǔn)確，現(xiàn)采用在粗加工轉(zhuǎn)輪體堆焊合金球面時(shí)在上部外表面加工堆焊基準(zhǔn)面作為堆焊基準(zhǔn)。

轉(zhuǎn)輪體加工5個(gè)葉片軸孔時(shí)為了保證軸孔位置尺寸，在立車粗加工時(shí)在堆焊合金球面外面表面刻一道基準(zhǔn)線來(lái)保證葉片軸孔中心線在同一平面上，從而保證葉片受力均勻。

3.3 主軸孔加工

轉(zhuǎn)輪體總高度為3370mm，主軸孔為（？椎890H6■■），轉(zhuǎn)輪體活塞軸孔與主軸孔同軸度為0.04mm、內(nèi)孔的粗糙度為1.6，轉(zhuǎn)輪體活塞軸孔上平面的平面度為0.04mm、圓跳動(dòng)為0.05mm。原來(lái)立車加工主軸孔是一次裝卡加工完成，但由于刀桿伸出太長(zhǎng)剛性不足導(dǎo)致加工下半軸孔加工表面的精度難以保證，只能采取二次拋光的方法，影響了加工效率。經(jīng)過(guò)多次研究現(xiàn)采用兩次裝 加工主軸孔和活塞軸孔。討論后對(duì)下半軸孔進(jìn)行掉個(gè)加工，已加工好的主軸孔中心線為軸向加工基準(zhǔn)，以轉(zhuǎn)輪體已加工的上平面為水平方向加工基準(zhǔn)，按照?qǐng)D紙尺寸要求確定加工切削參數(shù)。用更改后的兩次裝 加工主軸孔的方法加工，不僅解決了由于一次加工刀桿伸出過(guò)長(zhǎng)造成的加工表面精度低的問(wèn)題，而且提高了加工效率，現(xiàn)此加工方法已經(jīng)完全達(dá)到圖紙要求，保證了加工表面質(zhì)量。另外在主軸孔加工時(shí)，我們采用的是機(jī)夾刀，刀片為SCMT 380932-XH 4235（粗車）、SNMG 250924-HM 4225（精車）硬質(zhì)合金刀片[2]，不僅保證了加工表面質(zhì)量，而且提高了加工效率。

4 轉(zhuǎn)輪體鏜床工序研究

4.1 葉片軸孔尺寸參數(shù)

轉(zhuǎn)輪體上面葉片軸孔共有5個(gè)，按72°均勻分布 ，大小軸孔分別為（Φ1450H7■■）、（Φ640H7■■），大小軸孔同軸度要求為0.04mm，葉片軸孔與主軸孔垂直度要求為0.04mm。根據(jù)轉(zhuǎn)輪體葉片軸孔的實(shí)際加工要求，為確保其加工精度，我公司采用數(shù)控260落地銑鏜床加工葉片軸孔，數(shù)控龍門銑鏜床加工吊裝絲孔。數(shù)控260銑鏜床，鏜軸直徑為260mm，X軸最大進(jìn)給量為14000mm，Y軸最大進(jìn)給量為5000mm，Z軸最大進(jìn)給量為1200mm，W軸最大伸長(zhǎng)量為1200mm，能夠充分滿足轉(zhuǎn)輪體葉片軸孔精加工要求。

4.2 吊裝孔改進(jìn)研究

由于大型轉(zhuǎn)輪體精加工表面質(zhì)量需要保證，吊裝與翻身是一直以來(lái)的工藝難點(diǎn)。原先在轉(zhuǎn)輪體的上下兩端面都需要加工工藝吊裝孔，增大了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，多次翻身容易造成轉(zhuǎn)輪體外表面劃傷，影響加工表面質(zhì)量?，F(xiàn)采用在立車粗加工后通過(guò)數(shù)控龍門銑鏜床上加工一側(cè)吊裝絲孔，原螺紋尺寸為M160為確保其精加工尺寸和載重力先將吊裝孔加工到M120用于吊運(yùn)，不但節(jié)省了加工工時(shí)，而且減少了翻身次數(shù)，減少工作量，從而確保了加工表面質(zhì)量。

4.3 葉片軸孔加工

根據(jù)軸流式水輪機(jī)的實(shí)際運(yùn)行情況分析，轉(zhuǎn)輪體葉片軸孔的尺寸直接影響著轉(zhuǎn)輪體的受力情況，因此葉片軸孔的加工是整個(gè)轉(zhuǎn)輪體加工的重點(diǎn)。首先，每個(gè)葉片軸孔中心線必須保持一致，這樣才能保證葉片的受力大小一致。其次，要保證葉片軸孔的中心線與堆焊合金外圓球面的水平最高點(diǎn)平面水平一致，以此保證葉片與轉(zhuǎn)輪體的間隙一致。

4.3.1 葉片軸孔加工

由于葉片軸孔形位公差要求嚴(yán)格表面粗糙度要求高，因此我們采用粗鏜（留5mm余量）→半精鏜（留2mm余量）→精鏜的工藝流程。半精加工時(shí)先對(duì)一個(gè)孔進(jìn)行半精鏜，然后使用激光跟蹤儀測(cè)量孔形位公差，滿足公差要求后對(duì)相鄰的第二個(gè)孔進(jìn)行半精鏜確保角度尺寸為72°。以上兩孔滿足要求后對(duì)其余三個(gè)孔進(jìn)行半精鏜。最后，對(duì)所有軸孔及密封槽進(jìn)行精鏜。鏜序加工原采用槽銑刀盤走程序加工，不但效率低而且表面質(zhì)量不好，現(xiàn)采用橋式微調(diào)鏜刀，刀片采用TCMT16T308 HQ PV7025金屬陶瓷刀，提高了加工效率及表面質(zhì)量。 在進(jìn)行葉片軸孔加工時(shí)，我們?cè)谵D(zhuǎn)輪體內(nèi)腔球面加工出基準(zhǔn)帶，在精整處理時(shí)以此為打磨基準(zhǔn)，提高了腔體內(nèi)部的毛坯表面質(zhì)量。

4.3.2 螺紋孔加工

轉(zhuǎn)輪體螺紋絲孔尺寸分別為24-M160×4、32-M48、32-M20、16-M16。螺紋孔在數(shù)控龍門銑鏜床上進(jìn)行加工，原采用旋風(fēng)銑刀加工，刀具損耗大工作效率低，現(xiàn)在改用螺紋銑刀加工不但效率大幅提高，而且刀片基本沒(méi)磨損。

5 轉(zhuǎn)輪體加工測(cè)量問(wèn)題

加工中的測(cè)量問(wèn)題也是大型轉(zhuǎn)輪體加工技術(shù)的難點(diǎn)。我公司原采用多重間接測(cè)量的方法如π尺測(cè)量、內(nèi)徑千分尺間接測(cè)量，但根據(jù)轉(zhuǎn)輪體的尺寸公差、形位公差要求?，F(xiàn)通過(guò)床檢及相關(guān)測(cè)量一起對(duì)轉(zhuǎn)輪體各部位進(jìn)行尺寸公差的測(cè)量，采用激光跟蹤儀對(duì)轉(zhuǎn)輪體各部位的形位公差進(jìn)行測(cè)量。

6 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)葛洲壩軸流式水輪機(jī)組轉(zhuǎn)輪體的機(jī)械加工，我公司全面掌握了大型水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪體機(jī)械加工的核心技術(shù)。轉(zhuǎn)輪體加工技術(shù)的創(chuàng)新，對(duì)提高加工質(zhì)量、加工效率和降低工具費(fèi)用經(jīng)濟(jì)效益顯著。轉(zhuǎn)輪體的加工成功給我公司創(chuàng)造了新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，以后會(huì)為企業(yè)創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1]鄭源.水輪機(jī)[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，2011.

[2]林艷華.機(jī)械加工工藝規(guī)程設(shè)計(jì)[M].北京.化學(xué)工業(yè)出版社，2012.endprint