薄壁類(lèi)零件機(jī)械加工工藝研究

劉濱

（哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司工藝處，哈爾濱150046）

0 引言

當(dāng)今我國(guó)發(fā)電行業(yè)迅猛發(fā)展，日新月異，各種各樣的新型機(jī)組層出不窮。燃機(jī)、聯(lián)合循環(huán)、空冷、超臨界、超超臨界的機(jī)型已經(jīng)廣泛應(yīng)用。薄壁類(lèi)零件以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低等特點(diǎn)受到廣大設(shè)計(jì)者的喜愛(ài)，現(xiàn)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用到汽輪機(jī)中。因此，對(duì)薄壁類(lèi)零件的機(jī)械加工工藝進(jìn)行研究尤為重要。

1 薄壁類(lèi)零件加工中問(wèn)題分析

薄壁類(lèi)零件與其它類(lèi)零件在機(jī)械制造中主要區(qū)別是，薄壁零件加工時(shí)易產(chǎn)生變形。變形將導(dǎo)致零件的尺寸公差、形位公差超出設(shè)計(jì)值范圍，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致零件報(bào)廢。產(chǎn)生零件變形的主要原因有：

1）焊接變形。薄壁類(lèi)零件大多為鋼板焊接件，在裝焊過(guò)程中，因焊接應(yīng)力沒(méi)有完全消除，在后續(xù)工序中殘留應(yīng)力釋放，導(dǎo)致零件變形。

2）裝夾變形。薄壁類(lèi)零件從毛坯變成產(chǎn)品，需要多道工序的加工，每一次的加工都涉及到零件的裝夾，不合理的裝夾方式也是零件產(chǎn)生變形的主要因素。

3）加工變形。在加工過(guò)程中，刀具會(huì)對(duì)零件產(chǎn)生加工應(yīng)力，局部應(yīng)力集中，將影響工件力學(xué)性能。內(nèi)應(yīng)力釋放后，導(dǎo)致工件變形，產(chǎn)生尺寸偏差。

4）其它變形。在汽輪機(jī)制造行業(yè)中，大部分的薄壁類(lèi)零件會(huì)作為汽缸類(lèi)或密封類(lèi)零件使用，因此，此類(lèi)零件在出廠前還要進(jìn)行密封性的壓力試驗(yàn)檢查，壓力試驗(yàn)也是使零件產(chǎn)生變形的主要原因之一。

2 工藝方案的研究

薄壁類(lèi)零件在汽輪機(jī)行業(yè)制造中多用于壓力及溫度較低的地方，多用于低壓部分。圖1是某機(jī)組的低壓汽缸，它的組成結(jié)構(gòu)主要包括鑄造內(nèi)殼和外部焊接鋼板，其中鑄造內(nèi)殼壁厚最薄處是20mm，焊接鋼板厚度是15mm，產(chǎn)品在精加工后，還要進(jìn)行0.8 MPa的水壓試驗(yàn)，它是典型的薄壁汽缸類(lèi)型零件。

首先分析圖中零件的重要關(guān)鍵位置是：內(nèi)、外殼體間安裝導(dǎo)葉片凹槽的尺寸公差和平行度要求；大小法蘭端面的尺寸公差和位置度要求。這些部位不但加工精度要求高，而且還易產(chǎn)生變形，采用常規(guī)的汽缸加工方法肯定是不合適的。經(jīng)過(guò)討論研究，制定的加工工藝是：

1）汽缸裝焊、焊后進(jìn)行熱處理，消除焊接產(chǎn)生的應(yīng)力。

2）劃尺寸線，均勻各檔余量，銑準(zhǔn)汽缸上下半水平中分面尺寸，鉆水平中分面的光孔。

3）合并汽缸上、下半，預(yù)鉆、鉸水平中分面的銷(xiāo)孔，留2 mm余量，預(yù)鉆鉸銷(xiāo)孔主要是為了彌補(bǔ)汽缸變形造成的汽缸錯(cuò)牙。

4）粗車(chē)。粗車(chē)所有的開(kāi)檔和內(nèi)孔，單面留1 mm余量，粗車(chē)時(shí)要嚴(yán)格參照工藝給定的切削參數(shù)進(jìn)行加工，這里根據(jù)汽缸的材料和選用機(jī)床的性能，制定了切削參數(shù)：切削深度不小于2 mm，機(jī)床花盤(pán)轉(zhuǎn)速為2～4 r/min，進(jìn)給量0.10 mm/r。

5）拆開(kāi)上、下半汽缸，進(jìn)行時(shí)效。拆汽缸和時(shí)效的目的主要是消除零件在各工序中的加工應(yīng)力和裝夾應(yīng)力。

6）合并汽缸上、下半，將水平中分面銷(xiāo)孔擴(kuò)、鉸到圖紙尺寸。

7）精車(chē)。精車(chē)準(zhǔn)所有的開(kāi)檔和內(nèi)孔尺寸，導(dǎo)葉片凹槽不要加工，精車(chē)時(shí)要嚴(yán)格參照工藝給定的切削參數(shù)進(jìn)行加工，參數(shù)與粗車(chē)相同。導(dǎo)葉片凹槽不加工，主要是因?yàn)閷?dǎo)葉片與導(dǎo)葉片凹槽裝配尺寸非常小，總間隙僅僅在0.02 mm以內(nèi)，汽缸水壓試驗(yàn)的試驗(yàn)壓力是工作壓力的3倍左右，有微小的變形就會(huì)造成導(dǎo)葉片安裝不上。

8）汽缸水壓試驗(yàn)，注意保持最大壓力穩(wěn)定性，不要超壓產(chǎn)生變形。

9）車(chē)準(zhǔn)導(dǎo)葉片凹槽，切削參數(shù)與粗車(chē)相同。

10）清理、轉(zhuǎn)裝配。

以上的加工工藝與常規(guī)的汽缸加工工藝的區(qū)別是：a.工序中間增加了汽缸時(shí)效處理，有效地消除了工件在加工過(guò)程中產(chǎn)生的應(yīng)力；b.將工件的一次性精車(chē)分解成了3次，在粗車(chē)加工留有余量，有效地彌補(bǔ)了變形產(chǎn)生的尺寸變量；c.導(dǎo)葉片凹槽是整個(gè)工件中最重要的部分，將它移到泵水后進(jìn)行加工，避免了變形產(chǎn)生的尺寸偏差，對(duì)后續(xù)的裝配起到了保證作用。

3 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)檢測(cè)和試裝配，汽缸的加工精度和裝配尺寸完全滿足設(shè)計(jì)要求，全面滿足設(shè)計(jì)要求并達(dá)到質(zhì)量指標(biāo)，證明了工藝方法合理?，F(xiàn)在類(lèi)似的薄壁類(lèi)零件加工工藝都已經(jīng)進(jìn)行了固化，為薄壁類(lèi)零件在汽輪機(jī)行業(yè)中的廣泛應(yīng)用打下了良好的基礎(chǔ)。標(biāo)志著我公司此類(lèi)零件的加工水平上升了一個(gè)新的臺(tái)階，制造水平進(jìn)入一個(gè)嶄新的領(lǐng)域，具有至關(guān)重要的意義。