高中壓外缸開檔加工控制方案探討

熊運龍，張世國

(東方汽輪機有限公司，四川 德陽，618000)

高中壓外缸開檔加工控制方案探討

熊運龍，張世國

(東方汽輪機有限公司，四川 德陽，618000)

文章對火電汽輪機高中壓外缸龍門銑開檔加工上下半的錯位控制方式進行了探討，在加工經驗總結及數(shù)據(jù)收集基礎上對比分析，提出了不預合缸按經驗值加工準的控制方案，并給出了實踐中的一些注意事項，以期在保證質量受控的同時提升加工效率。

開檔，錯位，經驗值

Abstract：This paper discusses the ways to control the dislocations of the HIP outer casing's axial locating surface when machining on longmen milling machine．Based on the processing experience and data collection as well as analysis,the paper puts forward the way of controlling dislocation by empirical value．It also gives some important notes which need extra attention in the producing process．It improves the processing efficiency while guaranteeing the quality．

Key words：axial locating surface,dislocation,empirical value

1 產品概述及加工要求

汽缸是將汽輪機通流部分與大氣隔開，保證蒸汽在其內完成做功的透平部件，是高壓模塊中最重要的靜子部件之一。15萬及以上等級機組，高中壓汽缸多采用內外雙層缸結構。高中壓外缸作為支撐內缸、汽封體及隔板套的大型靜子部件，其開檔尺寸的準確性及上下半錯位，直接關系到內腔部件的定位準確、蒸汽密封損失及系統(tǒng)運行穩(wěn)定性，對保證機組安全運行和經濟性達標發(fā)揮著重要的作用。

高中壓外缸為上下半連接件，軸向開檔尺寸定位公差一般為±（0．05～0．13） mm， 開檔上下半錯位 要求在 0．05 mm 內 ， 粗糙 度 Ra1．6 或 Ra3．2，（見圖1）。依據(jù)產品工作狀態(tài)與加工狀態(tài)支撐方式盡可能一致的原則，高中壓外缸內腔開檔采用水平工位加工的工藝方案。按照目前的設備配置，采用大型數(shù)控龍門銑，上下半單獨加工，單獨對上下半汽缸的軸向尺寸進行控制。但由于加工時上半汽缸水平中分面朝上，這與其工作狀態(tài)下是不一致的，自重和狀態(tài)的差異導致尺寸變化的恒定性、可控性較差，這就給開檔尺寸及錯位控制，帶來了一定難度。

圖1 某35萬汽缸外形圖

2 預合缸加工方式及優(yōu)缺點

高中壓外缸一般是鉻鉬類鑄鋼件，剛性好。但長度長，前后支撐位置跨距大 （約4 000～5 000 mm），自重大（約20～50 t），不可避免地存在一定撓度。工件加工時中分面向上，支撐在背部前后貓爪位置，在重力作用下，汽缸中部向下墜，兩側開檔往中間收，開檔總長變短。反之，汽缸中分面向下時，類似于四點支撐在中分面位置，兩側開檔有向兩端擴的趨勢，開檔總長變長。對外缸下半，加工狀態(tài)與裝配狀態(tài)均為中分面向上，加工得到的開檔數(shù)據(jù)即為裝配實際數(shù)據(jù)。對外缸上半，加工時中分面向上，裝配時中分面向下，若加工時按下半數(shù)據(jù)一致加工，扣合時，必然會出現(xiàn)上半變長，開檔錯位的情況，見圖2～3。

圖2 中分面向上，開檔變形趨勢

圖3 中分面向下，開檔變形趨勢

既然汽缸上半不可避免的加工與裝配狀態(tài)不一致，那么加工時可以模擬出其裝配狀態(tài)，將其變形量帶入加工去量中。比如采取圖4的加工方式：下半開檔按圖紙加工準，上半開檔單邊留約0．5 mm余量。預合缸，得到裝配扣合狀態(tài)，測出上下半開檔錯位數(shù)據(jù)，再按錯位量確定上半加工去除量，加工準上半開檔。

圖4 預合缸開檔加工流程

此種方式，通過下半保證了開檔定位尺寸準確，通過預合缸控制了上下半開檔錯位，只要錯位數(shù)據(jù)測量準確，加工時對刀、上刀無誤，就能有效控制高中壓外缸開檔尺寸與錯位。在保證開檔加工質量及減少二次返修上，優(yōu)點是明顯的，但仍存在一些效率及質量上的問題。

（1）龍門銑預合缸對高價值設備的占用。合缸包括預合缸是對汽缸狀態(tài)有要求的一個工序。汽缸下半應支撐穩(wěn)固，水平找正在0．05 mm內。下半內圓開檔加工準后，正處于這一狀態(tài)。且上下半的加工資源與生產進度協(xié)調，也要求預合缸借用下半在龍門銑已找正后的狀態(tài)，即在龍門銑完成預合缸。整個合缸過程，包括上半汽缸翻身轉運，上下半汽缸鐵屑毛刺清理，汽缸推正，開檔錯位數(shù)據(jù)收集，需占用龍門銑人員及設備約8 h時間。

（2）汽缸上半重復上活找正。高中壓外缸上半開檔半精加工后，翻身與下半完成預合缸，繼續(xù)進行精加工，需要再次裝夾找正。作為汽缸這種復雜加工部件，需要支撐穩(wěn)固，找回原水平與左右狀態(tài)，至少需要龍門銑3 h時間。

（3）吊裝與推缸對汽缸質量的影響。大件的起吊與翻身過程，本身就存在一定的安全與質量風險。預合缸增加了汽缸上半的二次起吊與翻身。且在龍門銑推缸，沒有深坑類似的臺位，人員操作不便，反復推缸，增加了中分面拉毛劃傷風險。

鑒于以上質量及效率方面因素，需要在工藝方案上優(yōu)化與改進，來降低精加工面損傷的質量風險及關鍵大件資源占用的效益損失。

3 不預合缸的加工方式的提出

3.1 原理及流程

汽缸在單半加工與上下半自由扣合狀態(tài)下，僅受重力作用，類似于兩端固定的梁結構，產生撓性變形。對同一種缸型，在預合缸測得的錯位數(shù)據(jù)中，應該是基本一致的。即高中壓外缸上半翻身扣合后，高壓汽封總會 “長”一定值，中壓汽封總會 “長”一定值。利用這一規(guī)律，可以將加工的高中壓外缸進行分類，確定上下半合缸開檔錯位的經驗值。加工時，下半按圖加工準，上半開檔按經驗值加工短，見圖5。合缸時，上半變“長”，則上下半開檔重合，達到了控制開檔尺寸及錯位的目的，同時減少了翻身預合缸及二次找正。

圖5 不預合缸開檔加工流程

3.2 試驗驗證

為驗證這一理論的正確性，選取某35萬高中壓外缸，進行工藝試驗如下：先搜集3臺份汽缸預合缸的錯位數(shù)據(jù)，驗證經驗值的準確性與恒定性；再按經驗值不預合缸，試加工3臺份，探索過程控制要素。

（1）錯位數(shù)據(jù)搜集。在下半汽缸內圓開檔加工準，上半汽缸僅定位環(huán)加工準，作為合缸基準，其余開檔單邊留量0.5 mm基礎上，預合缸測得錯位數(shù)據(jù)。統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，3個臺份汽缸，高壓汽封內端面錯位恒定在0.35 mm，中壓汽封開檔內端面錯位恒定在0.3 mm，誤差0.05 mm內。即可以將經驗值確定在高壓0.15 mm，中壓0.2 mm。

（2）過程控制要素。在不預合缸按經驗值加工準開檔的流程中，影響開檔錯位的因素主要有以下4個方面。

（a）撓性變形經驗值的準確性是不預合缸加工的基礎。在前面的數(shù)據(jù)搜集中，可以暫時確定此35萬汽缸加工經驗值是準確的。后續(xù)實際加工流程中，根據(jù)深坑合缸數(shù)據(jù)反饋，可跟隨調整。

（b）加工基準統(tǒng)一。下半汽缸尺寸確定了與圖紙尺寸的符合，因此下半所有開檔是先加工準的；上下半尺寸的對應，需要統(tǒng)一基準，按圖紙尺寸標注，可以選取定位環(huán)定位面，因此上半汽缸定位環(huán)也需先加工準。

（c）數(shù)據(jù)測量準確性。數(shù)據(jù)測量即上下半分別用百分表打開檔到定位環(huán)的定位尺寸，按經驗數(shù)據(jù)控制差值。首先開檔數(shù)據(jù)測量，上下半需在同一狀態(tài)進行。工件處于壓緊狀態(tài)，松活后，應力釋放，開檔數(shù)據(jù)會有變化，有時可能達到約±0.05 mm。但上下半變形是一致的，及上下半處于同一壓緊或自由狀態(tài)，數(shù)據(jù)是對應一致的。其次龍門銑開檔數(shù)據(jù)測量，需反映出左右差值。由于附件、刀具磨損等多方面因素影響，開檔左右數(shù)據(jù)有時不是完全一致的，應反映在數(shù)據(jù)統(tǒng)計中?？梢宰鰧Ｓ玫挠涗浛ㄟM行控制。最后精加工上刀后，應再次復查尺寸，檢查上刀是否準確。

（d）機床因素的影響。為排除機床不同的影響，上下半汽缸可以在同1臺龍門銑加工。理論上，在機床精度范圍內，上下半汽缸在不同機床打出來的數(shù)據(jù)是基本一樣的。出現(xiàn)不一致的原因在于機床校準修正后，精度降低情況不一致。若要將經驗值推廣到不同機床應用，生產安排時可以將機床按精度等級分類。各自精度類型龍門銑，分別加工1套汽缸的上下半，在實踐中也可以滿足精度需求。

按新的上下半分開加工的工藝流程，在深坑合缸工序進行驗證，得到數(shù)據(jù)見表1。

表1 開檔加工及合缸錯位數(shù)據(jù)單位：mm

可以看出，此類35萬高中壓外缸，按經驗值0.15 mm/0.2 mm不預合缸，直接加工準上下半開檔，可以有效控制開檔尺寸及錯位。下一步，需要將其推廣到其他缸型。

4 汽缸類型劃分與經驗值確定

4.1 汽缸分型

汽缸在重力作用下產生撓性變形。變形的大小，與汽缸重量與總長、開檔分布、管口布置等3個方面有關。

（1）汽缸重量越大，受重力越大?？傞L越長，支撐點間距相應增大。汽缸撓性變形越大，開檔錯位量越大。

（2）開檔級數(shù)多少及分布情況。越遠離定位環(huán)，即在前后汽封檔，尺寸變化越大?？拷ㄎ画h(huán)的隔板套槽子或凸肩，離重心近，尺寸變化較小。且相應開檔圓直徑大，處于汽缸外形回轉的主體部分，剛性好，變形小。

（3）管口多少則影響了汽缸的剛性。比如某些66萬分缸結構的高壓外缸上半，背部僅1只管口，汽缸剛性好，相應開檔變形小，一般在0.05 mm內。

按這3個方面不同，把常加工的汽缸區(qū)分為如下6個類型 （見表2）。

表2 常見汽缸分型

4.2 初始經驗值獲得及使用中注意事項

按汽缸類型不同，在加工中搜集數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，可以得到不同汽缸的經驗值。初始經驗值一般采取首臺獲得、二臺驗證、三臺優(yōu)化確認的方式。即對無明顯類似結構參考或未積累到經驗值的新缸型，首臺機組采用預合缸加工方式，測出錯位量，作為后續(xù)加工的經驗值使用。第二臺機組可以不預合缸，分別加工準上下半開檔 （下半按圖紙加工準，機床打出開檔實際尺寸，上半按經驗值比下半加工 “短”），在鉗工深坑合缸時驗證經驗值的準確性。若經驗值有偏差，按偏差進行修正，在第三臺機組上進一步驗證優(yōu)化，直至得出此類汽缸加工的成熟經驗數(shù)據(jù)。

值得一提的是，經驗值統(tǒng)計或使用過程中，需保證數(shù)據(jù)的準確性?？梢詮囊韵聨追矫鎭砜刂疲?/p>

（1）控制上下半開檔數(shù)據(jù)測量的準確性。數(shù)據(jù)準確性無論是在經驗值確定還是使用中，都是錯位控制的基礎。注意不在汽缸受切向頂正力狀態(tài)壓活，避免松活、壓緊狀態(tài)汽缸尺寸變化大。還可以采取尺寸記錄卡類似文件控制尺寸的準確性、規(guī)范性與完整性。

（2）開檔數(shù)據(jù)統(tǒng)計是一個長期的過程，即使是成熟的機組，也應做好開檔定位尺寸及左右差值的記錄，以用做經驗值驗證優(yōu)化及開檔出現(xiàn)錯位時的數(shù)據(jù)復查及原因分析。

（3）對高、中壓內外缸合缸的單層缸結構，雖然此類缸一般剛性更好，開檔變形小，但開檔級數(shù)較多，難以一一控制，建議預合缸測錯位量加工。

（4）鉗工深坑合缸時，支撐狀態(tài)需與龍門銑保證一致。即下半支撐在貓爪位置，貓爪有臺階的汽缸支撐在與中分面平行的貓爪面上。且應注意支撐實在，無虛接觸。

（5）前面分析主要是針對高中壓外缸前后汽封檔變化情況。在長期的數(shù)據(jù)搜集中發(fā)現(xiàn)，常加工的15～60萬汽缸結構，隔板套槽子或凸肩，開檔尺寸變化不大， 約 0～0．03 mm， 一般不超過 0．05 mm。故加工中可以按經驗值，上半適當加工短即可。

通過2014～2016年，統(tǒng)計得到部分缸型開檔經驗值見表3（前后汽封數(shù)據(jù)即上半加工時比下半“短” 的值）。

表3 常見汽缸開檔控制錯位經驗值

5 加工效果對比

通過以上分析，將高中壓外缸2種開檔控制方式對比，結果如表4所示。

表4 加工效果對比

對比發(fā)現(xiàn)，在同樣滿足汽缸開檔定位尺寸準確、錯位受控的情況下，按成熟經驗值加工，可有效減少龍門銑加工時間，降低中分面拉傷的質量風險，提高加工效率。

6 結束語

本文通過對常規(guī)高中壓外缸結構特點與變形趨勢進行分析，總結了預合缸開檔錯位控制方式的優(yōu)劣。在經驗數(shù)據(jù)收集與規(guī)律總結的基礎上，提出了不預合缸，按開檔錯位經驗值一次加工準上下半開檔尺寸的方案，并提出了過程控制點，在實踐中進行了驗證。高中壓外缸按經驗值直接加工準的開檔控制方案，為開檔控制提供了一種新的有效方法。在保證汽缸開檔尺寸及錯位受控的基礎上，還提高了加工效率，為類似結構部件的加工提供了參考。

Discussion on Controlling Dislocations of HIP Outer Casing's Axial Locating Surface

Xiong Yunlong，Zhang Shiguo
（Dongfang Turbine Co.,Ltd.,Deyang Sichuan,618000）

TK266

B

1674-9987（2017）03-0033-05

10．13808/j．cnki．issn1674-9987．2017．03．008

熊運龍 （1988-），男，工學學士，工程師，畢業(yè)于重慶大學機械設計制造及自動化專業(yè)，現(xiàn)從事汽輪機靜子部件加工工藝工作。