大型三瓣式下環(huán)的加工制造

廖俊寧 蒙 波 劉 蕾 廖世超

(二重(德陽(yáng))重型裝備有限公司，四川618013)

1 產(chǎn)品簡(jiǎn)介

二重承接了某特大型百萬(wàn)千瓦級(jí)電站機(jī)組核心鑄件三瓣式下環(huán)若干套。下環(huán)直徑約為?10 m，凈重約為90 t，為特大三瓣式下環(huán)，該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較整體下環(huán)加工難度要大得多。如圖1所示。

圖1 某大型三瓣式下環(huán)Figure 1 A large three-petal lower ring

2 主要技術(shù)性能指標(biāo)

(1)水力型線(過(guò)流面)公差為±0.20 mm，粗糙度為Ra1.6 μm。

(2)分瓣面允許局部間隙和焊接鈍邊錯(cuò)牙≤1 mm，過(guò)流面不允許錯(cuò)牙。出廠前尺寸檢驗(yàn)時(shí)，需進(jìn)行分瓣面把合，并使用銷釘精確定位，以檢查分瓣面及過(guò)流面尺寸。分瓣面在工地組合，并用銷釘定位后把緊，不需矯正。

(3)保證三瓣式下環(huán)結(jié)合面α角度(見(jiàn)圖2)的準(zhǔn)確性。

3 技術(shù)重、難點(diǎn)分析

3.1 對(duì)于直徑>?8 m的大型下環(huán)，過(guò)流面型線公差±0.20 mm，粗糙度Ra1.6 μm是相當(dāng)高的要求，較原加工過(guò)的同類規(guī)格上冠、下環(huán)的過(guò)流面型線公差、粗糙度提高了一個(gè)精度等級(jí)，過(guò)流面加工是重點(diǎn)，也是難點(diǎn)。

3.2 三瓣式大型下環(huán)為國(guó)內(nèi)首次加工，精加后三瓣通過(guò)定位銷的組裝回對(duì)，并保證分瓣面的局部間隙和焊接鈍邊錯(cuò)牙≤1 mm，過(guò)流面不允許錯(cuò)牙是工藝重點(diǎn)和難點(diǎn)。

3.3 保證三瓣式下環(huán)α結(jié)合面。

圖2 三瓣式下環(huán)結(jié)合面α角Figure 2 α angle of joint surface of three-petal lower ring

4 加工工藝方案構(gòu)思及技術(shù)難點(diǎn)

4.1 工藝方案構(gòu)思

三瓣式大型下環(huán)，是公司第一次加工，下環(huán)是典型的大直徑薄壁不銹鋼零件，直徑約為?10 m，最薄處壁厚僅70.5 mm，過(guò)流面有±0.20 mm的尺寸公差要求，且為分瓣式結(jié)構(gòu)，工藝方案主要考慮消除各加工階段鑄件內(nèi)部應(yīng)力、控制變形，特別是精加工階段，工件內(nèi)部的組織應(yīng)力應(yīng)完全消除，并減小和消除加工應(yīng)力，因此，工藝方案分粗加工、半精加工、精加工，并穿插一次人工時(shí)效，三次自然時(shí)效。過(guò)流面精加工、下環(huán)支撐筋焊接變形控制校正、三瓣組裝為工序質(zhì)量控制點(diǎn)。

4.2 重點(diǎn)工序質(zhì)量控制點(diǎn)(風(fēng)控點(diǎn))

技術(shù)難點(diǎn)是重點(diǎn)工序質(zhì)量控制點(diǎn)(風(fēng)控點(diǎn))，主要有以下幾點(diǎn)：

(1)控制下環(huán)精加工過(guò)流面型線精度和表面粗糙度。

(2)保證三瓣組裝回對(duì)，結(jié)合面間隙和錯(cuò)邊。

(3)下環(huán)支撐筋焊接后，控制內(nèi)外圓變形量。

(4)保證三瓣式烏東德下環(huán)α結(jié)合面。

5 加工工藝方案

5.1 下環(huán)過(guò)流面型線精加工

下環(huán)過(guò)流面是轉(zhuǎn)輪最重要的水力流道表面，為3階樣條曲線，其型線的準(zhǔn)確性直接關(guān)系到轉(zhuǎn)輪的運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性和發(fā)電效率。下環(huán)過(guò)流面占下環(huán)表面積的50%左右。下環(huán)過(guò)流面精加工掌握3個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。

5.1.1 切削參數(shù)

下環(huán)過(guò)流面精加工中切削參數(shù)的選擇是加工成敗的關(guān)鍵之一，線速度選擇為v=100 m/min，精光刀ap=0.10 mm，進(jìn)給量為0.20 mm/r。

5.1.2 刀具選擇

下環(huán)過(guò)流面加工面積大，切削時(shí)間長(zhǎng)，精光刀平均為30 h～40 h，對(duì)刀具的耐磨性、紅硬性有較高要求，且刀具需鋒利，并具有一定的韌性，為此，精光刀選擇某型R8涂層圓刀片。

5.1.3 數(shù)控程序和機(jī)床基準(zhǔn)的確定

下環(huán)過(guò)流面為3階樣條曲線，為保證數(shù)控程序的絕對(duì)準(zhǔn)確，采用軟件編程，U盤(pán)拷入，加工前模擬驗(yàn)證。

下環(huán)Z基準(zhǔn)為大端端面，X基準(zhǔn)通過(guò)加工工藝基準(zhǔn)面設(shè)置，一般在卡盤(pán)中間適當(dāng)直徑位置，車(chē)出基準(zhǔn)圓，千分尺準(zhǔn)確測(cè)量直徑，作為X基準(zhǔn)，如圖3所示。

聯(lián)檢上冠、下環(huán)過(guò)流面型線偏差在±0.10 mm內(nèi)，粗糙度為Ra1.2 μm。

圖3 下環(huán)精加工X基準(zhǔn)設(shè)置Figure 3 X benchmark setting for lower ring finishing

5.2 三瓣式下環(huán)分瓣面間隙、錯(cuò)邊的工藝保證

(1)在精加工過(guò)程中，需保證三瓣式下環(huán)不錯(cuò)位，因加工過(guò)程受力比較復(fù)雜，為此，采用不銹鋼焊塊剛性聯(lián)接。

(2)在三瓣的焊接坡口均加工合格后，將下環(huán)上?12.5 m立車(chē)組裝回對(duì)，分瓣面間隙及錯(cuò)邊檢查合格后，將用定位銷、螺栓成組把合好的聯(lián)結(jié)法蘭焊接在下環(huán)上，自檢合格后聯(lián)檢。

經(jīng)以上工藝措施處理，分瓣面間隙及焊接坡口鈍邊錯(cuò)位在0.50 mm范圍內(nèi)(技術(shù)協(xié)議要求≤1 mm)，過(guò)流面沒(méi)有錯(cuò)邊。

5.3α結(jié)合面位置和角度的保證

烏東德下環(huán)為三瓣α拼接而成，必須保證每半的結(jié)合面位置和角度。

5.3.1 結(jié)合面位置的保證

在立車(chē)上精車(chē)后，實(shí)測(cè)大端外圓直徑值，記錄，報(bào)給技術(shù)組。根據(jù)大端外圓實(shí)測(cè)直徑在數(shù)控鏜上換算為弦長(zhǎng)，通過(guò)弦長(zhǎng)控制結(jié)合面位置。

5.3.2 結(jié)合面α角度的保證

大端朝下，數(shù)控鏜一次裝卡，用萬(wàn)向銑頭完成兩側(cè)α結(jié)合面的加工。首先，用800 mm×800 mm大理石檢驗(yàn)平尺，打表準(zhǔn)確找出α角，然后通過(guò)刻度將萬(wàn)向銑頭搬到α(粗略)，再以大理石檢驗(yàn)平尺為基準(zhǔn)，打表，精調(diào)萬(wàn)向銑頭到準(zhǔn)確的α。

6 結(jié)論

三瓣式大型下環(huán)為全新設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，通過(guò)以上工藝措施，解決了結(jié)合面間隙、錯(cuò)邊、過(guò)流面型線精度、表面粗糙度和變形等關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，產(chǎn)品加工后完全滿足圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求，并一次性通過(guò)三方聯(lián)檢。