汽輪機(jī)高壓內(nèi)缸的制造工藝研究

徐雨光

摘 要：通過(guò)對(duì)高壓內(nèi)缸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工藝難點(diǎn)分析，在工藝方案、把合孔、銷(xiāo)孔、螺紋孔、水壓試驗(yàn)、葉根槽及管口等方面進(jìn)行了工藝優(yōu)化，解決了汽輪機(jī)內(nèi)缸加工過(guò)程中遇到的難點(diǎn)，并制定了相應(yīng)的整改措施，首件經(jīng)過(guò)客戶(hù)聯(lián)合檢查各項(xiàng)尺寸精度及行位公差均達(dá)到圖紙要求，總結(jié)出一套完整高效的汽輪機(jī)高壓內(nèi)缸加工技術(shù)，為以后加工類(lèi)似汽缸提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī) 銷(xiāo)孔 葉根槽 管口

中圖分類(lèi)號(hào)：TK262 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2019）01（c）-0059-02

筆者公司承接國(guó)外的汽輪機(jī)改造機(jī)組，其中高中壓內(nèi)缸相比國(guó)內(nèi)精度要求高，結(jié)構(gòu)緊湊。工藝方面要進(jìn)行合理優(yōu)化工序安排，控制變形量、保證各部形位公差，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

內(nèi)缸總高為2038mm，最大直徑為φ1936mm，最小直徑為φ638.4mm，上部重量為6t，下部重量為6.4t。內(nèi)腔有10個(gè)噴嘴槽和5個(gè)葉根槽，缸體壁厚較薄，容易變形，加工過(guò)程中需要控制。此種氣缸在該公司屬首次加工，缺乏加工經(jīng)驗(yàn)，工藝、程序、刀具、工裝具都需要從頭開(kāi)始摸索。

該文介紹了高壓內(nèi)缸的加工難點(diǎn)及針對(duì)這些難點(diǎn)進(jìn)行的工藝攻關(guān)。

1 加工難點(diǎn)及應(yīng)對(duì)措施

1.1 工藝方案的選用

缸體壁薄，立車(chē)序如果加工量過(guò)大，勢(shì)必引起精加工后變形，為此工藝增加一次半精車(chē)工序。整體工藝方案為：來(lái)料確認(rèn)→劃線分配余量→粗銑中分面→粗車(chē)內(nèi)腔各開(kāi)檔→消應(yīng)力處理→鉆中分面把合孔→精加工中分面→加工銷(xiāo)孔→上下半把合→精車(chē)內(nèi)腔開(kāi)檔→水壓試驗(yàn)→二次精車(chē)→加工管口、立鍵各部→清理交檢[1]。

1.2 中分面把合孔的加工

內(nèi)缸中分面把合孔一共有20個(gè)直徑分別為φ105mm、φ118mm、φ143mm。傳統(tǒng)工藝是先用高速鋼鉆頭鉆出底孔，然后用鏜刀將底孔逐級(jí)擴(kuò)大至要求尺寸。該工藝的缺點(diǎn)是切削效率低、刀具壽命短。為了縮短制造周期，我們采購(gòu)了肯納公司的新型大直徑可轉(zhuǎn)位復(fù)合鉆可將鉆、擴(kuò)工序改為一次完成。該復(fù)合鉆由定心鉆、切削頭和刀桿組成。定心鉆（材料為高速鋼）可在高速鉆孔時(shí)保證鉆削穩(wěn)定；切削頭由不對(duì)稱(chēng)的多刃可轉(zhuǎn)位刀片組成，選用凸三角形帶點(diǎn)式斷屑槽的可轉(zhuǎn)位刀片，可保證良好的強(qiáng)度和斷屑性能。為保證高速鉆削的穩(wěn)定性，在切削頭上還點(diǎn)焊有硬質(zhì)合金導(dǎo)向塊（這對(duì)加工通孔尤為重要）。大直徑可轉(zhuǎn)位復(fù)合鉆加工合金鋼材料的常用切削用量為：vc=60～80m/min，f=0.1～0.14mm/r。采用復(fù)合鉆既保證了內(nèi)孔質(zhì)量，又大大提高了加工效率，節(jié)省了近2/3工期。

1.3 定位銷(xiāo)孔的加工

傳統(tǒng)的加工合半銷(xiāo)孔的方法是將零件上下半把合后再進(jìn)行配鉆鉸。由于汽缸下半銷(xiāo)孔底部帶有螺紋，要求螺紋必須與銷(xiāo)孔同心，而且汽缸體積較大，同鉆鉸裝卡也很困難，因此該加工有一定的難度。此次研究人員改變加工方法，汽缸上下半在同一臺(tái)數(shù)控φ200鏜床上加工銷(xiāo)孔，全部由數(shù)控機(jī)床來(lái)保證各銷(xiāo)孔的位置精度。經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，采用新方法能夠滿(mǎn)足圖紙的各項(xiàng)技術(shù)要求，各銷(xiāo)孔的公差+0.025/0mm，實(shí)際把合時(shí)也很順利，這種加工方法不僅縮短了加工周期，也很好地保證了銷(xiāo)孔的位置精度和尺寸精度。

1.4 大直徑螺紋孔的加工

汽缸中分面螺紋孔的加工是加工技術(shù)中最困難的問(wèn)題之一。傳統(tǒng)加工方法一般使用開(kāi)有溝槽的絲錐。由于不同尺寸的螺紋需使用不同尺寸的絲錐，因此絲錐加工具有制造成本高、生產(chǎn)效率低，且主軸的偏擺常易引起振動(dòng)，容易使螺孔加工出現(xiàn)波紋、“雙眼皮”、螺紋通端不通止端通等現(xiàn)象[2]。此次螺紋加工利用數(shù)控機(jī)床三軸聯(lián)動(dòng)的特點(diǎn)，使用螺紋銑刀，對(duì)螺紋進(jìn)行銑削加工。螺紋銑刀在數(shù)控程序的控制下，在自身旋轉(zhuǎn)的同時(shí)作空間螺旋運(yùn)動(dòng)，X軸、Y軸控制螺紋的中經(jīng)，Z軸控制螺距，使刀尖在空間形成的軌跡與螺紋的螺旋面重合，進(jìn)而加工出完整的螺紋。在加工螺紋時(shí)，為了排屑順暢，提高齒面粗糙度，螺紋銑刀要從孔底部起刀，至螺紋孔頂部結(jié)束。一般加工螺紋分4刀完成，過(guò)程中和加工完成都要用螺紋塞規(guī)進(jìn)行檢查。

1.5 水壓試驗(yàn)

水壓試驗(yàn)是檢測(cè)缸體承受壓力的能力，是缸體制造環(huán)節(jié)中重要的一環(huán)。水壓試驗(yàn)需要水壓試驗(yàn)圖（包含腔室的劃分及各腔室試驗(yàn)壓力）、中分面螺栓信息（螺栓規(guī)格、數(shù)量、安裝位置及預(yù)緊伸長(zhǎng)量）、水壓試驗(yàn)規(guī)程和試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。

該高壓內(nèi)缸分為兩個(gè)腔室，壓力要求分別為11.5MPa和5.2MPa，保壓時(shí)間為10min，水平中分面及法蘭不得從兩側(cè)向外泄漏。水壓試驗(yàn)一共進(jìn)行了3次，最終達(dá)到試驗(yàn)要求。過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題第一次是中分面向外滲水。問(wèn)題的原因是螺栓的熱緊順序問(wèn)題，操作者為了方便，熱緊時(shí)一側(cè)熱緊后再進(jìn)行另一側(cè)，導(dǎo)致把緊力不夠，中分面向外滲水。正確的熱緊順序是以中間向兩邊，兩側(cè)同時(shí)進(jìn)行。第二次是串腔，高壓腔室保不住壓。經(jīng)過(guò)拆半后查找原因是安裝隔板時(shí)將密封條碰傷，導(dǎo)致兩個(gè)腔室密封不住。通過(guò)改進(jìn)在第三次試驗(yàn)時(shí)順利通過(guò)。

1.6 T型葉根槽的加工

該汽缸的葉根槽規(guī)格有3種，葉根槽內(nèi)孔直徑及型線尺寸跨度大，定位面行位精度要求不大于0.025mm，葉根槽最小寬度僅為9.6mm，最小加工直徑為φ638.4mm，為了應(yīng)對(duì)該型線結(jié)構(gòu)、加工尺寸及精度的要求，我們利用線切割根據(jù)不同槽型，制作不同的刀具。具體加工時(shí)分為7個(gè)工步：（1）粗車(chē)圓弧槽；（2）粗車(chē)槽底半圓??；（3）半精車(chē)軸向開(kāi)檔；（4）精車(chē)槽底；（5）精車(chē)槽底半圓弧；（6）精車(chē)上彎槽；（7）精車(chē)下彎槽。

T型槽上、下彎槽選用自制的方刃彎頭車(chē)刀，事先測(cè)量好刃口寬度進(jìn)行編程，在數(shù)控程序中設(shè)定補(bǔ)償值。立車(chē)操作者對(duì)刀要仔細(xì)，過(guò)程中為了保證加工面的粗糙度要及時(shí)清理鐵屑。

1.7 高壓進(jìn)汽管口的加工

高壓進(jìn)汽管口最小直徑為φ260.35mm，最大直徑為φ273.45mm，管口深度為320mm，內(nèi)孔圓柱度要求0.01mm，尺寸精度H6。由于尺寸精度、行位公差及表面粗糙度要求都極為嚴(yán)格，管口的加工也是汽缸加工難點(diǎn)之一。在數(shù)控200鏜床上，利用數(shù)控平旋盤(pán)加工。具體加工工步如下：（1）先精銑管口端面，按圖紙尺寸加工準(zhǔn)；（2）粗銑密封內(nèi)孔及底面，單邊留1mm余量；（3）精細(xì)最內(nèi)側(cè)內(nèi)孔及端面，按圖紙加工準(zhǔn)；（4）利用三面刃槽銑刀盤(pán)加工密封槽，單邊留1mm余量；（5）利用平旋盤(pán)精鏜三處R2.5空刀槽。首先半精鏜環(huán)槽軸向端面，單邊留0.2mm余量。再加工軸向讓0.3mm，精鏜R2.5徑向空刀，達(dá)圖。最后再精鏜環(huán)槽軸向端面，達(dá)圖；（6）加工密封槽底，按圖紙尺寸加工準(zhǔn)；（7）利用橋式精鏜刀精鏜內(nèi)孔，按圖紙尺寸加工準(zhǔn)；（8）加工各部倒角，按圖紙尺寸加工準(zhǔn)[3]。

經(jīng)過(guò)質(zhì)保部自檢、與客戶(hù)聯(lián)檢，高壓內(nèi)缸各項(xiàng)精度均達(dá)到圖紙要求，成功實(shí)現(xiàn)了首套高壓內(nèi)缸零件的試制。

2 結(jié)語(yǔ)

該文在對(duì)汽輪機(jī)高壓內(nèi)缸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工藝難點(diǎn)的分析的基礎(chǔ)上，通過(guò)實(shí)際的生產(chǎn)運(yùn)用，解決了汽輪機(jī)高壓內(nèi)缸生產(chǎn)制造過(guò)程中的技術(shù)問(wèn)題，總結(jié)了一套完整、高效的加工技術(shù)方案，為以后筆者公司加工類(lèi)似缸體留下了寶貴經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)也為公司創(chuàng)造了新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 王莉莉.新型300MW、600MW機(jī)組高壓內(nèi)缸工藝研究[J].機(jī)械工程師，2016（3）：225-226.

[2] 彭家元.汽輪機(jī)汽缸螺紋數(shù)控銑削加工[J].金屬加工，2010（3）：29-32.

[3] 張海霖.加工大直徑孔的刀具[J].機(jī)械工藝師，2001（1）：36.