大容量空冷發(fā)電機(jī)軸瓦制造工藝探討

戴樂帆

(上海電氣集團(tuán)上海電機(jī)廠有限公司，上海 200240)

0 引言

近期下游用戶質(zhì)量反饋情況顯示，Q5.263.807汽發(fā)軸瓦在用戶現(xiàn)場探傷不合格問題較為突出。經(jīng)查，Q5.263.807軸瓦去年經(jīng)設(shè)計人員進(jìn)行圖紙修改，將原有軸承合金澆鑄面平面結(jié)構(gòu)改為了鳩尾槽結(jié)構(gòu)，且依舊要求超聲波探傷檢測。然而，以往同類鳩尾槽結(jié)構(gòu)軸瓦并無超聲波探傷檢測要求，分廠仍沿用常規(guī)軸瓦加工和澆鑄工藝，是造成上述質(zhì)量問題的最主要原因。

主要介紹了結(jié)合Q5.263.807汽發(fā)軸瓦新結(jié)構(gòu)及上發(fā)廠質(zhì)量要求，采取從“原材料質(zhì)量控制-外協(xié)件質(zhì)量管理-現(xiàn)場過程控制-售后技術(shù)支持”系統(tǒng)地進(jìn)行工藝改進(jìn)情況。

1 毛坯加工外協(xié)方加工方法改進(jìn)

Q5.263.807軸瓦在后續(xù)金加工過程中時常出現(xiàn)一端面存在大面積密集鑄件缺陷現(xiàn)象。對如此多的缺陷進(jìn)行焊補處理，不僅拖延了生產(chǎn)周期，更重要的是將在軸瓦局部產(chǎn)生一定的應(yīng)力積聚，對澆鑄后的合金黏結(jié)質(zhì)量造成不良影響。

經(jīng)分析，毛坯加工的外協(xié)方并不了解Q5.263.807鑄件澆注的相關(guān)工藝，采用的金加工方式不當(dāng)，造成原本應(yīng)通過金加工除去的大量鑄造缺陷被保留在瓦體內(nèi)部。為此作出如下工藝加工方法改進(jìn)：

首先，在毛坯上如圖1所示，測量軸瓦兩端面間距為470 mm，并標(biāo)注冒口方向。

圖1 毛坯軸瓦

其次，對軸瓦毛坯去氫前粗加工作如下要求：如圖2所示，非冒口端面加工車削量為10 mm，然后加工冒口端面至要求尺寸。金加工時，現(xiàn)場追隨加工過程，確保金加工按上述技術(shù)要求，從而保證粗加工能夠去除鑄件冒口區(qū)域的大部分缺陷。

上述實驗驗證成功后，軸瓦端面未出現(xiàn)大面積密集鑄件缺陷現(xiàn)象。

最后，如圖3所示要求金加工方在非冒口端面留出一非加工端，這樣可直接測量其非冒口面加工量(約10 mm)，以檢驗是否按上述要求進(jìn)行加工的。

經(jīng)再次驗證，如圖4所示現(xiàn)場的Q5.263.807軸瓦非冒口端面均留出一段非加工端，證明外協(xié)方能有效執(zhí)行上述要求。

經(jīng)過上述改進(jìn)，Q5.263.807軸瓦端面密集性鑄件缺陷問題基本解決。

圖2 軸瓦粗加工

圖3 軸瓦粗加工后實物照片

圖4 粗加工后的軸瓦

2 增加高溫退火工藝

鑄造完成后的軸瓦毛坯需進(jìn)行去應(yīng)力退火處理[1]，退火溫度為900 ℃、保溫時間為7 h，通過高溫?zé)崽幚硗嘶鸬妮S瓦可以調(diào)整內(nèi)部組織、清除鑄造過程中產(chǎn)生的熱應(yīng)力。但對Q5.263.807軸瓦來料去應(yīng)力退火處理記錄及現(xiàn)場裝爐情況進(jìn)行抽查，卻發(fā)現(xiàn)其中存在不足，如圖5所示。為保證質(zhì)量，再增加一次高溫退火，900 ℃保溫時間為7 h，來保證軸瓦退火工藝的有效性。

熱處理工藝調(diào)整，將原后續(xù)的去氫工藝改進(jìn)為“高溫退火加去氫”工藝：即原來鑄造完成后的軸瓦先由供應(yīng)商進(jìn)行一次去應(yīng)力退火，再由軸承分廠進(jìn)行去氫處理；改進(jìn)后現(xiàn)工藝流程變?yōu)楣?yīng)商一次退火后，由軸承分廠進(jìn)行二次退火后緊接著進(jìn)行去氫處理。一方面可以保證清除鑄造應(yīng)力，另一方面瓦體經(jīng)二次退火后組織轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w(含氫量最低)，也進(jìn)一步提高了去氫效果。

3 軸瓦澆鑄面粗糙度加工工藝改進(jìn)

研究報告表明，平滑的澆鑄面有利于軸承合金澆鑄。

新結(jié)構(gòu)Q5.263.807軸瓦須加工鳩尾槽，其槽口尺寸分別為24 mm，圖紙要求表面粗糙度為3.2。按常規(guī)操作則：第一，分廠常規(guī)立車加工鳩尾槽，割刀寬度為10 mm，一根鳩尾槽要分三次加工，易造成槽內(nèi)不平整、粗糙度差。第二，分多次加工容易造成誤差，Q5.263.807軸瓦內(nèi)圓有4根槽，每根槽要三次才能完成加工，共需12次才能完成整個軸瓦鳩尾槽加工。第三，加工中需換刀加工，費時又費力，加工質(zhì)量也不穩(wěn)定。

為此對刀具進(jìn)行改進(jìn)[2]，用高速鋼條刃磨一把寬度為24 mm的成形割刀，割刀兩面為鳩尾形，加工一次成形，不用“借割”，不會出現(xiàn)加工偏差，槽與槽尺寸能精確保證，槽割到深度即可退出幾絲，再上下割鳩尾，一次成形。

由此，原來割一付Q5.263.807軸瓦鳩尾槽需1 h，改進(jìn)后只需0.5 h左右，槽粗糙度及精度均得到了很好的保證，加工效率成倍的增加。

4 完善軸承合金澆鑄工藝

調(diào)研國內(nèi)外大量相關(guān)文獻(xiàn)，并進(jìn)行相應(yīng)分析討論，包括到同行現(xiàn)場觀察澆鑄過程，與其技術(shù)人員進(jìn)行技術(shù)探討，發(fā)現(xiàn)目前分廠所使用的工藝中仍有些不合理之處，具體如下：

(2) 軸瓦澆注完軸承合金液后需進(jìn)行噴水冷卻，而水冷時間過長造成合金凝固后仍持續(xù)快速冷卻，產(chǎn)生的過多熱應(yīng)力容易形成積聚，從而嚴(yán)重影響合金澆鑄質(zhì)量[4]。

通過計算機(jī)模擬計算和實物試制，如圖6所示，對Q5.263.807軸瓦進(jìn)行了相應(yīng)的改進(jìn)，主要是降低離心澆鑄轉(zhuǎn)速和縮短冷卻時間，并加以規(guī)范，如表1所示。

表1 試驗改進(jìn)參數(shù)

圖6 計算機(jī)模擬冷卻圖

經(jīng)對試制軸瓦不同區(qū)域進(jìn)行內(nèi)部破壞性取樣，觀察軸承合金與瓦體澆鑄面黏結(jié)質(zhì)量情況，合金黏結(jié)質(zhì)量經(jīng)著色探傷檢測全部為合格。

5 增加對于用戶現(xiàn)場著色探傷前發(fā)電機(jī)軸瓦表面處理的若干要求

三包質(zhì)量反饋，操作人員到現(xiàn)場維修時多次發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)場著色前未對軸瓦需探傷區(qū)域(瓦體和軸承合金結(jié)合區(qū)域)進(jìn)行除銹處理。直接進(jìn)行著色探傷，造成探傷結(jié)果無法反映產(chǎn)品的真實情況。如圖7所示，瓦體和合金結(jié)合的邊界已明顯產(chǎn)生銹蝕。

操作人員使用百潔布對所有需探傷區(qū)域進(jìn)行打磨，使表面無銹、無油、無異物存在，如圖8，這 樣處

圖7 現(xiàn)場未經(jīng)處理的軸瓦

圖8 現(xiàn)場經(jīng)處理后的軸瓦

理著色探傷結(jié)果才能反映產(chǎn)品的真實質(zhì)量。

從現(xiàn)場處理反饋意見中可以看出，此現(xiàn)象非常普遍，故與相關(guān)方溝通，增加《對于用戶現(xiàn)場著色探傷前發(fā)電機(jī)軸瓦表面處理的若干要求》，由售后交予用戶執(zhí)行，具體如下：

5.1 范圍

本規(guī)范適用于軸承合金著色探傷前發(fā)電機(jī)軸瓦的表面處理。

5.2 技術(shù)要求

(1) 著色探傷前用清洗劑清洗待探傷表面，然后用清潔的白布擦凈，保證待探傷表面清潔、干燥并無塵、無油脂。

(2) 用百潔布沿加工絲流方向均勻擦拭端面軸承合金與鋼背的結(jié)合處、擦拭中分面軸承合金與鋼背結(jié)合處、擦拭軸瓦外球面處的毛刺。用百潔布清除其他各孔、槽處的毛刺。

(3) 按照以上要求反復(fù)操作，直至待探傷表面無銹蝕。

(4) 對待探傷表面應(yīng)有適當(dāng)保護(hù)，避免落上灰塵、水分等雜質(zhì)影響著色探傷準(zhǔn)確性。

(5) 經(jīng)表面處理后，應(yīng)在所選用清洗劑規(guī)定時間后進(jìn)行著色探傷。

對經(jīng)著色探傷后的顯色區(qū)域，建議兩小時后按上述技術(shù)要求重新進(jìn)行表面處理后，再次進(jìn)行著色探傷以確認(rèn)最終結(jié)果。

6 總結(jié)

通過上述對“原材料質(zhì)量控制-金加工工藝調(diào)整-澆注工藝參數(shù)優(yōu)化-售后(用戶操作指南)”進(jìn)行系統(tǒng)的工藝改進(jìn)，用戶反饋Q5.263.807軸瓦質(zhì)量問題基本消除，提高了產(chǎn)品實物質(zhì)量的同時，也提高了顧客的滿意度。