加工工藝對(duì)汽輪機(jī)閥芯零件加工精度的影響

楊德存 文小山 鄧亞弟 向志楊

摘要：汽輪機(jī)閥門(mén)是汽輪機(jī)運(yùn)行安全的保障，汽輪機(jī)閥芯零件是汽輪機(jī)閥門(mén)完成動(dòng)作的執(zhí)行零件，處在高溫、高壓、摩擦、高外力的作用下，為使閥門(mén)運(yùn)行安全、長(zhǎng)久，閥芯零件的加工精度要求很高。零件加工精度的影響因素很多，本文以長(zhǎng)期應(yīng)用中經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，從加工工藝的角度，對(duì)汽輪機(jī)閥芯零件加工精度的影響因素做簡(jiǎn)要分析，并提出相應(yīng)的控制措施，旨在對(duì)提升零件加工的整體水平有所幫助。

關(guān)鍵詞：加工工藝;閥芯零件;加工精度

汽輪機(jī)閥芯零件是汽輪機(jī)中的精密核心零件，零件結(jié)構(gòu)以細(xì)長(zhǎng)桿及薄壁套類(lèi)零件為主，細(xì)長(zhǎng)桿類(lèi)零件長(zhǎng)徑比最大超過(guò)15、薄壁套類(lèi)零件徑厚比最大超過(guò)18，而且閥芯零件相互配合實(shí)現(xiàn)閥門(mén)開(kāi)關(guān)等精密動(dòng)作，要求閥芯零件有很高的尺寸精度、形狀精度和位置精度，部分零件需經(jīng)過(guò)了耐高溫耐摩擦的表面處理，閥芯零件制造工藝復(fù)雜，具有很大的制造難度。

加工工藝作為機(jī)械零部件從原材料成為成品的技術(shù)指導(dǎo)文件，對(duì)于機(jī)械零部件加工精度有決定性影響。汽輪機(jī)閥芯零件作為有特殊要求高精度的機(jī)械零部件，加工工藝對(duì)于精度的影響更大。總體來(lái)說(shuō)，加工工藝對(duì)汽輪機(jī)閥芯零件加工精度的影響主要有以下影響。

1、加工工藝對(duì)汽輪機(jī)閥芯零件加工精度的影響點(diǎn)

1.1毛坯的影響

毛坯對(duì)加工精度的影響主要是兩方面，一是毛坯結(jié)構(gòu)的合理性，毛坯結(jié)構(gòu)與零件最終結(jié)構(gòu)的匹配性。汽輪機(jī)閥芯零件作為對(duì)強(qiáng)度、耐熱性、耐磨性有特殊要求的零件，毛坯都是鍛件，毛坯圖設(shè)計(jì)時(shí)要保證鍛件毛坯的組織流線與零件最終結(jié)構(gòu)一致，加工工藝上的毛坯圖以零件最終結(jié)構(gòu)不破壞毛坯組織流線為原則設(shè)計(jì)，破壞毛坯組織流線會(huì)導(dǎo)致零件各部位的殘余應(yīng)力波動(dòng)較大，進(jìn)而對(duì)零件最終形狀的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，也就影響了零件的加工精度，尤其是零件的形狀和位置公差。二是毛坯余量的大小。毛坯余量要合適，毛坯余量過(guò)大，切削加工去量多，改變零件內(nèi)部應(yīng)力幅度大，也是增加了零件的殘余應(yīng)力，殘余應(yīng)力釋放會(huì)改變零件的形狀，影響零件的加工精度，尤其考慮到汽輪機(jī)閥芯零件大部分為細(xì)長(zhǎng)桿和薄壁套類(lèi)的高強(qiáng)度零件，極易變形。

1.2工藝流程的影響

工藝流程的合理性對(duì)汽輪機(jī)閥芯零件的加工精度有重大影響，汽輪機(jī)閥芯零件的制造工藝流程通過(guò)實(shí)際應(yīng)用也是不斷改進(jìn)和完善的。汽輪機(jī)閥芯零件處在高溫、高壓、摩擦、高外力的工況下，對(duì)零件性能的要求很高，工藝流程也很復(fù)雜，需要經(jīng)過(guò)噴焊、噴涂等表面處理及熱處理等特殊工序，表面處理會(huì)產(chǎn)生大的內(nèi)應(yīng)力，增加零件的制造難度。多種汽輪機(jī)閥芯零件裝配后還需相互配合完成精密的閥門(mén)開(kāi)度控制，對(duì)于尺寸和形位精度要求很高，且都是大部分零件為細(xì)長(zhǎng)桿、薄壁套類(lèi)零件。經(jīng)過(guò)表面處理等特殊工序極易對(duì)零件的加工精度產(chǎn)生影響，工藝流程安排的合理性顯得更加重要。總的來(lái)說(shuō)，汽輪機(jī)閥芯零件制造的工藝流程安排可以參考以下幾點(diǎn)：

機(jī)械加工工藝安排粗、半精、精加工工序。目的主要有兩個(gè)，一是精加工時(shí)避免大的切削力和夾持力，對(duì)細(xì)長(zhǎng)、薄壁類(lèi)汽輪機(jī)閥芯零件外力過(guò)大容易變形，影響加工精度;二，加工過(guò)程中產(chǎn)生的應(yīng)力在下次加工前及時(shí)釋放，應(yīng)力包括切削應(yīng)力和夾持應(yīng)力，都可以及時(shí)釋放，有一定的時(shí)效作用。

同一工序中裝夾次數(shù)最少，加工基準(zhǔn)統(tǒng)一。一次裝夾盡量多的完成加工，這樣零件的位置公差才能有保證;上一序加工為下一序保留加工基準(zhǔn)，加工基準(zhǔn)統(tǒng)一，如此兩道工序加工的部位位置相差不會(huì)過(guò)大。

各部位的工序余量基本一致。每一道工序各部位的去量相差不宜過(guò)大，避免零件內(nèi)部殘余應(yīng)力分布不均，引起零件的變形。

適當(dāng)增加去應(yīng)力熱處理工序。對(duì)于薄壁等去余量大、最終零件剛性較小的零件，可考慮在精加工前增加去應(yīng)力熱處理工序，減小零件內(nèi)部的殘余應(yīng)力，提升零件的形狀穩(wěn)定性。

對(duì)細(xì)長(zhǎng)桿、薄壁套類(lèi)零件的擺放也非常關(guān)鍵，閥桿等細(xì)長(zhǎng)桿在不加工時(shí)、熱處理時(shí)、完工后宜懸吊立式放置，防止細(xì)長(zhǎng)桿彎曲變形;薄壁套類(lèi)零件也是一樣，宜立式放置，避免零件徑向變形導(dǎo)致精度變化。

1.3裝夾定位的影響

汽輪機(jī)閥芯零件大部分為細(xì)長(zhǎng)桿、薄壁套類(lèi)零件，裝夾方式對(duì)加工精度也有非常重要的影響。對(duì)閥桿等細(xì)長(zhǎng)桿類(lèi)零件的加工宜采用一夾一拖或一夾多拖的裝夾方式，細(xì)長(zhǎng)桿在加工過(guò)程中由于溫度上升會(huì)伸長(zhǎng)，一夾一頂?shù)难b夾方式在加工過(guò)程中會(huì)導(dǎo)致細(xì)長(zhǎng)桿彎曲;可采用彈性頂尖稍稍帶力，防止閥桿等細(xì)長(zhǎng)桿零件在加工過(guò)程中軸向攢動(dòng);有跟刀架的機(jī)床，細(xì)長(zhǎng)桿的加工也可以采用跟刀架增加剛性。細(xì)長(zhǎng)桿零件在加工過(guò)程中要及時(shí)冷卻，防止零件溫升伸長(zhǎng)。

對(duì)襯套等薄壁套類(lèi)零件，精加工裝夾適宜采用軸向受力的裝夾方式，薄壁零件徑向剛性差，用剛性強(qiáng)的軸向部位承受夾持力，避免夾持變形;薄壁套類(lèi)零件的加工也可采用芯軸或類(lèi)似工藝頭的工裝，夾具夾持在芯軸等工裝上，也可很大的減少工件的夾持變形;此外，對(duì)剛度較好的薄壁套類(lèi)零件可在零件外壁套開(kāi)口套夾持，增加零件的受力面積，進(jìn)而減小夾持變形。

1.4切削刀具的影響

汽輪機(jī)閥芯零件大部分為徑向剛性差的零件，刀具的選用也以此為依據(jù)，宜選用切削徑向抗力小、軸向抗力大的刀具，減小切削力的徑向分力對(duì)零件加工精度的影響，刀具切削主偏角宜為90°左右，減小刀具切削時(shí)對(duì)零件徑向的擠壓。加工刀具的刀尖及刃口宜選擇較為鋒利的形式，尤其在精加工階段，選用前角較大、刀尖圓角較小的刀具，切屑更多的是從零件上切下來(lái)，而不是擠壓下來(lái)，減小切削力對(duì)零件精度的影響。刀具及零件在切削過(guò)程中得到良好的冷卻，及時(shí)帶走切削熱，控制零件的溫升，減小因溫度引起的零件變形。部分薄壁套類(lèi)零件為深孔加工，并且內(nèi)孔堆焊有高溫合金，精度要求高，此類(lèi)零件的內(nèi)孔加工宜采用防震刀桿一次裝夾完成，保證內(nèi)孔的尺寸精度和直線度、圓柱度等形位精度，避免掉頭兩次裝夾加工。

1.5切削用量的影響

切削用量也是零件加工精度的重要影響因素，切削用量選擇不合理也會(huì)導(dǎo)致零件變形、尺寸超差。切削用量需與切削刀具及切削余量相適應(yīng)、匹配，對(duì)汽輪機(jī)閥芯零件來(lái)說(shuō)，切削用量的選擇以切削力不宜過(guò)大為原則，尤其是在精加工階段，選用小的吃刀量和進(jìn)給速度，切削過(guò)程輕快，切削表面光亮，減小零件的讓刀幅度，保證零件的加工精度。

結(jié)束語(yǔ)

以上幾點(diǎn)在汽輪機(jī)閥芯零件實(shí)際生產(chǎn)中不斷總結(jié)而來(lái)，對(duì)汽輪機(jī)閥芯零件的生產(chǎn)制造有一定的指導(dǎo)意義，但汽輪機(jī)閥芯零件包含零件種類(lèi)多，使用要求高，針對(duì)不同的汽輪機(jī)閥芯零件還需具體分析其工藝性，必要時(shí)前期做工藝試驗(yàn)驗(yàn)證，優(yōu)化工藝流程和工藝方法。

但是當(dāng)前，對(duì)汽輪機(jī)參數(shù)及性能的要求越來(lái)越高，汽輪機(jī)閥芯零件的結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，精度要求也越來(lái)越高，這也對(duì)我們加工工藝提出了更高的要求，加工工藝升級(jí)優(yōu)化勢(shì)在必行，機(jī)床、刀具等工藝系統(tǒng)的自動(dòng)化、智能化升級(jí)也是勢(shì)在必行，唯有這樣，汽輪機(jī)閥芯零件乃至機(jī)械零件的加工精度才會(huì)跟上時(shí)代的需求。

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