常規(guī)島低壓轉(zhuǎn)子葉輪槽內(nèi)試環(huán)的取樣加工

李潔明

(一重集團(tuán)(黑龍江)重工有限公司工藝技術(shù)部，黑龍江161042)

汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子是發(fā)電廠汽輪機(jī)組中的關(guān)鍵部件，其將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，為發(fā)電機(jī)發(fā)電提供機(jī)械能。超大型核電轉(zhuǎn)子鍛件一直由國外壟斷，國內(nèi)常規(guī)島整鍛低壓轉(zhuǎn)子超大型鍛件的制造成功，打破了國外技術(shù)壁壘，降低了國內(nèi)企業(yè)的采購成本。常規(guī)島低壓轉(zhuǎn)子粗加工調(diào)質(zhì)后需取樣進(jìn)行性能檢測。取樣位置按要求需選擇在寬度尺寸較小的葉輪槽內(nèi)，增加了取樣難度。葉輪槽簡圖見圖1。

1 常規(guī)島整鍛低壓轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

常規(guī)島整鍛低壓轉(zhuǎn)子設(shè)計總長度為11182 mm，轉(zhuǎn)子軸身外圓直徑達(dá)到?2796 mm，軸身葉輪槽數(shù)量為9個，葉輪槽寬度尺寸最小值為86 mm，葉輪槽底尺寸為?1226 mm，葉輪槽深度達(dá)到735 mm，轉(zhuǎn)子重量為180 t。

常規(guī)島整鍛低壓轉(zhuǎn)子粗加工長度為12532 mm，噸位大于300 t。要求轉(zhuǎn)子調(diào)質(zhì)后在軸身130 mm寬的葉輪槽內(nèi)加工出厚度為28 mm，徑向尺寸為620 mm的試環(huán)，見圖2，并且將試環(huán)從轉(zhuǎn)子葉輪槽中取下，進(jìn)行相應(yīng)性能檢測。

2 取樣位置分析

由于轉(zhuǎn)子環(huán)槽尺寸寬度較小，且槽的深度大，試環(huán)取樣時，使用普通刀板無法進(jìn)行加工，需使用有效長度為650 mm以上的刀板才能滿足取樣加工。因此需要設(shè)計專用的刀板及刀具。若要順利取樣還需要制定嚴(yán)密的加工工藝方案。

圖1 葉輪槽簡圖Figure 1 Impeller channel

圖2 常規(guī)島整鍛低壓轉(zhuǎn)子試環(huán)取樣圖Figure 2 Testing ring sampling of conventional island integral forging low pressure rotor

3 試環(huán)加工困難的主要原因

轉(zhuǎn)子環(huán)槽內(nèi)大尺寸試環(huán)加工困難的主要原因：

(1)試環(huán)左右取樣刀口寬度不能大于51 mm，否則會造成后續(xù)加工余量不足。刀口寬度又限制了刀板厚度，因此刀板厚度不能超過30 mm，才能滿足切削要求。而刀板厚度的限制必然會直接影響刀板的剛性，促使刀板剛性不足。

(2)試環(huán)的徑向尺寸要求大，達(dá)到620 mm。這就要求切削加工時刀具的懸伸長度要到達(dá)620 mm以上，由于懸伸長度大，故要求刀桿的剛性必須好，這樣在切削時才不會產(chǎn)生較強(qiáng)烈的振動，使切削能夠順利進(jìn)行。

(3)由于沒有滿足加工要求的標(biāo)準(zhǔn)刀具，需要重新設(shè)計刀具，而刀具的材質(zhì)及結(jié)構(gòu)需通過試加工后方可最后確定。

4 試環(huán)加工工藝方法分析

為了保證試環(huán)的順利切取，提高刀具的鋒利性、韌性，增加刀板的剛性，并通過增加相應(yīng)的工裝輔具，提高取樣的安全性。

4.1 使用專用刀板

在寬度尺寸較小的環(huán)槽內(nèi)加工徑向尺寸達(dá)到620 mm尺寸的試片，對刀具的剛性、形狀、尺寸要求較高。試片兩側(cè)的刀口需通過使用30 mm厚的專用刀板(如圖3)，用切槽刀粗開。

4.2 選擇刀口槽的加工刀具

試環(huán)兩端刀口槽粗開后，再使用專用擴(kuò)槽車刀，見圖4，將刀口擴(kuò)寬至51 mm。這樣才能為后續(xù)切斷準(zhǔn)備足夠的加工空間。因槽深達(dá)到620 mm以上，為了保證槽寬度尺寸及試環(huán)的厚度尺寸上下一致，加工時使用了經(jīng)過多次優(yōu)化設(shè)計的專用擴(kuò)槽車刀。擴(kuò)槽車刀設(shè)計時盡量縮短懸伸長度，從而提高刀具的剛性。同時為了提高通用性，將專用擴(kuò)槽車刀設(shè)計成裝夾標(biāo)準(zhǔn)刀片的形式，加工時選用了型號為4225的刀片，加工后效果較好，從而較好地控制了試片的上下寬度尺寸一致，并減少了換刀次數(shù)，使加工效率提高35%以上。

4.3 選擇試環(huán)根部切斷刀具及加工方式

試環(huán)根部的切斷加工難度較大，試加工時先選用了涂層刀片進(jìn)行加工。加工過程中發(fā)現(xiàn)涂層刀片的刃口鋒利度不夠，無法將試環(huán)切斷。

通過研究對比發(fā)現(xiàn)高速鋼材質(zhì)的刀具具有較高的強(qiáng)度、韌性、耐磨性和紅硬性，此種材質(zhì)的刀具通過刃磨，可獲得較鋒利的刃口。最終選用了高速鋼作為刀具的主材質(zhì)，同時為了提高刀具的剛性，將刀具設(shè)計成整體刀具。因加工空間受限，無法從一側(cè)直接切斷試環(huán)，切斷時需從試環(huán)的兩側(cè)分別進(jìn)行加工才能成功切取試環(huán)。根據(jù)加工需要設(shè)計了正、反兩種高速鋼材質(zhì)的專用切刀，見圖5。通過使用高速鋼材質(zhì)的專用切刀，將試環(huán)在根部順利切斷。

加工參數(shù)為：工件轉(zhuǎn)速n=1.5 rmin；進(jìn)給量f=0.10～0.15 mmr；軸向切深vf=0.15～0.225 mmmin。選用刀具合理有效，只消耗兩個切斷刀刀頭就完成了三個試環(huán)的切斷加工，刀具成本大大降低。

圖3 專用刀板Figure 3 Special cut board

圖4 專用擴(kuò)槽車刀Figure 4 Special expansion channel lathe tool

圖5 正、反兩種專用切刀Figure 5 Special cutters used for both opposite directions

4.4 試環(huán)的分離方案

試環(huán)在根部切斷后，將試環(huán)從葉輪本體上分開取下也是一個較棘手的問題。由于環(huán)槽寬度較小，且深度達(dá)到620 mm，火焰切割易傷及葉輪本體，因此不能采用火焰切割；由于環(huán)槽寬度較小，銑削加工空間受到限制，所以也不能采用銑削加工。為了保證順利取下試環(huán)，在試環(huán)兩側(cè)的51 mm刀口加工前，先在試環(huán)的徑向方向90°均分的位置用?50 mm的鉆頭加工4個徑向孔，孔深630 mm，如圖6所示，這樣當(dāng)試環(huán)在根部切斷后，試環(huán)就會在4個徑向孔處分開。同時考慮到加工安全性，為了防止切斷時試環(huán)突然掉落損壞機(jī)床，在4個?50 mm孔兩側(cè)各加工一個M16的絲孔，用6 mm厚鋼板(見圖7)將試環(huán)連接把合，根部切斷后將把合鋼板拆開即可將試環(huán)取下，見圖8。

圖6 試環(huán)分離過程中在試環(huán)的徑向鉆孔Figure 6 Radial drilling during testing ring separation

圖7 試環(huán)分離過程中用于把合的鋼板Figure 7 Fixture plates during testing ring separation

圖8 用鋼板把合切取下的試環(huán)Figure 8 Testing ring cut by fixture plates

5 結(jié)語

核電常規(guī)島低壓轉(zhuǎn)子大深度葉輪槽內(nèi)試片取樣應(yīng)根據(jù)其形狀、空間及尺寸特點(diǎn)設(shè)計選用合適的切槽刀具和切斷刀具，最大限度地提高刀具剛性、刀具鋒利程度和刀片耐磨性，采用合理的工藝方法將試環(huán)在根部切斷，并成功進(jìn)行分離。通過選取的刀具和采取的工藝方法，保證了大深度葉輪槽內(nèi)試環(huán)的成功切取。有效地提高了大深度槽內(nèi)切取試環(huán)的加工效率，保證了試片的加工質(zhì)量，降低加工成本。