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      汽輪機汽缸加工中新技術的應用
      2012-10-29  來源:  作者:哈爾濱汽輪機廠 王 凱

            0前言

       

            汽缸是汽輪機中最大的零件,也是整個汽輪機裝配的基準零件,在汽缸內部裝有內缸、隔板套、隔板、汽封等部件,氣缸外部與蒸汽室、排氣管、軸承以及基礎臺板等相連接。汽輪機的氣缸結構復雜,形狀也很多,由水平接合面將汽缸分成上下兩半,由1~2個垂直接合面將汽缸分成前、中、后幾部分。這樣既便于鑄造,也便于加工。

       

            1汽缸加工的工藝過程

       

            汽缸的結構特點是零件體積大、重量重,形狀復雜、加工面多,加工尺寸精度、位置精度、表面粗糙度要求較高,一般地,它的加工順序為:

       

            (1)劃線;

       

            (2)加工水平結合面;

       

            (3)加工結合面上的聯接螺孔;

       

            (4)鉗工合缸;

       

            (5)加工各擋內孔和法蘭;

       

            (6)加工氣缸外部各法蘭、孔和管口等。

       

            以往,汽缸是在龍門刨床或龍門銑床加工水平結合面;在立車或鏜床上加工各擋內孔和法蘭以及氣缸外部各法蘭、孔和管口等。由于加工條件的限制,使得加工周期長、加工質量難以保證。

       

            隨著汽輪機技術的不斷發展,大型汽輪機汽缸的體積重量越來越大,采用老式的以工件為主體運動的立車加工方案,產品質量難以保證,而且操作不安全。因此就逐步產生了采用工件固定的加工方案,即:使用大型的數控落地鏜床和龍門銑床,采用分半式加工,用數控機床的定位精度,來保證圖紙要求。20世紀80年代以來,我公司陸續引進了大量的數控加工中心,像數控落地鏜銑床、數控龍門銑床、車鏜加工中心、數控立車、數控龍門鉆等,為順利完成核電、空冷、超臨界等機組的加工任務奠定了基礎。

       

            2新機床、新刀具、新技術的應用

       

            近年來,隨著數控機床大量的引進,不僅保證了加工質量,還大大提高了生產效率,也使新技術、新型刀具的應用得以實現。例如:

       

            (1)汽輪機的高壓汽缸要承受高溫高壓蒸汽的作用,為確保各結合面的氣密性,其加工精度、粗糙度以及間隙要求較高。以前結合面的加工采用粗銑(刨)、精銑(刨)、刮研的工藝方法來加工,周期長,質量難以保證?,F在采用硬質合金面銑刀,在數控機床上分粗銑、精銑、超精銑3次銑削,滿足圖紙要求。

       

            (2)對于汽缸加工來說,各連接法蘭面上的孔加工是制約汽缸加工周期的一個重要因素,尤其是高壓汽缸,孔的數量多、直徑偏大。以前是采用多級擴孔鉆,從<50、<60、<72到<120、<135這樣一擋一擋地擴孔,不僅占用機床周期長,而且需要準備各種擋位的擴孔鉆,現在復合鉆的應用改變了這一現狀,它集合了鉆頭、鉸刀、擴(锪)孔刀及擠壓刀具,不需要先預鉆孔,就可以直接達到所需要的孔直徑,是大直徑孔加工的高效工具,現在已廣泛應用于加工中。

       

            (3)在孔加工中麻花鉆應用最廣,鉆削直徑在<50以下的孔時,首選麻花鉆。當被加工孔深徑比為2~2.5時,可選用硬質合金可轉位淺孔鉆,它具有切削效率高、斷削好,刀具壽命長等優點。

       

            (4)以往的銷孔加工一般是在鉆孔后使用粗精鉸刀鉸制,現在大直徑孔鉸制時通常選用可調鏜刀鏜孔,它結構簡單,制造方便,可微調至所加工尺寸,可調鏜刀的應用,不僅降低了加工成本,還可以修正上道工序所造成的偏斜等缺陷。

       

        

        

            (6)在粗加工時,往往需要快速切除大量金屬材料,采用插銑法的加工效率遠遠高于常規的端面銑削法,使加工時間縮短一半以上。實施插銑加工時,插銑刀的切削刃由各刀片廓形搭接而成,插銑深度可達250mm而不會發生振顫或扭曲變形,刀具相對于工件的切削運動方向既可向下也可向上,但一般以向下切削更為常見。此外,插銑加工還具有以下優點:¹可減小工件變形;º可降低作用于銑床的徑向切削力;»刀具懸伸長度較大,這對于工件凹槽或表面的銑削加工十分有利。因此,對于大金屬量切削加工插銑法都將是優先考慮的加工手段。與常規加工方法相比,插銑法加工效率高,加工時間短,且可應用于各種加工環境,既適用于單件小批量的一次性加工,也適合大批量零件制造,是一種極具發展前途的加工技術。

       

            (7)現在的整體式硬質合金立銑刀,側刃采用大螺旋升角([62b)結構,立銑刀頭部的過中心端刃(或螺旋中心刃)往往呈弧線形、負刃傾角,增加切削刃長度,提高了切削平穩性、工件表面精度及刀具壽命。機夾立銑刀的側齒、端齒與過中心刃端齒(均為短切削刃)由可轉位刀片(設有三維斷屑槽形)組合而成的,更能適應數控加工的高速和平穩銑削加工技術的要求。

              

            (8)隨著刀具材料新技術的發展,各種涂層刀片的應用等,明顯地提高了加工質量和切削效率,也延長了刀具的使用壽命,據有關資料統計,涂層刀片的壽命與不涂層相比提高1~3倍以上。  

         

             (9)數控機床在加工過程中都維持一個固定不變的進給速率,這個進給量是由加工程序預先設定好的。為了保證生產安全,編程人員必須按照負荷最大的工況設定這個進給速率, 但實際上這種工況或許只占整個工序的 5% 。為提高數控機床的加工效率, 優化刀具進給量, 同時又能自動保護機床的主軸系統和加工刀具不受損壞, 在數控機床上應用了自適應控制技術。自適應控制系統實時采樣機床主軸的負載變化, 在較小載荷的情況下增大進給速率,在較大載荷的情況下減少進給速率, 從而達到縮短加工周期和提高加工效率的目的。

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