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汽轮机汽缸加工中新技术的应用
Oct 29, 2012  来源:  作者:哈尔滨汽轮机厂 王 凯

      0前言

 

      汽缸是汽轮机中最大的零件,也是整个汽轮机装配的基准零件,在汽缸内部装有内缸、隔板套、隔板、汽封等部件,气缸外部与蒸汽室、排气管、轴承以及基础台板等相连接。汽轮机的气缸结构复杂,形状也很多,由水平接合面将汽缸分成上下两半,由1~2个垂直接合面将汽缸分成前、中、后几部分。这样既便于铸造,也便于加工。

 

      1汽缸加工的工艺过程

 

      汽缸的结构特点是零件体积大、重量重,形状复杂、加工面多,加工尺寸精度、位置精度、表面粗糙度要求较高,一般地,它的加工顺序为:

 

      (1)划线;

 

      (2)加工水平结合面;

 

      (3)加工结合面上的联接螺孔;

 

      (4)钳工合缸;

 

      (5)加工各挡内孔和法兰;

 

      (6)加工气缸外部各法兰、孔和管口等。

 

      以往,汽缸是在龙门刨床或龙门铣床加工水平结合面;在立车或镗床上加工各挡内孔和法兰以及气缸外部各法兰、孔和管口等。由于加工条件的限制,使得加工周期长、加工质量难以保证。

 

      随着汽轮机技术的不断发展,大型汽轮机汽缸的体积重量越来越大,采用老式的以工件为主体运动的立车加工方案,产品质量难以保证,而且操作不安全。因此就逐步产生了采用工件固定的加工方案,即:使用大型的数控落地镗床和龙门铣床,采用分半式加工,用数控机床的定位精度,来保证图纸要求。20世纪80年代以来,我公司陆续引进了大量的数控加工中心,像数控落地镗铣床、数控龙门铣床、车镗加工中心、数控立车、数控龙门钻等,为顺利完成核电、空冷、超临界等机组的加工任务奠定了基础。

 

      2新机床、新刀具、新技术的应用

 

      近年来,随着数控机床大量的引进,不仅保证了加工质量,还大大提高了生产效率,也使新技术、新型刀具的应用得以实现。例如:

 

      (1)汽轮机的高压汽缸要承受高温高压蒸汽的作用,为确保各结合面的气密性,其加工精度、粗糙度以及间隙要求较高。以前结合面的加工采用粗铣(刨)、精铣(刨)、刮研的工艺方法来加工,周期长,质量难以保证。现在采用硬质合金面铣刀,在数控机床上分粗铣、精铣、超精铣3次铣削,满足图纸要求。

 

      (2)对于汽缸加工来说,各连接法兰面上的孔加工是制约汽缸加工周期的一个重要因素,尤其是高压汽缸,孔的数量多、直径偏大。以前是采用多级扩孔钻,从<50、<60、<72到<120、<135这样一挡一挡地扩孔,不仅占用机床周期长,而且需要准备各种挡位的扩孔钻,现在复合钻的应用改变了这一现状,它集合了钻头、铰刀、扩(锪)孔刀及挤压刀具,不需要先预钻孔,就可以直接达到所需要的孔直径,是大直径孔加工的高效工具,现在已广泛应用于加工中。

 

      (3)在孔加工中麻花钻应用最广,钻削直径在<50以下的孔时,首选麻花钻。当被加工孔深径比为2~2.5时,可选用硬质合金可转位浅孔钻,它具有切削效率高、断削好,刀具寿命长等优点。

 

      (4)以往的销孔加工一般是在钻孔后使用粗精铰刀铰制,现在大直径孔铰制时通常选用可调镗刀镗孔,它结构简单,制造方便,可微调至所加工尺寸,可调镗刀的应用,不仅降低了加工成本,还可以修正上道工序所造成的偏斜等缺陷。

 

  

  

      (6)在粗加工时,往往需要快速切除大量金属材料,采用插铣法的加工效率远远高于常规的端面铣削法,使加工时间缩短一半以上。实施插铣加工时,插铣刀的切削刃由各刀片廓形搭接而成,插铣深度可达250mm而不会发生振颤或扭曲变形,刀具相对于工件的切削运动方向既可向下也可向上,但一般以向下切削更为常见。此外,插铣加工还具有以下优点:¹可减小工件变形;º可降低作用于铣床的径向切削力;»刀具悬伸长度较大,这对于工件凹槽或表面的铣削加工十分有利。因此,对于大金属量切削加工插铣法都将是优先考虑的加工手段。与常规加工方法相比,插铣法加工效率高,加工时间短,且可应用于各种加工环境,既适用于单件小批量的一次性加工,也适合大批量零件制造,是一种极具发展前途的加工技术。

 

      (7)现在的整体式硬质合金立铣刀,侧刃采用大螺旋升角([62b)结构,立铣刀头部的过中心端刃(或螺旋中心刃)往往呈弧线形、负刃倾角,增加切削刃长度,提高了切削平稳性、工件表面精度及刀具寿命。机夹立铣刀的侧齿、端齿与过中心刃端齿(均为短切削刃)由可转位刀片(设有三维断屑槽形)组合而成的,更能适应数控加工的高速和平稳铣削加工技术的要求。

        

      (8)随着刀具材料新技术的发展,各种涂层刀片的应用等,明显地提高了加工质量和切削效率,也延长了刀具的使用寿命,据有关资料统计,涂层刀片的寿命与不涂层相比提高1~3倍以上。  

   

       (9)数控机床在加工过程中都维持一个固定不变的进给速率,这个进给量是由加工程序预先设定好的。为了保证生产安全,编程人员必须按照负荷最大的工况设定这个进给速率, 但实际上这种工况或许只占整个工序的 5% 。为提高数控机床的加工效率, 优化刀具进给量, 同时又能自动保护机床的主轴系统和加工刀具不受损坏, 在数控机床上应用了自适应控制技术。自适应控制系统实时采样机床主轴的负载变化, 在较小载荷的情况下增大进给速率,在较大载荷的情况下减少进给速率, 从而达到缩短加工周期和提高加工效率的目的。

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