1 引言
哈爾濱汽輪機有限責任公司生產的百萬千瓦汽輪機組是專為三峽大壩設計生產的水輪機組。目前哈汽公司生產的型號為CLN600-24.2/566/566型超臨界參數、一次中間再熱、單軸、三缸、四排汽反動式汽輪機。高中壓部分采三菱公司的技術,低壓缸采用哈汽廠自主開發的新一代亞臨界600MW汽輪機技術。其中該機組的外殼體作為特重、特大型件,加工工藝復雜,原始加工工藝受到現實條件制約,效率很低,嚴重影響了汽輪機組的生產。本文通過對機組殼體螺栓孔的加工工藝進行分析,提出優化方案,探討一條高效、省時、低成本的加工方法,對今后類似零件加工提供有益借鑒。
機組殼體螺栓孔尺寸如圖1所示,殼體材料為16Mn,該螺栓孔無精度、表面粗糙度要求,此類螺栓孔上下殼體各有48個,共96個孔需要加工。
2 螺栓孔原加工工藝及問題
螺柱孔原加工工藝為:
（1）劃:劃線找正;
（2）鉆:滑座鉆床點鉆加工,采用高速鋼鉆頭,鉆頭直徑40mm,向下鉆10mm左右導削加工,主軸轉速約15m/min,加工深度根據鐵屑情況定,冷卻采用瓶裝切削液,澆切削液,排屑采用鐵屑導出方式。
（3）擴:高速鋼擴刀,單邊量加工4-8mm,需四次擴孔,尺寸達80mm左右為止。
（4）鏜:落地鏜床加工,鏜刀直徑80mm,一般鏜3- 4次,單邊加工量是6-8mm,達到最終尺寸。
（5）檢驗。
受到加工設備的制約,工序煩瑣,加工效率分非常低,嚴重拖累了殼體加工進度,主要原因為:加工設備剛性不足,加工進給量低；設備的冷卻系統落后,導致切削速度低；冷卻系統效果差,刀具磨損嚴重,刃磨間隔短。
3 螺栓孔加工工藝優化及分析對比
3.1采用模塊化HTS機夾式鉆頭
此工藝的最大特點是采用了當今世界深孔加工最先進的刀具)模塊化HTS機夾式鉆頭(見圖2)。該刀具是由美國肯納飛碩公司專門針對深孔加工研發的,刀具采用中間定位鉆加內外刀夾的設計方式,將孔加工的鉆、擴功能合一,簡化加工階段、提高了加工效率。定位鉆首先在工件表面鉆孔,并起到定位導引作用,導引兩側的內外刀夾上的刀片進行擴孔加工,由于具有如下特點,在深孔加工方面具有得天獨厚的優勢,也為本工藝改進提供了可能。
(1)模塊化設計主要有:鉆頭的刀夾可以調節,進行尺寸范圍控制(見圖4)。通過調節外刀夾改變鉆頭直徑,外刀夾與鉆頭連接,可以縮短鉆削直徑更大或更小的孔;通用型和精加工刀夾可以用作最小加工的標配;加長部分是提高切深能力的標配。刀具最大可以加工15倍徑或以上的深孔;標配內冷功能,用以幫助排屑和延長使用壽命;可用于靜止或旋轉加工,具有多功能性。
(2)可輕松更換刀片:堅固的刀座設計,只需一把簡單的扳手拆卸刀片(見圖3),可輕松更換刀片;有多種材質和槽型可供選擇,適應不同國內工作場合。
通過大量加工實驗(見圖5-圖7)發現,采用模塊化HTS機夾式鉆頭加工,不論是切削功率、進給力,還是輸出最大扭矩都相較改進前有極大提高,能很好的滿足加工需求。
3.2冷卻系統改造
改造龍門銑床冷卻系統(見圖8),在機床下面挖坑放置冷卻液回收罐系統,加裝消防泵為冷卻液提供壓力。在與主軸連接的時候采用內冷轉外冷刀柄與法蘭配合使用來完成對設備改造,圖9為鉆頭直徑與冷卻液壓力變化關系圖。一般推薦的冷卻液為乳液(6%-8%配比),保證冷卻液壓力不小于Pmin=6-8bar,冷卻液流量Vmin=20L/min以上,以便有足夠的壓力將鐵屑帶出來。龍門銑床冷卻系統經過改造后,改進了刀具的冷卻性能和排屑能力,很好的改善了刀具加工性能。
3.3加工工藝優化
全新設計工藝,采用模塊化HTS機夾式鉆頭,在龍門銑床和落地鏜床完成加工,其加工工藝為:
劃:劃線找正。
鉆:龍門銑床,主軸轉速70m/min,模塊化HTS機夾式鉆頭,鉆頭直徑125mm,一次成型;冷卻方式采用內冷方式,排屑采用隨冷卻液沖排導出方式。
鏜:直接達到工藝要求尺寸。
經實際加工驗證,工藝優化后汽輪機殼體的加工效率大大提高,其工藝的優勢主要體現在如下幾個方面:
1加工時間大大縮短,效率顯著提高。原工藝高速鋼鉆頭切削速度慢、進給量小,一個序的工步多達4、5個,一個殼體全部96個孔加工完畢需要45天左右。采用模塊化鉆頭后工序減少,切削速度提高,切削量增大。經測算一個孔的加工時間大約只需8min,全部96個孔加工完成在16h左右,生產效率提高十幾倍。
原工藝起切尺寸小,單邊余量大,導致工步增加,一個序的工步多達4、5個。改優化后的工藝,工藝起切尺寸為<125mm,切削量少,可以實現一次鉆、鏜加工成形。
2刀具無需刃磨。高速鋼鉆頭每加工4個孔就需要修磨一次,修磨時間在3-5min,需專人進行維修,使用效率低。模塊化HTS機夾式鉆頭使用刀片為硬質合金涂層刀片,一組4片,每個刃口可加工5個孔,換一次刃口。中心鉆采用涂層硬質合金鉆,一般加工15孔后換一個中心鉆,操作簡單、刀具剛性好,孔徑一致,換刀快速,使產能得到極大提高。孔徑精度高和粗糙度高,粗糙度能控制在Ra6.3以內,粗糙度和孔徑質量是其他刀具無法比的。
3刀具庫存少,管理方便。螺栓孔加工為典型的9倍徑的深孔加工,采用上面加工工藝,每次擴、鏜都需要準備大量刀具所使用的刀具種類多、數量大,需要準備大量刀具,機組殼體加工完畢所用刀具需要幾百把,直接造成刀具的刃磨和管理繁雜,庫存量大,資金使用效率低。
4 結語
深孔加工處理是此工藝的關鍵,通過選用模塊化鉆頭、改造設備冷卻系統,優化螺栓孔的加工工藝,極大地降低加工時間,提高了生產效率,取得了非常可觀的經濟效益,為今后制造類似產品作出了有益嘗試。
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