汽轮机冷加工制造工艺的发展--中国期刊网

字体：大中小

首页> 原创作品> 正文

汽轮机冷加工制造工艺的发展

发表时间：2020/3/3 来源：《电力设备》2019年第20期作者：李志博

[导读] 摘要：近些年来汽轮行业的进一步发展让关键零部件的生产工艺也得到了了进一步的提高，尤其是气缸和转片等方面的工艺技术有着显著的提高。

        （哈尔滨汽轮机厂有限责任公司黑龙江哈尔滨 150046）
        摘要：近些年来汽轮行业的进一步发展让关键零部件的生产工艺也得到了了进一步的提高，尤其是气缸和转片等方面的工艺技术有着显著的提高。针对此，文章分析了近些年来汽轮机冷加工的制造工艺发展过程。
        关键词：汽轮机；冷加工；制造工艺
        1、前言
        汽轮机根据主要结构和作用的不同可以分为静子转子，两者之间有着显著差异，实际应用的过程中表现出复杂的结构和较大的尺寸，因而要进行加工显得相对不容易，部件加工好坏会直接影响到汽轮机运行效果，因而文章就此进行分析。
        2、气缸加工
        数控机床的引进使汽缸加工工艺由单工位单工序加工方法改进为单工位多工序加工方法，也就是在一次装夹状态下加工原来由多道工序完成的工作，大大提高了加工效率。
        2.1汽缸中分面的加工
        汽轮机在工作时，汽缸中分面在蒸汽冲击下必须紧密贴合，不允许漏汽，因此对汽缸中分面的加工要求非常高，一般要求表面粗糙度Ra=1.6μm，自由合拢时，不允许塞进0.05mm塞尺。传统的汽缸中分面精加工通常是先在龙门刨床上刨削，然后通过精密磨削来实现；先磨削上半，然后以此为基准磨下半，直至上下两半平面度符合要求，但这种工艺方法生产效率较低。目前采用数控机床超精铣削方法，铣刀装有超精研磨而成的刮光刀片，切削刃为椭圆形，适用于大平面的精加工和高进给，切削深度仅为0.01～0.05mm，每分钟走刀量高达700～1000mm，表面粗糙度可达Ra=0.8～1.6μm，铣削出的气缸中分面完全符合设计要求，大大缩短了加工时间，提高了生产效率。
        2.2汽缸中分面螺孔的加工
        汽缸中分面把合螺孔直径大、数量多，是汽缸中分面加工过程中比较重要的一个环节。对于气缸中分面螺孔的加工，传统工艺一般为钻床钻孔，丝锥攻丝，加工效率低，且大直径螺孔攻丝容易折断丝锥，增加再加工难度且提高了加工成本。目前普遍采用的方法是用数控龙门铣床配备的专用旋风铣装置，该装置能加工不同直径、不同螺距、左右旋以及公英制的螺纹，可大大提高加工效率，同时节约了丝锥消耗的成本。
        3、转子加工
        3.1槽型结构的加工
        转子通流部分的槽型结构多数呈倒T字形，槽底分布着一个半圆形的垫隙槽。多年的实践经验表明在槽型加工中要掌握好以下几个关键步骤：一是确定定位基准。以直槽右侧端面作为T形槽的轴向定位面，以末级持环右侧大端面作为转子通流部分的轴向加工基准面。二是确定好T形槽加工路线。依据T形槽的形状，先加工矩形直槽，再加工出T型槽。三是当刀具（横槽刀或直槽刀）正装时，铁屑向上排出，容易使刀具与槽产生碰撞，可能会崩碎刀头，进而会损坏刀具，同时铁屑排出过程中与工件产生挤压，直接影响到工件的加工精度和表面粗糙度。被挤压的工件也会使转子产生振动，进而影响转子的形位公差。为防止上述问题的产生，转子加工过程中，采用刀具反装、机床主轴反转、冷却液下冲等措施，此时铁屑畅通无阻地往下排，进而保证了工件的加工精度和表面粗糙度，也提高了加工效率。
        3.2汽轮机转子轴颈和推力面加工
        汽轮机工作时转子转速很高，对轴颈和推力面的形位公差和加工精度有较高要求。根据多年实践探索，在轴颈和推力面加工中积累了一些经验。目前普遍采用先精车再滚压的方法进行加工。滚压操作前，确保被滚压件外圆不能有锥度和椭圆度，并保证好加工误差要求和表面粗糙度要求，经过滚压后的转子能很好地满足设计要求。
        4、叶片加工工艺的发展
        4.1汽轮机叶片的特点
        叶片是汽轮机的核心零件，不仅数量多，而且形状复杂，加工要求严格。叶片的主要特点是：材料中含有昂贵的高温合金元素，加工性能较差，结构复杂，精度和表面质量要求高，品种和数量都很多。

期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆

叶片的种类繁多，但各类叶片均主要由两个部分组成——叶根部分和型面部分。超临界机组的高温转子材料采用传统的30CrlMolV钢，传统的CrMoV材料在566℃蒸汽条件下已经达到工作极限，而具有为了保证更高的强度安全裕度通常采用12Cr钢，目前国内外汽轮机制造商选择开发12Cr钢作为566℃下使用的高温转子材料。ABB公司利用改进的10%铬转子钢提高蠕变强度。日本研究人员研究了Cr含量对耐热铁素体钢长期高温负荷的影响，发现当对耐热铁素体中的Cr含量做出适当的调整后，可有效改善其高温断裂强度。研究表明，当耐热铁素体钢中Cr含量达到8.5%时，即便工况温度达到650℃的高温，材料也没有失效。
        4.2低压转子
        低压转子钢的一项重要指标是回火脆性，因此为避免回火脆性，低压转子一般广泛选用3.5NiCrMoV钢制备。随着冶炼技术的发展，采用电弧炉冶炼、钢包精炼、电渣重熔、真空浇注等对不纯净元素控制技术，低压转子材料的纯度已得到较大幅度提高，材料的力学性能也得到改善。汽轮机缸体和静止部件一般为铸铁钢件，应具有良好的浇铸性能。且在处在恶劣工况下的铸钢件，还应该具有较高的持久强度、塑性、冲击韧性、抗氧化性、可焊性和热稳定性等特点，它常见的材料主要包括碳素铸钢及铬钼合金铸钢。东芝公司采用12%CrMoVNbN代替传统的CrMoV；GEC阿尔斯通公司使用9%～12%铬合金钢作为主要原料来对汽轮进行铸、锻造。
        4.3叶根的加工
        叶根加工的常规工艺基本加工思路是：设计成型铣刀采用普通平铣或立式铣床加工。由于成型铣刀的设计相对复杂，设计成型铣刀时间长，增加了技术准备周期；成型铣刀的制造难度大，增加了工艺装备的制造周期；在成型铣刀的切削过程中，由于切削性能差，因此只能小余量切削，再加上在用成型铣刀加工前还需要进行大量的去余量加工以减少对成型铣刀的磨损。成型刀具属于专用刀具，只对某种形状结构适用，不同形状结构的叶片则必需分别单独设计。因此用普通工艺加工叶片成本高，生产周期长。另外，在繁琐的普通机床的加工过程中，不同机床的转换频繁，对机床操作者的技能要求高，稍有疏忽就会造成批量的废品。目前普遍采用数控机床加工，数控加工对机床操作者的技能要求相对低些，只要调试好数控程序就能达到满意的加工效果，而且数控加工程序采用通用刀具，减少了刀具的设计周期和制造周期。
        4.4叶片型面的加工
        叶片型面部分基本上分截面型线不变的直叶片型面和截面沿叶高变化的扭曲型面。按传统工艺，直叶片型面的加工一般需7道工序；扭曲型面的加工更为复杂，一般需12道工序。现在，利用五轴联动数控型面铣加工叶片型面，在数控型面铣上，经一次装夹使用标准刀具便可去除内背弧和进出汽边余量，精铣内背弧型面和顶、根部连接处，一道工序可取代传统工艺的12道工序，效率提高10倍以上。汽轮机零部件多、形状复杂、精度要求高、加工难度大。随着国内冷加工技术的不断进步，新型数控机床和新型刀具的推广应用，国内汽轮机行业冷加工技术有了长足进步。未来汽轮机冷加工生产的发展方向主要是为了更好地保证设计要求，采用自动化和半自动化的高效机床，利用数控和计算机技术，不断完善加工工艺，不断提高产品质量和加工效率。
        5、结束语
        相对来说汽轮机有着更高的精度要求和更多的零部件，因而表现出较大的加工难度。现在随着冷加工技术的进一步提升和新技术的应用，可以看出相关工艺已经得到了更大的提高。
        参考文献：
        [1]乔印凯，曹雪雷.汇聚前沿技术，探索发展新思路——第25届全国汽轮机行业金切与工艺技术联络网年会圆满召开[J].金属加工：冷加工，2017（23）：15-16.
        [2]王刚.机械冷加工技术在生产中的应用探究[J].现代职业教育，2018（21）：239-239.
        [3]武小越.高职院校机械制造冷加工类专业建设现状及对策分析[J].机械职业教育，2019，399（04）：21-23.
        [4]刘胜勇.智造系统中切削刀具的应用与发展[J].金属加工：冷加工，2019，812（3）：7-7.
        [5]山高刀具.山高咨询服务正式发布[J].金属加工：冷加工，2019（5）：22-23.
        [6]张斌.56年的传承与展望[J].金属加工（冷加工），2019，811（2）：17.