工業(yè)汽輪機(jī)前汽缸大螺紋孔加工工藝的改進(jìn)分析

引言

大螺紋孔包括60i、50i、n12o等型號(hào),分布于工業(yè)汽輪機(jī)前汽缸表面。傳統(tǒng)大螺紋孔加工工藝首先在機(jī)床擴(kuò)充底孔,然后利用旋風(fēng)銑削技術(shù)及攻絲完成螺紋加工。該工藝在加工過(guò)程中出現(xiàn)誤差的概率較高,且時(shí)常發(fā)生爛牙問(wèn)題,大螺紋孔加工質(zhì)量無(wú)法達(dá)到工業(yè)生產(chǎn)要求。為解決這一技術(shù)難題,需要對(duì)相關(guān)加工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)。

1加工設(shè)備選型

1.1加工機(jī)床

本文研究1oonM小型汽輪機(jī)大螺紋孔加工工藝,以孔徑為60i的螺紋孔為研究對(duì)象。選用數(shù)控瞠銑機(jī)床,該機(jī)床控制系統(tǒng)為閉環(huán)形式,自帶位置檢測(cè)裝置,將位置信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)傳輸回控制系統(tǒng),調(diào)整機(jī)床的運(yùn)動(dòng)方式完成加工。閉環(huán)控制機(jī)床的優(yōu)勢(shì)在于,當(dāng)機(jī)床檢驗(yàn)出實(shí)際加工位移與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏差時(shí),可根據(jù)誤差情況自行調(diào)整工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)狀態(tài),對(duì)誤差進(jìn)行補(bǔ)償。當(dāng)實(shí)際加工位移等于標(biāo)準(zhǔn)位移時(shí),這種補(bǔ)償自動(dòng)停止,以達(dá)到更高的加工精度。經(jīng)驗(yàn)證,該機(jī)床加工精度高達(dá)ow005mm。

1.2螺紋銑刀

螺紋銑刀主要用在大螺紋孔螺紋加工階段。選用專門銑削硬質(zhì)合金的銑刀,銑刀刀桿的有效長(zhǎng)度在190mm,刀盤直徑在75mm。銑刀自帶螺紋連接頭,并通過(guò)螺紋連接頭與機(jī)床瞠桿相連,完成運(yùn)動(dòng)過(guò)程。銑刀由8片帶涂層三角形硬質(zhì)合金專用刀組成,各刀片可靈活移動(dòng),在使用過(guò)程中,各刀片間相互轉(zhuǎn)換也更為便捷。刀片與銑刀主體通過(guò)固定槽、錐度孔等

結(jié)構(gòu)連接,為保證在前汽缸大螺紋孔加工過(guò)程中,分面與大法蘭面和底面相互垂直,要求將前汽缸的分面放置在等高面上進(jìn)行加工,并通過(guò)大法蘭面和底面找平。首先對(duì)底面進(jìn)行精銑,然后將銑過(guò)的底面放置在機(jī)床操作臺(tái)上,以保證各面垂直。

2大螺紋孔底孔加工

2.1加工工藝

中心孔的加工通過(guò)定心復(fù)合鉆完成,在正式加工前對(duì)底孔進(jìn)行預(yù)鉆,能顯著提高大螺紋孔加工效率。需要注意的是,底孔加工在半封閉狀態(tài)下進(jìn)行,鉆孔產(chǎn)生的鉆屑會(huì)影響底孔內(nèi)冷卻試劑的流動(dòng),導(dǎo)致加工溫度上升,影響底孔加工質(zhì)量及相應(yīng)機(jī)具的使用壽命。除選用適當(dāng)?shù)募庸ゃ@具外,還可在加工過(guò)程中噴涂冷卻噴霧,對(duì)溫度進(jìn)行控制。

中心孔成孔完畢后,開展擴(kuò)孔操作,即使用直徑逐漸上升的鉆具進(jìn)行擴(kuò)充。大螺紋孔的底孔通常直徑較大,為合理縮短加工時(shí)間,一般使用專門的擴(kuò)孔鉆具或復(fù)合鉆,結(jié)合孔徑擴(kuò)充剩余空間,調(diào)整復(fù)合鉆直徑。不同汽輪機(jī)對(duì)底孔直徑有不同要求,為降低大螺紋孔加工成本,并提高鉆具適用程度,可在標(biāo)準(zhǔn)鉆具基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行加工和打磨,使其更加適應(yīng)底孔加工需求。例如,加工對(duì)象為M120×4大螺紋孔時(shí),該螺紋規(guī)格底孔為直徑116mm,當(dāng)?shù)卓卓讖綇?fù)合銑鉆到114mm左右時(shí)留2mm余量,再利用管銑刀將底孔管至116mm,以保證底孔加工的精度。底孔加工必須嚴(yán)格依照螺紋孔加工尺寸要求進(jìn)行,孔徑偏大或偏小都會(huì)影響最終成孔質(zhì)量。當(dāng)?shù)卓卓讖讲蛔銜r(shí),螺紋銑削加工過(guò)程產(chǎn)生更大的銑削力,易導(dǎo)致螺紋變形,甚至損壞螺紋銑刀。

22鉆具優(yōu)化

底孔加工是小型工業(yè)汽輪機(jī)前汽缸大螺紋孔加工的首要步驟。一般情況下,首先完成中心孔加工,再鉆底孔。通過(guò)實(shí)踐總結(jié)發(fā)現(xiàn),大螺紋孔底孔加工可借助淺孔鉆及大直徑深孔鉆配合完成。二者均屬于轉(zhuǎn)位刀片鉆,僅在加工深度與直徑上存在區(qū)別。例如,淺孔鉆主要用來(lái)加工深度在80mm以下或深度為孔徑3～5倍的底孔,而大直徑深孔鉆或復(fù)合鉆可用于加工深度在50～180mm、孔深為孔徑6～8倍的底孔。在加工過(guò)程中,兩種鉆具相互配合可達(dá)到較佳的加工速率,且底孔排屑狀況良好。對(duì)于加工精度要求較高的大螺紋底孔,可通過(guò)精管促使孔徑與表面平滑程度達(dá)到加工要求。以直徑為116mm的底孔加工為例,當(dāng)使用傳統(tǒng)工藝進(jìn)行底孔加工時(shí),需要將3種鉆具結(jié)合使用,其中鉆具的最大轉(zhuǎn)速在200r/min,最大進(jìn)給量在30mm/min。而使用多片刀鉆具時(shí),最大轉(zhuǎn)速可達(dá)到280r/min,最大進(jìn)給量為45mm/min,此時(shí)完成底孔加工的總時(shí)間從150min下降到20min之內(nèi)。

3大螺紋孔螺紋加工

31加工工藝

100Mw汽輪機(jī)前汽缸大螺紋孔(M72以上的螺孔）螺紋加工涉及較大的攻絲切削量,傳統(tǒng)的絲錐攻絲基本很難實(shí)現(xiàn)。目前大螺紋孔加工通常采用以下幾種設(shè)備:數(shù)控旋風(fēng)銑、螺旋梳銑刀、螺紋槽絲錐、內(nèi)容屑絲錐及手動(dòng)旋風(fēng)銑床等。本文選用的是數(shù)控旋風(fēng)銑銑削螺紋,采用旋風(fēng)銑削方法加工螺紋,與傳統(tǒng)螺紋加工方法相比有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn):

(1）通過(guò)調(diào)整偏心座偏心量,可在一定范圍內(nèi)加工不同直徑規(guī)格的螺紋:

(2）不同螺距的螺紋加工通過(guò)改變傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比或更換傳動(dòng)絲杠完成:

(3）加工效率高,旋風(fēng)銑加工螺紋時(shí)采用高速切削,比絲錐加工螺紋效率高:

(4）螺紋表面粗糙度低,表面質(zhì)量好,由于采用高速鐵削,切削速度可達(dá)210m/min,從而提高了螺紋表面加工質(zhì)量,粗糙度可達(dá)Ra11.6mm。

32技術(shù)改進(jìn)

目前,行業(yè)中有螺旋槽絲錐和內(nèi)容屑絲錐兩種螺紋加工工藝。其中,螺旋槽絲錐主要用于加工材料硬度較高、強(qiáng)度較大的盲孔。這類絲錐的錐角較小,一般為15o,對(duì)于主材為400不銹鋼的大螺紋孔加工非常適用。在加工過(guò)程中,可通過(guò)降低螺旋槽絲錐螺紋的長(zhǎng)度來(lái)減輕切削扭矩,提高加工精度并縮短加工時(shí)間。內(nèi)容屑絲錐主要針對(duì)直徑、螺距、螺紋質(zhì)量均要求較高時(shí)的大螺紋孔加工。在攻絲過(guò)程中,切削屑可順攻絲方向排出,并將切削屑暫時(shí)存放在絲錐內(nèi)部中空位置,避免在螺紋孔內(nèi)大量堆積[3]。內(nèi)容屑絲錐可垂直或水平使用,一般情況下其切削速度可達(dá)到3～6m/min。

相較于其他大螺紋孔螺紋加工工藝,數(shù)控旋風(fēng)銑削螺紋的加工方式能一次性完成螺紋加工作業(yè),并能顯著降低加工時(shí)間,提高加工效率,同時(shí)各加工制造企業(yè)也會(huì)優(yōu)先選擇此種方式進(jìn)行螺紋銑削加工作業(yè)。而目前螺旋槽絲錐和內(nèi)容屑絲錐主要用在M72以下型號(hào)的前汽缸螺紋孔加工作業(yè)中。隨著相關(guān)實(shí)驗(yàn)及研究工作的開展,相信大螺紋孔加工更為先進(jìn)高效的工藝方法會(huì)相繼出現(xiàn)。

4結(jié)語(yǔ)

工業(yè)汽輪機(jī)在現(xiàn)代化生產(chǎn)中的應(yīng)用頻率逐漸提高,給大螺紋孔加工質(zhì)量提出了更高要求。為有效解決前汽缸大螺紋孔加工技術(shù)難題,要求相關(guān)單位優(yōu)選加工設(shè)備及加工工藝,并結(jié)合自身生產(chǎn)需求,對(duì)標(biāo)準(zhǔn)工件做出合理改進(jìn),提高大螺紋孔加工工藝與前汽缸大螺紋加工精度、加工效率,通過(guò)對(duì)比分析找出最經(jīng)濟(jì)、加工效果最優(yōu)的汽輪機(jī)前汽缸大螺紋孔加工方案。