汽輪機高壓內缸的制造工藝研究

徐雨光

摘 要：通過對高壓內缸的結構特點及工藝難點分析，在工藝方案、把合孔、銷孔、螺紋孔、水壓試驗、葉根槽及管口等方面進行了工藝優化，解決了汽輪機內缸加工過程中遇到的難點，并制定了相應的整改措施，首件經過客戶聯合檢查各項尺寸精度及行位公差均達到圖紙要求，總結出一套完整高效的汽輪機高壓內缸加工技術，為以后加工類似汽缸提供了寶貴經驗。

關鍵詞：汽輪機 銷孔 葉根槽 管口

中圖分類號：TK262 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）01（c）-0059-02

筆者公司承接國外的汽輪機改造機組，其中高中壓內缸相比國內精度要求高，結構緊湊。工藝方面要進行合理優化工序安排，控制變形量、保證各部形位公差，提高產品質量。

內缸總高為2038mm，最大直徑為φ1936mm，最小直徑為φ638.4mm，上部重量為6t，下部重量為6.4t。內腔有10個噴嘴槽和5個葉根槽，缸體壁厚較薄，容易變形，加工過程中需要控制。此種氣缸在該公司屬首次加工，缺乏加工經驗，工藝、程序、刀具、工裝具都需要從頭開始摸索。

該文介紹了高壓內缸的加工難點及針對這些難點進行的工藝攻關。

1 加工難點及應對措施

1.1 工藝方案的選用

缸體壁薄，立車序如果加工量過大，勢必引起精加工后變形，為此工藝增加一次半精車工序。整體工藝方案為：來料確認→劃線分配余量→粗銑中分面→粗車內腔各開檔→消應力處理→鉆中分面把合孔→精加工中分面→加工銷孔→上下半把合→精車內腔開檔→水壓試驗→二次精車→加工管口、立鍵各部→清理交檢[1]。

1.2 中分面把合孔的加工

內缸中分面把合孔一共有20個直徑分別為φ105mm、φ118mm、φ143mm。傳統工藝是先用高速鋼鉆頭鉆出底孔，然后用鏜刀將底孔逐級擴大至要求尺寸。該工藝的缺點是切削效率低、刀具壽命短。為了縮短制造周期，我們采購了肯納公司的新型大直徑可轉位復合鉆可將鉆、擴工序改為一次完成。該復合鉆由定心鉆、切削頭和刀桿組成。定心鉆（材料為高速鋼）可在高速鉆孔時保證鉆削穩定；切削頭由不對稱的多刃可轉位刀片組成，選用凸三角形帶點式斷屑槽的可轉位刀片，可保證良好的強度和斷屑性能。為保證高速鉆削的穩定性，在切削頭上還點焊有硬質合金導向塊（這對加工通孔尤為重要）。大直徑可轉位復合鉆加工合金鋼材料的常用切削用量為：vc=60～80m/min，f=0.1～0.14mm/r。采用復合鉆既保證了內孔質量，又大大提高了加工效率，節省了近2/3工期。

1.3 定位銷孔的加工

傳統的加工合半銷孔的方法是將零件上下半把合后再進行配鉆鉸。由于汽缸下半銷孔底部帶有螺紋，要求螺紋必須與銷孔同心，而且汽缸體積較大，同鉆鉸裝卡也很困難，因此該加工有一定的難度。此次研究人員改變加工方法，汽缸上下半在同一臺數控φ200鏜床上加工銷孔，全部由數控機床來保證各銷孔的位置精度。經過驗證，采用新方法能夠滿足圖紙的各項技術要求，各銷孔的公差+0.025/0mm，實際把合時也很順利，這種加工方法不僅縮短了加工周期，也很好地保證了銷孔的位置精度和尺寸精度。

1.4 大直徑螺紋孔的加工

汽缸中分面螺紋孔的加工是加工技術中最困難的問題之一。傳統加工方法一般使用開有溝槽的絲錐。由于不同尺寸的螺紋需使用不同尺寸的絲錐，因此絲錐加工具有制造成本高、生產效率低，且主軸的偏擺常易引起振動，容易使螺孔加工出現波紋、“雙眼皮”、螺紋通端不通止端通等現象[2]。此次螺紋加工利用數控機床三軸聯動的特點，使用螺紋銑刀，對螺紋進行銑削加工。螺紋銑刀在數控程序的控制下，在自身旋轉的同時作空間螺旋運動，X軸、Y軸控制螺紋的中經，Z軸控制螺距，使刀尖在空間形成的軌跡與螺紋的螺旋面重合，進而加工出完整的螺紋。在加工螺紋時，為了排屑順暢，提高齒面粗糙度，螺紋銑刀要從孔底部起刀，至螺紋孔頂部結束。一般加工螺紋分4刀完成，過程中和加工完成都要用螺紋塞規進行檢查。

1.5 水壓試驗

水壓試驗是檢測缸體承受壓力的能力，是缸體制造環節中重要的一環。水壓試驗需要水壓試驗圖（包含腔室的劃分及各腔室試驗壓力）、中分面螺栓信息（螺栓規格、數量、安裝位置及預緊伸長量）、水壓試驗規程和試驗標準。

該高壓內缸分為兩個腔室，壓力要求分別為11.5MPa和5.2MPa，保壓時間為10min，水平中分面及法蘭不得從兩側向外泄漏。水壓試驗一共進行了3次，最終達到試驗要求。過程中出現的問題第一次是中分面向外滲水。問題的原因是螺栓的熱緊順序問題，操作者為了方便，熱緊時一側熱緊后再進行另一側，導致把緊力不夠，中分面向外滲水。正確的熱緊順序是以中間向兩邊，兩側同時進行。第二次是串腔，高壓腔室保不住壓。經過拆半后查找原因是安裝隔板時將密封條碰傷，導致兩個腔室密封不住。通過改進在第三次試驗時順利通過。

1.6 T型葉根槽的加工

該汽缸的葉根槽規格有3種，葉根槽內孔直徑及型線尺寸跨度大，定位面行位精度要求不大于0.025mm，葉根槽最小寬度僅為9.6mm，最小加工直徑為φ638.4mm，為了應對該型線結構、加工尺寸及精度的要求，我們利用線切割根據不同槽型，制作不同的刀具。具體加工時分為7個工步：（1）粗車圓弧槽；（2）粗車槽底半圓??；（3）半精車軸向開檔；（4）精車槽底；（5）精車槽底半圓??；（6）精車上彎槽；（7）精車下彎槽。

T型槽上、下彎槽選用自制的方刃彎頭車刀，事先測量好刃口寬度進行編程，在數控程序中設定補償值。立車操作者對刀要仔細，過程中為了保證加工面的粗糙度要及時清理鐵屑。

1.7 高壓進汽管口的加工

高壓進汽管口最小直徑為φ260.35mm，最大直徑為φ273.45mm，管口深度為320mm，內孔圓柱度要求0.01mm，尺寸精度H6。由于尺寸精度、行位公差及表面粗糙度要求都極為嚴格，管口的加工也是汽缸加工難點之一。在數控200鏜床上，利用數控平旋盤加工。具體加工工步如下：（1）先精銑管口端面，按圖紙尺寸加工準；（2）粗銑密封內孔及底面，單邊留1mm余量；（3）精細最內側內孔及端面，按圖紙加工準；（4）利用三面刃槽銑刀盤加工密封槽，單邊留1mm余量；（5）利用平旋盤精鏜三處R2.5空刀槽。首先半精鏜環槽軸向端面，單邊留0.2mm余量。再加工軸向讓0.3mm，精鏜R2.5徑向空刀，達圖。最后再精鏜環槽軸向端面，達圖；（6）加工密封槽底，按圖紙尺寸加工準；（7）利用橋式精鏜刀精鏜內孔，按圖紙尺寸加工準；（8）加工各部倒角，按圖紙尺寸加工準[3]。

經過質保部自檢、與客戶聯檢，高壓內缸各項精度均達到圖紙要求，成功實現了首套高壓內缸零件的試制。

2 結語

該文在對汽輪機高壓內缸的結構特點及工藝難點的分析的基礎上，通過實際的生產運用，解決了汽輪機高壓內缸生產制造過程中的技術問題，總結了一套完整、高效的加工技術方案，為以后筆者公司加工類似缸體留下了寶貴經驗，同時也為公司創造了新的經濟增長點。

參考文獻

[1] 王莉莉.新型300MW、600MW機組高壓內缸工藝研究[J].機械工程師，2016（3）：225-226.

[2] 彭家元.汽輪機汽缸螺紋數控銑削加工[J].金屬加工，2010（3）：29-32.

[3] 張海霖.加工大直徑孔的刀具[J].機械工藝師，2001（1）：36.