工业汽轮机前汽缸大螺纹孔加工工艺的改进分析

引言

大螺纹孔包括60i、50i、n12o等型号,分布于工业汽轮机前汽缸表面。传统大螺纹孔加工工艺首先在机床扩充底孔,然后利用旋风铣削技术及攻丝完成螺纹加工。该工艺在加工过程中出现误差的概率较高,且时常发生烂牙问题,大螺纹孔加工质量无法达到工业生产要求。为解决这一技术难题,需要对相关加工经验进行总结。

1加工设备选型

1.1加工机床

本文研究1oonM小型汽轮机大螺纹孔加工工艺,以孔径为60i的螺纹孔为研究对象。选用数控瞠铣机床,该机床控制系统为闭环形式,自带位置检测装置,将位置信号转化为数字信号传输回控制系统,调整机床的运动方式完成加工。闭环控制机床的优势在于,当机床检验出实际加工位移与标准数据出现偏差时,可根据误差情况自行调整工作台运动状态,对误差进行补偿。当实际加工位移等于标准位移时,这种补偿自动停止,以达到更高的加工精度。经验证,该机床加工精度高达ow005mm。

1.2螺纹铣刀

螺纹铣刀主要用在大螺纹孔螺纹加工阶段。选用专门铣削硬质合金的铣刀,铣刀刀杆的有效长度在190mm,刀盘直径在75mm。铣刀自带螺纹连接头,并通过螺纹连接头与机床瞠杆相连,完成运动过程。铣刀由8片带涂层三角形硬质合金专用刀组成,各刀片可灵活移动,在使用过程中,各刀片间相互转换也更为便捷。刀片与铣刀主体通过固定槽、锥度孔等

结构连接,为保证在前汽缸大螺纹孔加工过程中,分面与大法兰面和底面相互垂直,要求将前汽缸的分面放置在等高面上进行加工,并通过大法兰面和底面找平。首先对底面进行精铣,然后将铣过的底面放置在机床操作台上,以保证各面垂直。

2大螺纹孔底孔加工

2.1加工工艺

中心孔的加工通过定心复合钻完成,在正式加工前对底孔进行预钻,能显著提高大螺纹孔加工效率。需要注意的是,底孔加工在半封闭状态下进行,钻孔产生的钻屑会影响底孔内冷却试剂的流动,导致加工温度上升,影响底孔加工质量及相应机具的使用寿命。除选用适当的加工钻具外,还可在加工过程中喷涂冷却喷雾,对温度进行控制。

中心孔成孔完毕后,开展扩孔操作,即使用直径逐渐上升的钻具进行扩充。大螺纹孔的底孔通常直径较大,为合理缩短加工时间,一般使用专门的扩孔钻具或复合钻,结合孔径扩充剩余空间,调整复合钻直径。不同汽轮机对底孔直径有不同要求,为降低大螺纹孔加工成本,并提高钻具适用程度,可在标准钻具基础上对其进行加工和打磨,使其更加适应底孔加工需求。例如,加工对象为M120×4大螺纹孔时,该螺纹规格底孔为直径116mm,当底孔孔径复合铣钻到114mm左右时留2mm余量,再利用管铣刀将底孔管至116mm,以保证底孔加工的精度。底孔加工必须严格依照螺纹孔加工尺寸要求进行,孔径偏大或偏小都会影响最终成孔质量。当底孔孔径不足时,螺纹铣削加工过程产生更大的铣削力,易导致螺纹变形,甚至损坏螺纹铣刀。

22钻具优化

底孔加工是小型工业汽轮机前汽缸大螺纹孔加工的首要步骤。一般情况下,首先完成中心孔加工,再钻底孔。通过实践总结发现,大螺纹孔底孔加工可借助浅孔钻及大直径深孔钻配合完成。二者均属于转位刀片钻,仅在加工深度与直径上存在区别。例如,浅孔钻主要用来加工深度在80mm以下或深度为孔径3～5倍的底孔,而大直径深孔钻或复合钻可用于加工深度在50～180mm、孔深为孔径6～8倍的底孔。在加工过程中,两种钻具相互配合可达到较佳的加工速率,且底孔排屑状况良好。对于加工精度要求较高的大螺纹底孔,可通过精管促使孔径与表面平滑程度达到加工要求。以直径为116mm的底孔加工为例,当使用传统工艺进行底孔加工时,需要将3种钻具结合使用,其中钻具的最大转速在200r/min,最大进给量在30mm/min。而使用多片刀钻具时,最大转速可达到280r/min,最大进给量为45mm/min,此时完成底孔加工的总时间从150min下降到20min之内。

3大螺纹孔螺纹加工

31加工工艺

100Mw汽轮机前汽缸大螺纹孔(M72以上的螺孔）螺纹加工涉及较大的攻丝切削量,传统的丝锥攻丝基本很难实现。目前大螺纹孔加工通常采用以下几种设备:数控旋风铣、螺旋梳铣刀、螺纹槽丝锥、内容屑丝锥及手动旋风铣床等。本文选用的是数控旋风铣铣削螺纹,采用旋风铣削方法加工螺纹,与传统螺纹加工方法相比有以下几个优点:

(1）通过调整偏心座偏心量,可在一定范围内加工不同直径规格的螺纹:

(2）不同螺距的螺纹加工通过改变传动机构的传动比或更换传动丝杠完成:

(3）加工效率高,旋风铣加工螺纹时采用高速切削,比丝锥加工螺纹效率高:

(4）螺纹表面粗糙度低,表面质量好,由于采用高速铁削,切削速度可达210m/min,从而提高了螺纹表面加工质量,粗糙度可达Ra11.6mm。

32技术改进

目前,行业中有螺旋槽丝锥和内容屑丝锥两种螺纹加工工艺。其中,螺旋槽丝锥主要用于加工材料硬度较高、强度较大的盲孔。这类丝锥的锥角较小,一般为15o,对于主材为400不锈钢的大螺纹孔加工非常适用。在加工过程中,可通过降低螺旋槽丝锥螺纹的长度来减轻切削扭矩,提高加工精度并缩短加工时间。内容屑丝锥主要针对直径、螺距、螺纹质量均要求较高时的大螺纹孔加工。在攻丝过程中,切削屑可顺攻丝方向排出,并将切削屑暂时存放在丝锥内部中空位置,避免在螺纹孔内大量堆积[3]。内容屑丝锥可垂直或水平使用,一般情况下其切削速度可达到3～6m/min。

相较于其他大螺纹孔螺纹加工工艺,数控旋风铣削螺纹的加工方式能一次性完成螺纹加工作业,并能显著降低加工时间,提高加工效率,同时各加工制造企业也会优先选择此种方式进行螺纹铣削加工作业。而目前螺旋槽丝锥和内容屑丝锥主要用在M72以下型号的前汽缸螺纹孔加工作业中。随着相关实验及研究工作的开展,相信大螺纹孔加工更为先进高效的工艺方法会相继出现。

4结语

工业汽轮机在现代化生产中的应用频率逐渐提高,给大螺纹孔加工质量提出了更高要求。为有效解决前汽缸大螺纹孔加工技术难题,要求相关单位优选加工设备及加工工艺,并结合自身生产需求,对标准工件做出合理改进,提高大螺纹孔加工工艺与前汽缸大螺纹加工精度、加工效率,通过对比分析找出最经济、加工效果最优的汽轮机前汽缸大螺纹孔加工方案。