張丹丹 張偉健 湯恒木

【摘要】絲堵式管箱是絲堵式空冷器管束的關(guān)鍵部件，由于其特殊的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和較高的精度要求，給機械加工過程造成很大困難，而Incoloy 825材料又存在塑性變形大、切削力大、刀具的銑削磨損a快、加工硬化現(xiàn)象嚴重等多重因素，更造成管箱的機械加工難度，本文針對這一系列問題，從板材坡口的銑削加工、成品管箱管板與絲堵板的機械加工中出現(xiàn)難點問題進行的研究，通過不斷試驗改進，最終解決問題，使管箱加工達到圖紙設(shè)計要求。

【關(guān)鍵詞】Incoloy 825材質(zhì)絲堵管箱；坡口加工；管孔、絲堵孔加工

1、Incoloy 825鎳基合金的物理和化學(xué)性能

鎳基合金是化學(xué)、石油、有色金屬冶煉、航空工業(yè)、核能工業(yè)領(lǐng)域中耐高溫、高壓、高濃度等各種苛刻腐蝕環(huán)境中較理想的金屬材料。Incoloy 825合金由于富含Cr、Mo、Cu，對氧化性酸和非氧化性酸均有良好的耐腐蝕性能。尤其對硫酸具有極高的耐腐蝕性。由于Cr、Mo、Ni含量高，在氯化物環(huán)境下的耐點腐蝕性能、耐間隙腐蝕性能、耐應(yīng)力腐蝕開裂性能優(yōu)異。Incoloy 825合金將碳含量控制在極低水準，焊接時不易敏化，且晶間腐蝕敏感性較低。

Incoloy 825合金鎳含量為38-46%，其余主要元素有Fe、Cr、Mo等見下表。鎳基合金應(yīng)用廣泛，主要原因在于，一是鎳基合金中可以溶解較多合金元素，且能保持較好的組織穩(wěn)定性；二是可以形成共格有序的 A3B型金屬間化合物γ[Ni3（Al，Ti）]相作為強化相，使合金得到有效的強化，獲得比鐵基高溫合金和鈷基高溫合金更高的高溫強度；三是含鉻的鎳基合金具有比鐵基高溫合金更好的抗氧化和抗燃氣腐蝕能力。鎳基合金含有十多種元素，其中Cr主要起抗氧化和抗腐蝕作用，其他元素主要起強化作用。由于Incoloy 825含有大量的多種合金元素形成了復(fù)合碳化物，其合金化程度很高，使基體的強化效果好，合金的熱穩(wěn)定性高，其機械物理性能見表2；Incoloy 825固溶處理后，組織和性能會更好，一般使用狀態(tài)經(jīng)過固溶處理，固溶處理后會形成很穩(wěn)定的碳化物和特殊碳化物，其共同點是熔點低、硬度低、穩(wěn)定性好。這些碳化物既難溶于晶格中，又難于使晶粒聚集長大，并彌散狀分布在晶界處，阻礙晶界滑動與漂移，使該合金的強度、硬度、耐熱性得到很大的提高。正由于這些特殊的性能，對其進行加工變得極其困難。

2、Incoloy 825鎳基合金加工性能分析

鎳基合金由于自身較高的強度和一定的抗氧化腐蝕能力，在石油、化工、電力等各種耐腐蝕環(huán)境中應(yīng)用較為廣泛，但由于該材料本身切削溫度高，在高溫區(qū)易與刀具材料發(fā)生非常強烈的化學(xué)反應(yīng)，而且容易產(chǎn)生加工硬化現(xiàn)象，因此，被認為是比較典型的難切削材料，坡口銑削、刀具選取成為難點之一；

絲堵管箱制作工藝復(fù)雜，尤其是管孔與絲堵孔分別在相對的管板與絲堵板上，兩者間距206 mm，管孔尺寸為Φ25.25 + 0.15 mm，絲堵孔加工到Φ28.2 mm，管箱上絲堵孔與管孔的同軸度為0.5 mm，管箱上相鄰兩孔中心距允差為±0.5 mm，任意兩孔中心距允差為±1 mm，絲堵孔锪孔的深度為1.7 mm，直徑Φ37 mm， 锪孔的表面粗糙度為1.6，锪后的密封面不允許有橫紋，斑痕和貫通的刻痕，Incoloy 825加工時存在切削力大，粘刀等問題，因此要保證其加工精度要求，加工管孔、絲堵孔成為難點之二。

3、研究對象的提出

我們研究是在型號為GP12×3.5-6-296-20.5S-23.4/DR-Ⅲf Incoloy 825空冷器上進行的，該空冷器設(shè)計壓力為25.4Mpa，管箱焊接采用坡口形式為U型坡口，板周邊余量5mm，銑削坡口寬度為36mm，深度為8mm，加工余量大；該合同管箱共計648個孔，其中一半為管孔需要鉆、擴、半精鉸孔及精鉸孔、一半為絲堵孔需要鉆、擴、攻絲、锪平密封面等工藝過程。由于設(shè)計結(jié)構(gòu)復(fù)雜、材料特殊、加工精度要求嚴格，在加工過程中會存在多重難題，解決好這些難題是空冷器實現(xiàn)設(shè)計要求的必要前提。

以下分別對坡口加工、管孔、絲堵孔加工中出現(xiàn)問題進行描述、原因分析并提出解決措施。

4、問題產(chǎn)生原因及解決措施

4.1 坡口加工出現(xiàn)問題及解決

4.1.1 坡口加工過程中，主要出現(xiàn)以下幾種問題

銑削過程中，板的塑性變形很大。在板材銑削過程中，板材出現(xiàn)不同程度的彎曲（俗稱鐮刀彎）；

刀具磨損過快。由于鎳基合金的材料特性，加工過程中出現(xiàn)刀具機械磨損、粘刀嚴重、刀具崩刃、片狀剝落等多種現(xiàn)象，刀具使用壽命極低；

加工硬化現(xiàn)象嚴重，易生成積屑瘤而使加工表面惡化。通過硬度分析加工前后加工表面硬度，發(fā)現(xiàn)鎳基合金加工時其表面硬化程度為母材硬度2-5倍。

4.1.2 出現(xiàn)以上問題原因分析

切削力較大。鎳基合金其單位切削力比45鋼高25%；

切削溫度高。在相同條件下，切削溫度約為45鋼1.5-2倍，切削過程中，硬質(zhì)夾雜物易與刀具發(fā)生粘接，使刀具耐用度降低；

刀具材料、刀具幾何參數(shù)、切削用量選用不合理，造成切削中途刀具失效，無法繼續(xù)進行。

4.1.3 問題改進與解決

根據(jù)以上問題的分析，在銑削過程中，由于材料的特殊性，銑削力大，切削熱高，造成了零件的塑性變形與表面硬化，同時也造成了刀具與切削界面的粘接磨損，針對以上分析，我們采取以下措施：

在切削過程中，選用合適的切削液進行充分的潤滑、冷卻，減輕摩擦，減小切削力，降低切削溫度，提高刀具的耐用度；

選擇適用于加工高溫鎳基合金材料的刀片，在試驗中，我們先后選用三個刀具廠家?guī)讉€不同型號刀具進行了工藝試驗，最終選擇山特維克可樂滿刀片型號為RCKT1204MO-PMS30T和RCKT1606MO-S40T，滿足加工要求，提高刀具的耐用度；

選擇合適切削用量；在大量實驗基礎(chǔ)上，根據(jù)機床特性，我們選擇最大切削速度62m/min，進給速度150mm/min，吃刀量2mm。

4.2 Incoloy 825管孔、絲堵孔加工過程中出現(xiàn)問題及解決措施

4.2.1 本臺空冷器管束采用強度焊加貼脹，在加工孔的過程中主要存在以下問題

管孔、絲堵底孔加工過程中，孔內(nèi)出現(xiàn)橢圓、棱邊現(xiàn)象；

絲堵孔攻絲后出現(xiàn)個別孔止規(guī)止不住現(xiàn)象；

絲堵孔密封面上出現(xiàn)橫紋、斑痕。

4.2.2 問題的原因分析

分析孔加工過程中出現(xiàn)問題，主要有以下幾種原因：

管孔、絲堵底孔加工過程中出現(xiàn)橢圓、棱邊現(xiàn)象。通過跟蹤車間生產(chǎn)、做大量實驗，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)此現(xiàn)象主要有以下幾方面原因造成：管箱高度高，使用加長鉆頭，鉆出底孔出現(xiàn)傾斜現(xiàn)象；轉(zhuǎn)速選擇不當；進給量大；鉆頭磨偏等幾個方面原因；

絲堵孔在加工過程中，出現(xiàn)個別孔止規(guī)止不住現(xiàn)象。絲孔止規(guī)止不住主要由于中徑過大。攻絲時操作不當；絲錐夾持不同心，絲錐跳動；攻絲時粘屑等都會造成中徑大；

絲堵孔密封面上出現(xiàn)橫紋、斑痕。在加工中刀桿過長、主軸震動、零件沒壓實等等都會影響密封面質(zhì)量。

在實際的加工中，由于操作工責任心不強，機床精度等等原因會造成加工時出現(xiàn)一系列問題，這些問題說明操作者不僅要不斷加強學(xué)習(xí)，還要掌握機床特性，通過不斷學(xué)習(xí)、不斷實踐創(chuàng)新，提高自己的技術(shù)水平，發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。

4.2.3 問題的解決

⑴密封面出現(xiàn)問題。零件裝夾必須放平、壓實，選擇合適的機床轉(zhuǎn)速和進刀速度，采用特制的刀桿，刀桿不能過長，避免加工過程中出現(xiàn)質(zhì)量問題。

⑵止規(guī)止不住問題。增加相關(guān)工序，控制螺紋底孔；選用防粘接切削油，避免絲錐粘屑；加工工件前調(diào)整好絲錐與夾頭間隙，保證攻絲時中徑尺寸。

⑶孔出現(xiàn)橢圓、棱邊現(xiàn)象?？刂沏q孔余量，避免余量過小，導(dǎo)致鉸孔鉸不凈；增加工序，控制鉸孔前道工序孔尺寸；將鉸孔進給量設(shè)置到0.1mm/r，控制鉸孔質(zhì)量。

我們解決Incoloy 825鎳基合金管箱加工過程中出現(xiàn)難點問題，保證產(chǎn)品質(zhì)量，對影響難加工材料的各方面因素進行全面、綜合研究，掌握加工過程中切削參數(shù)，為后續(xù)Incoloy 825鎳基合金加工奠定基礎(chǔ)。