熊運(yùn)龍，張世國

(東方汽輪機(jī)有限公司，四川 德陽，618000)

高中壓外缸開檔加工控制方案探討

熊運(yùn)龍，張世國

(東方汽輪機(jī)有限公司，四川 德陽，618000)

文章對(duì)火電汽輪機(jī)高中壓外缸龍門銑開檔加工上下半的錯(cuò)位控制方式進(jìn)行了探討，在加工經(jīng)驗(yàn)總結(jié)及數(shù)據(jù)收集基礎(chǔ)上對(duì)比分析，提出了不預(yù)合缸按經(jīng)驗(yàn)值加工準(zhǔn)的控制方案，并給出了實(shí)踐中的一些注意事項(xiàng)，以期在保證質(zhì)量受控的同時(shí)提升加工效率。

開檔，錯(cuò)位，經(jīng)驗(yàn)值

Abstract：This paper discusses the ways to control the dislocations of the HIP outer casing's axial locating surface when machining on longmen milling machine．Based on the processing experience and data collection as well as analysis,the paper puts forward the way of controlling dislocation by empirical value．It also gives some important notes which need extra attention in the producing process．It improves the processing efficiency while guaranteeing the quality．

Key words：axial locating surface,dislocation,empirical value

1 產(chǎn)品概述及加工要求

汽缸是將汽輪機(jī)通流部分與大氣隔開，保證蒸汽在其內(nèi)完成做功的透平部件，是高壓模塊中最重要的靜子部件之一。15萬及以上等級(jí)機(jī)組，高中壓汽缸多采用內(nèi)外雙層缸結(jié)構(gòu)。高中壓外缸作為支撐內(nèi)缸、汽封體及隔板套的大型靜子部件，其開檔尺寸的準(zhǔn)確性及上下半錯(cuò)位，直接關(guān)系到內(nèi)腔部件的定位準(zhǔn)確、蒸汽密封損失及系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性，對(duì)保證機(jī)組安全運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)性達(dá)標(biāo)發(fā)揮著重要的作用。

高中壓外缸為上下半連接件，軸向開檔尺寸定位公差一般為±（0．05～0．13） mm， 開檔上下半錯(cuò)位 要求在 0．05 mm 內(nèi) ， 粗糙 度 Ra1．6 或 Ra3．2，（見圖1）。依據(jù)產(chǎn)品工作狀態(tài)與加工狀態(tài)支撐方式盡可能一致的原則，高中壓外缸內(nèi)腔開檔采用水平工位加工的工藝方案。按照目前的設(shè)備配置，采用大型數(shù)控龍門銑，上下半單獨(dú)加工，單獨(dú)對(duì)上下半汽缸的軸向尺寸進(jìn)行控制。但由于加工時(shí)上半汽缸水平中分面朝上，這與其工作狀態(tài)下是不一致的，自重和狀態(tài)的差異導(dǎo)致尺寸變化的恒定性、可控性較差，這就給開檔尺寸及錯(cuò)位控制，帶來了一定難度。

圖1 某35萬汽缸外形圖

2 預(yù)合缸加工方式及優(yōu)缺點(diǎn)

高中壓外缸一般是鉻鉬類鑄鋼件，剛性好。但長度長，前后支撐位置跨距大 （約4 000～5 000 mm），自重大（約20～50 t），不可避免地存在一定撓度。工件加工時(shí)中分面向上，支撐在背部前后貓爪位置，在重力作用下，汽缸中部向下墜，兩側(cè)開檔往中間收，開檔總長變短。反之，汽缸中分面向下時(shí)，類似于四點(diǎn)支撐在中分面位置，兩側(cè)開檔有向兩端擴(kuò)的趨勢(shì)，開檔總長變長。對(duì)外缸下半，加工狀態(tài)與裝配狀態(tài)均為中分面向上，加工得到的開檔數(shù)據(jù)即為裝配實(shí)際數(shù)據(jù)。對(duì)外缸上半，加工時(shí)中分面向上，裝配時(shí)中分面向下，若加工時(shí)按下半數(shù)據(jù)一致加工，扣合時(shí)，必然會(huì)出現(xiàn)上半變長，開檔錯(cuò)位的情況，見圖2～3。

圖2 中分面向上，開檔變形趨勢(shì)

圖3 中分面向下，開檔變形趨勢(shì)

既然汽缸上半不可避免的加工與裝配狀態(tài)不一致，那么加工時(shí)可以模擬出其裝配狀態(tài)，將其變形量帶入加工去量中。比如采取圖4的加工方式：下半開檔按圖紙加工準(zhǔn)，上半開檔單邊留約0．5 mm余量。預(yù)合缸，得到裝配扣合狀態(tài)，測(cè)出上下半開檔錯(cuò)位數(shù)據(jù)，再按錯(cuò)位量確定上半加工去除量，加工準(zhǔn)上半開檔。

圖4 預(yù)合缸開檔加工流程

此種方式，通過下半保證了開檔定位尺寸準(zhǔn)確，通過預(yù)合缸控制了上下半開檔錯(cuò)位，只要錯(cuò)位數(shù)據(jù)測(cè)量準(zhǔn)確，加工時(shí)對(duì)刀、上刀無誤，就能有效控制高中壓外缸開檔尺寸與錯(cuò)位。在保證開檔加工質(zhì)量及減少二次返修上，優(yōu)點(diǎn)是明顯的，但仍存在一些效率及質(zhì)量上的問題。

（1）龍門銑預(yù)合缸對(duì)高價(jià)值設(shè)備的占用。合缸包括預(yù)合缸是對(duì)汽缸狀態(tài)有要求的一個(gè)工序。汽缸下半應(yīng)支撐穩(wěn)固，水平找正在0．05 mm內(nèi)。下半內(nèi)圓開檔加工準(zhǔn)后，正處于這一狀態(tài)。且上下半的加工資源與生產(chǎn)進(jìn)度協(xié)調(diào)，也要求預(yù)合缸借用下半在龍門銑已找正后的狀態(tài)，即在龍門銑完成預(yù)合缸。整個(gè)合缸過程，包括上半汽缸翻身轉(zhuǎn)運(yùn)，上下半汽缸鐵屑毛刺清理，汽缸推正，開檔錯(cuò)位數(shù)據(jù)收集，需占用龍門銑人員及設(shè)備約8 h時(shí)間。

（2）汽缸上半重復(fù)上活找正。高中壓外缸上半開檔半精加工后，翻身與下半完成預(yù)合缸，繼續(xù)進(jìn)行精加工，需要再次裝夾找正。作為汽缸這種復(fù)雜加工部件，需要支撐穩(wěn)固，找回原水平與左右狀態(tài)，至少需要龍門銑3 h時(shí)間。

（3）吊裝與推缸對(duì)汽缸質(zhì)量的影響。大件的起吊與翻身過程，本身就存在一定的安全與質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。預(yù)合缸增加了汽缸上半的二次起吊與翻身。且在龍門銑推缸，沒有深坑類似的臺(tái)位，人員操作不便，反復(fù)推缸，增加了中分面拉毛劃傷風(fēng)險(xiǎn)。

鑒于以上質(zhì)量及效率方面因素，需要在工藝方案上優(yōu)化與改進(jìn)，來降低精加工面損傷的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)及關(guān)鍵大件資源占用的效益損失。

3 不預(yù)合缸的加工方式的提出

3.1 原理及流程

汽缸在單半加工與上下半自由扣合狀態(tài)下，僅受重力作用，類似于兩端固定的梁結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生撓性變形。對(duì)同一種缸型，在預(yù)合缸測(cè)得的錯(cuò)位數(shù)據(jù)中，應(yīng)該是基本一致的。即高中壓外缸上半翻身扣合后，高壓汽封總會(huì) “長”一定值，中壓汽封總會(huì) “長”一定值。利用這一規(guī)律，可以將加工的高中壓外缸進(jìn)行分類，確定上下半合缸開檔錯(cuò)位的經(jīng)驗(yàn)值。加工時(shí)，下半按圖加工準(zhǔn)，上半開檔按經(jīng)驗(yàn)值加工短，見圖5。合缸時(shí)，上半變“長”，則上下半開檔重合，達(dá)到了控制開檔尺寸及錯(cuò)位的目的，同時(shí)減少了翻身預(yù)合缸及二次找正。

圖5 不預(yù)合缸開檔加工流程

3.2 試驗(yàn)驗(yàn)證

為驗(yàn)證這一理論的正確性，選取某35萬高中壓外缸，進(jìn)行工藝試驗(yàn)如下：先搜集3臺(tái)份汽缸預(yù)合缸的錯(cuò)位數(shù)據(jù)，驗(yàn)證經(jīng)驗(yàn)值的準(zhǔn)確性與恒定性；再按經(jīng)驗(yàn)值不預(yù)合缸，試加工3臺(tái)份，探索過程控制要素。

（1）錯(cuò)位數(shù)據(jù)搜集。在下半汽缸內(nèi)圓開檔加工準(zhǔn)，上半汽缸僅定位環(huán)加工準(zhǔn)，作為合缸基準(zhǔn)，其余開檔單邊留量0.5 mm基礎(chǔ)上，預(yù)合缸測(cè)得錯(cuò)位數(shù)據(jù)。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，3個(gè)臺(tái)份汽缸，高壓汽封內(nèi)端面錯(cuò)位恒定在0.35 mm，中壓汽封開檔內(nèi)端面錯(cuò)位恒定在0.3 mm，誤差0.05 mm內(nèi)。即可以將經(jīng)驗(yàn)值確定在高壓0.15 mm，中壓0.2 mm。

（2）過程控制要素。在不預(yù)合缸按經(jīng)驗(yàn)值加工準(zhǔn)開檔的流程中，影響開檔錯(cuò)位的因素主要有以下4個(gè)方面。

（a）撓性變形經(jīng)驗(yàn)值的準(zhǔn)確性是不預(yù)合缸加工的基礎(chǔ)。在前面的數(shù)據(jù)搜集中，可以暫時(shí)確定此35萬汽缸加工經(jīng)驗(yàn)值是準(zhǔn)確的。后續(xù)實(shí)際加工流程中，根據(jù)深坑合缸數(shù)據(jù)反饋，可跟隨調(diào)整。

（b）加工基準(zhǔn)統(tǒng)一。下半汽缸尺寸確定了與圖紙尺寸的符合，因此下半所有開檔是先加工準(zhǔn)的；上下半尺寸的對(duì)應(yīng)，需要統(tǒng)一基準(zhǔn)，按圖紙尺寸標(biāo)注，可以選取定位環(huán)定位面，因此上半汽缸定位環(huán)也需先加工準(zhǔn)。

（c）數(shù)據(jù)測(cè)量準(zhǔn)確性。數(shù)據(jù)測(cè)量即上下半分別用百分表打開檔到定位環(huán)的定位尺寸，按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)控制差值。首先開檔數(shù)據(jù)測(cè)量，上下半需在同一狀態(tài)進(jìn)行。工件處于壓緊狀態(tài)，松活后，應(yīng)力釋放，開檔數(shù)據(jù)會(huì)有變化，有時(shí)可能達(dá)到約±0.05 mm。但上下半變形是一致的，及上下半處于同一壓緊或自由狀態(tài)，數(shù)據(jù)是對(duì)應(yīng)一致的。其次龍門銑開檔數(shù)據(jù)測(cè)量，需反映出左右差值。由于附件、刀具磨損等多方面因素影響，開檔左右數(shù)據(jù)有時(shí)不是完全一致的，應(yīng)反映在數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)中?？梢宰鰧Ｓ玫挠涗浛ㄟM(jìn)行控制。最后精加工上刀后，應(yīng)再次復(fù)查尺寸，檢查上刀是否準(zhǔn)確。

（d）機(jī)床因素的影響。為排除機(jī)床不同的影響，上下半汽缸可以在同1臺(tái)龍門銑加工。理論上，在機(jī)床精度范圍內(nèi)，上下半汽缸在不同機(jī)床打出來的數(shù)據(jù)是基本一樣的。出現(xiàn)不一致的原因在于機(jī)床校準(zhǔn)修正后，精度降低情況不一致。若要將經(jīng)驗(yàn)值推廣到不同機(jī)床應(yīng)用，生產(chǎn)安排時(shí)可以將機(jī)床按精度等級(jí)分類。各自精度類型龍門銑，分別加工1套汽缸的上下半，在實(shí)踐中也可以滿足精度需求。

按新的上下半分開加工的工藝流程，在深坑合缸工序進(jìn)行驗(yàn)證，得到數(shù)據(jù)見表1。

表1 開檔加工及合缸錯(cuò)位數(shù)據(jù)單位：mm

可以看出，此類35萬高中壓外缸，按經(jīng)驗(yàn)值0.15 mm/0.2 mm不預(yù)合缸，直接加工準(zhǔn)上下半開檔，可以有效控制開檔尺寸及錯(cuò)位。下一步，需要將其推廣到其他缸型。

4 汽缸類型劃分與經(jīng)驗(yàn)值確定

4.1 汽缸分型

汽缸在重力作用下產(chǎn)生撓性變形。變形的大小，與汽缸重量與總長、開檔分布、管口布置等3個(gè)方面有關(guān)。

（1）汽缸重量越大，受重力越大。總長越長，支撐點(diǎn)間距相應(yīng)增大。汽缸撓性變形越大，開檔錯(cuò)位量越大。

（2）開檔級(jí)數(shù)多少及分布情況。越遠(yuǎn)離定位環(huán)，即在前后汽封檔，尺寸變化越大。靠近定位環(huán)的隔板套槽子或凸肩，離重心近，尺寸變化較小。且相應(yīng)開檔圓直徑大，處于汽缸外形回轉(zhuǎn)的主體部分，剛性好，變形小。

（3）管口多少則影響了汽缸的剛性。比如某些66萬分缸結(jié)構(gòu)的高壓外缸上半，背部僅1只管口，汽缸剛性好，相應(yīng)開檔變形小，一般在0.05 mm內(nèi)。

按這3個(gè)方面不同，把常加工的汽缸區(qū)分為如下6個(gè)類型 （見表2）。

表2 常見汽缸分型

4.2 初始經(jīng)驗(yàn)值獲得及使用中注意事項(xiàng)

按汽缸類型不同，在加工中搜集數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，可以得到不同汽缸的經(jīng)驗(yàn)值。初始經(jīng)驗(yàn)值一般采取首臺(tái)獲得、二臺(tái)驗(yàn)證、三臺(tái)優(yōu)化確認(rèn)的方式。即對(duì)無明顯類似結(jié)構(gòu)參考或未積累到經(jīng)驗(yàn)值的新缸型，首臺(tái)機(jī)組采用預(yù)合缸加工方式，測(cè)出錯(cuò)位量，作為后續(xù)加工的經(jīng)驗(yàn)值使用。第二臺(tái)機(jī)組可以不預(yù)合缸，分別加工準(zhǔn)上下半開檔 （下半按圖紙加工準(zhǔn)，機(jī)床打出開檔實(shí)際尺寸，上半按經(jīng)驗(yàn)值比下半加工 “短”），在鉗工深坑合缸時(shí)驗(yàn)證經(jīng)驗(yàn)值的準(zhǔn)確性。若經(jīng)驗(yàn)值有偏差，按偏差進(jìn)行修正，在第三臺(tái)機(jī)組上進(jìn)一步驗(yàn)證優(yōu)化，直至得出此類汽缸加工的成熟經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

值得一提的是，經(jīng)驗(yàn)值統(tǒng)計(jì)或使用過程中，需保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。可以從以下幾方面來控制：

（1）控制上下半開檔數(shù)據(jù)測(cè)量的準(zhǔn)確性。數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性無論是在經(jīng)驗(yàn)值確定還是使用中，都是錯(cuò)位控制的基礎(chǔ)。注意不在汽缸受切向頂正力狀態(tài)壓活，避免松活、壓緊狀態(tài)汽缸尺寸變化大。還可以采取尺寸記錄卡類似文件控制尺寸的準(zhǔn)確性、規(guī)范性與完整性。

（2）開檔數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)是一個(gè)長期的過程，即使是成熟的機(jī)組，也應(yīng)做好開檔定位尺寸及左右差值的記錄，以用做經(jīng)驗(yàn)值驗(yàn)證優(yōu)化及開檔出現(xiàn)錯(cuò)位時(shí)的數(shù)據(jù)復(fù)查及原因分析。

（3）對(duì)高、中壓內(nèi)外缸合缸的單層缸結(jié)構(gòu)，雖然此類缸一般剛性更好，開檔變形小，但開檔級(jí)數(shù)較多，難以一一控制，建議預(yù)合缸測(cè)錯(cuò)位量加工。

（4）鉗工深坑合缸時(shí)，支撐狀態(tài)需與龍門銑保證一致。即下半支撐在貓爪位置，貓爪有臺(tái)階的汽缸支撐在與中分面平行的貓爪面上。且應(yīng)注意支撐實(shí)在，無虛接觸。

（5）前面分析主要是針對(duì)高中壓外缸前后汽封檔變化情況。在長期的數(shù)據(jù)搜集中發(fā)現(xiàn)，常加工的15～60萬汽缸結(jié)構(gòu)，隔板套槽子或凸肩，開檔尺寸變化不大， 約 0～0．03 mm， 一般不超過 0．05 mm。故加工中可以按經(jīng)驗(yàn)值，上半適當(dāng)加工短即可。

通過2014～2016年，統(tǒng)計(jì)得到部分缸型開檔經(jīng)驗(yàn)值見表3（前后汽封數(shù)據(jù)即上半加工時(shí)比下半“短” 的值）。

表3 常見汽缸開檔控制錯(cuò)位經(jīng)驗(yàn)值

5 加工效果對(duì)比

通過以上分析，將高中壓外缸2種開檔控制方式對(duì)比，結(jié)果如表4所示。

表4 加工效果對(duì)比

對(duì)比發(fā)現(xiàn)，在同樣滿足汽缸開檔定位尺寸準(zhǔn)確、錯(cuò)位受控的情況下，按成熟經(jīng)驗(yàn)值加工，可有效減少龍門銑加工時(shí)間，降低中分面拉傷的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，提高加工效率。

6 結(jié)束語

本文通過對(duì)常規(guī)高中壓外缸結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與變形趨勢(shì)進(jìn)行分析，總結(jié)了預(yù)合缸開檔錯(cuò)位控制方式的優(yōu)劣。在經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)收集與規(guī)律總結(jié)的基礎(chǔ)上，提出了不預(yù)合缸，按開檔錯(cuò)位經(jīng)驗(yàn)值一次加工準(zhǔn)上下半開檔尺寸的方案，并提出了過程控制點(diǎn)，在實(shí)踐中進(jìn)行了驗(yàn)證。高中壓外缸按經(jīng)驗(yàn)值直接加工準(zhǔn)的開檔控制方案，為開檔控制提供了一種新的有效方法。在保證汽缸開檔尺寸及錯(cuò)位受控的基礎(chǔ)上，還提高了加工效率，為類似結(jié)構(gòu)部件的加工提供了參考。

Discussion on Controlling Dislocations of HIP Outer Casing's Axial Locating Surface

Xiong Yunlong，Zhang Shiguo
（Dongfang Turbine Co.,Ltd.,Deyang Sichuan,618000）

TK266

B

1674-9987（2017）03-0033-05

10．13808/j．cnki．issn1674-9987．2017．03．008

熊運(yùn)龍 （1988-），男，工學(xué)學(xué)士，工程師，畢業(yè)于重慶大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化專業(yè)，現(xiàn)從事汽輪機(jī)靜子部件加工工藝工作。