馬 超,撖俊虎,趙海濤,徐建平,李蘭花

寧夏共享精密加工有限公司,寧夏 銀川 750021

0 引言

目前,常規(guī)的水輪機(jī)下環(huán)為整體鑄造[1],且直徑基本在5 m以下,可以翻件加工,即出水邊和進(jìn)水邊分別加工到位。對于工件直徑達(dá)7 m及以上的下環(huán),均是分瓣鑄造,精車時(shí)需要合在一起加工,且需要保證上、下外圓及內(nèi)圓的同軸度0.12 mm、圓度0.15 mm、內(nèi)腔跳動(dòng)0.15 mm,如果需要翻件加工,如此大尺寸的分瓣薄壁環(huán)類零件,肯定存在變形[2],以上的形位公差及形狀公差均無法保證,且工件極有可能在結(jié)合面處斷開,有很大的安全隱患。工件合缸時(shí),需要在結(jié)合面處焊接2個(gè)把合塊,把合塊上安裝定位銷,焊接時(shí)會(huì)有應(yīng)力釋放而變形[3],這樣定位銷無法插入或者拔出。合缸后對工件找中心時(shí),常規(guī)方法是使用卡爪將工件推過去,但對于高度達(dá)1.5 m的分瓣大直徑的薄壁環(huán)類零件而言,只使用卡爪的話,上下推動(dòng)的距離不一致,導(dǎo)致上下變形,卡爪松開后,其變形量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于公差要求,所以分瓣環(huán)類零件的把合塊及加工方法就顯得尤為重要。針對需要合缸加工大直徑的薄壁環(huán)類零件形狀特點(diǎn)及尺寸要求,將專門針對此類工件制作的把合塊焊接到工件上來合缸,通過卡壓裝卡工裝,以實(shí)現(xiàn)內(nèi)外圓在一次裝卡狀態(tài)下加工完成,保證同軸度0.12 mm、圓度0.15 mm、內(nèi)腔跳動(dòng)0.15 mm等公差要求。

1 總體設(shè)計(jì)方案

總體設(shè)計(jì)方案[4]主要包括工藝準(zhǔn)備、車序、后序幾大方面,在車序中主要包括零件的裝卡方式以及零件在切削過程中的刀具及刀具參數(shù)的選擇,在后序中主要包括零件的吊運(yùn)、翻件等專業(yè)技術(shù)操作內(nèi)容。由技術(shù)人員完成相關(guān)模型、工藝及程序的編制,通過過程控制和關(guān)鍵技術(shù)指導(dǎo)來保證產(chǎn)品質(zhì)量。水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪下環(huán)精加工防變形技術(shù)研發(fā)的流程如圖1所示[5]。

圖1 水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪下環(huán)精加工防變形技術(shù)研發(fā)流程

2 加工基準(zhǔn)設(shè)計(jì)

一側(cè)十字方孔線分別按R 3 375 mm劃線,結(jié)合面按精加線劃線,結(jié)合面處十字方孔線弦長為5 845.67 mm,弧頂方孔線尺寸分別為1 687.5 mm。并在粗車前、粗車完成后、精車前3個(gè)階段測量并記錄弦長(見圖2)。精車完成后,在端面刻銑坡口基準(zhǔn)點(diǎn)(見圖3),并用此基準(zhǔn)點(diǎn)測量卸活前后、焊接過程中的變形量,用于指導(dǎo)焊接過程控制。

圖2 小端十字方孔線

圖3 銑坡口基準(zhǔn)點(diǎn)

3 工藝流程設(shè)計(jì)

結(jié)合面精加完成后,在車床上合缸,首先將等高墊鐵先支頂在出水端的工藝吊把處,按照進(jìn)水端端面上的十字樣沖線,將工件找到車床轉(zhuǎn)臺(tái)中心。常規(guī)找中心的方法是使用卡爪將工件推過去,但對于高度達(dá)1.5 m的分瓣大直徑的薄壁環(huán)類零件而言,僅使用卡爪的話,上下推動(dòng)的距離不一致,會(huì)導(dǎo)致上下變形,卡爪松開后,其變形量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于公差要求。將支頂工裝壓在工作臺(tái)上,使用千斤頂推工件的腰部,觀察外腔3個(gè)百分表的變化,并結(jié)合卡爪卡壓的力,保證3個(gè)百分表的變化一致,這樣就可以保證工件上下不變形,如圖4所示。

1—1#百分表;2—2#百分表;3—千斤頂;4—3#百分表;5—支頂工裝;6—4#百分表;7—壓塊;8—卡爪;9—M30螺栓;10—T型塊;11—車床工作臺(tái)。

工件找到中心后,使用焊板在內(nèi)腔將3瓣下環(huán)焊在一起,先反車懸空的出水端端面。出水端端面加工到位后,使用千斤頂將工件抬高,等高墊鐵挪到出水端端面。出水端端面焊接壓塊,T型塊塞入到工作臺(tái)T型槽內(nèi),用螺栓將壓塊和T型塊連接,其中螺栓中間部位必須加工成四方,以方便使用扳手?jǐn)Q緊。車床卡爪頂在壓塊上,且卡爪必須低于出水端端面,以保證刀具能加工完最下面的外圓,這樣就將工件固定到工作臺(tái)上。

外腔除有型位公差的部位留量外,外腔其余部位加工到位后,將把合塊焊接到下環(huán)結(jié)合面處,把合塊在設(shè)計(jì)及制作時(shí),為了保證拆缸后還能將3瓣下環(huán)把合到一起,重新組圓,并能保證型線面精度,需要對把合塊、定位銷及焊接流程進(jìn)行設(shè)計(jì)。將2個(gè)把合塊在3處3 mm凸臺(tái)拼焊在一起后,再加工? 50和? 66孔,如圖5所示。

圖5 把合塊設(shè)計(jì)圖

整體將把合塊焊接到分瓣下環(huán)結(jié)合面兩側(cè),定位銷不受工件變形的影響。把合塊焊接完成后,去除內(nèi)腔焊板,將內(nèi)腔及外腔有型位公差要求的加工到位。工件全部加工完成后,拔掉銷子,擰掉螺栓,將把合塊上的3 mm焊接凸臺(tái)打磨掉,即可拆缸,如圖6所示。

1—1#分瓣下環(huán);2—2#分瓣下環(huán);3—銷子;4—M64螺栓。

如此裝卡、合缸及加工流程等,可以保證不翻工件、不進(jìn)行二次裝卡,就可以將內(nèi)外腔加工完成,保證上、下外圓及內(nèi)圓的同軸度為0.12 mm,外圓圓度為0.15 mm,內(nèi)腔跳動(dòng)為0.15 mm,由此保證大直徑分瓣薄壁環(huán)類零件的加工精度。具體的加工流程及關(guān)鍵過程控制點(diǎn)如下[4]。

粗加工時(shí),在XK2150數(shù)控龍門銑機(jī)床,等高支頂大端? 6 992 mm,按照小端端面線找平,小端十字方孔線與x軸平行找正,誤差小于0.5 mm,驗(yàn)證劃線總高(1 523.3±0.5)mm,驗(yàn)證結(jié)合面處十字樣沖線(R 3 375 mm)距離5 845.67、1 687.5 mm。按線留量8 mm銑端面,按程序打點(diǎn),測量打點(diǎn)距離5 845.67 mm和1 687.5 mm。刀檢內(nèi)腔? 6 640 mm,深度20 mm,用于車床合缸及找正基準(zhǔn)。按線留量5 mm銑結(jié)合面,吊把保留用于翻活。

在DVTM12500車銑復(fù)合機(jī)床,將單瓣下環(huán)吊至工作臺(tái),等高支頂已加工? 6 850 mm端面,按照已加工小端面找平,端面十字方孔線及刀檢內(nèi)圓找正。3個(gè)結(jié)合面處外腔各滿焊4個(gè)焊板,按照已加工小端面找平,刀檢內(nèi)圓找正(結(jié)合面處相等,弧頂處突出3.54 mm),并以大端樣沖線驗(yàn)證找平找正,車? 6 992 mm外圓基準(zhǔn)至? 7 016 mm,粗車大端面,按線留量8 mm優(yōu)先保證總高:1 523.3 mm+8 mm+8 mm=1 539.3 mm,粗車內(nèi)腔型線面,小端開口車為直段,便于下序裝卡。3個(gè)結(jié)合面處內(nèi)腔各滿焊4個(gè)焊板,去除外腔焊板及? 7 061 mm外圓吊把,粗車外腔,小端外圓吊把保留用于翻活,拆缸卸活。

精加工時(shí),在XK2150數(shù)控龍門銑機(jī)床,等高支頂大端? 6 992 mm,按照小端端面線找平,小端十字方孔線與x軸平行找正,誤差小于0.5 mm,驗(yàn)證劃線總高(1 523.3±0.5) mm,驗(yàn)證結(jié)合面處十字樣沖線(R 3 375 mm)距離5 845.67 mm。按線留量5 mm銑端面,按程序打點(diǎn),測量距離5 845.67 mm和1 687.5 mm,小端吊把以最小加工量銑平,刀檢? 6 850 mm外圓至? 6 870 mm,銑結(jié)合面到位,吊把保留用于翻活。

震動(dòng)時(shí)效不小于72 h自然時(shí)效后,在DVTM12500車銑復(fù)合機(jī)床,將單瓣下環(huán)吊至工作臺(tái),等高支頂在小端吊把,將小端面支空,卡爪外卡。3個(gè)結(jié)合面處內(nèi)腔各滿焊4個(gè)焊板,車小端面到線,調(diào)整等高墊鐵位置,等高支頂已加工? 6 850 mm端面,卡爪內(nèi)卡;按照已加工大端面找平,已加工外圓找正,車? 6 992 mm外圓至? 6 998 mm,車大端面到線,優(yōu)先保證總高1 523.3 mm;車外腔到位,在單邊留量2 mm時(shí)松卡爪釋放應(yīng)力,驗(yàn)證找平找正后,再精加工到位,其中? 6 850 mm車至? 6 856 mm焊接外腔焊件,并在小端面焊接9個(gè)U型板,將工件卡壓在工作臺(tái),9個(gè)U型板保留至結(jié)合面坡口加工完,去除內(nèi)腔焊板,注意控制焊接層溫,防止變形,卡爪外卡,以已精加工面驗(yàn)證找平找正,半精車內(nèi)腔型線面,x向單邊留量1 mm時(shí),進(jìn)行無損檢測,合格后使用R8圓弧刀精車型線面,型線面精車完成后,使用專用刻線工裝刻線,深度小于0.1 mm,寬度小于0.3 mm,優(yōu)先保證? 6 856.3 mm和1 523.3 mm-97.1 mm=1 426.2 mm,卡爪內(nèi)卡,精車? 6 992 mm及? 6 850 mm,驗(yàn)收型線面、圓度和同軸度,合格后方可卸活、拆缸、單半卸活,保證無機(jī)損。

在數(shù)控鏜銑床轉(zhuǎn)臺(tái),等高支頂小端? 6 850 mm,按照打端面找平,按大端面坐標(biāo)點(diǎn)找正,并用結(jié)合面驗(yàn)證找正,結(jié)合面針對主軸,銑結(jié)合面坡口。

坡口加工完再次拼成整圓,查看結(jié)合面牙子錯(cuò)臺(tái),測量弦長,吊垂線,找圓心,測量18處半徑數(shù)值。

4 結(jié)束語

通過現(xiàn)場實(shí)時(shí)跟蹤,對現(xiàn)場水輪機(jī)分瓣式下環(huán)從吊運(yùn)、翻轉(zhuǎn)、找平、找正,再到粗加工、精加工,對整個(gè)過程進(jìn)行質(zhì)量控制,上、下外圓及內(nèi)圓的同軸度小于0.12 mm,外圓圓度小于0.15 mm,內(nèi)腔跳動(dòng)小于0.15 mm,其余部位變形量小于0.4 mm,有效減少了質(zhì)量問題的數(shù)量,保證加工質(zhì)量符合顧客終檢要求,并且大大提高了加工效率。目前此流程已經(jīng)在現(xiàn)場得到了廣泛的推廣和應(yīng)用,前期所做的技術(shù)積淀將為更大型的零件加工提供更好的技術(shù)指導(dǎo)。