汽輪機高壓缸中分面聯接螺栓內孔加工研究

劉現棟

（哈爾濱汽輪機廠有限責任公司，哈爾濱 150046）

0 引言

汽輪機高中壓部分是汽輪機最為關鍵的部套，其中分面聯接螺栓在汽輪機工作時承受著高溫和高壓荷載，在安裝時要對聯接螺栓使用液壓扳手預緊，為保證足夠的預緊力，高中壓螺栓一般都采用加熱后拉伸預緊工藝。為加熱螺栓，在螺栓制造過程中必須在螺栓中間加工出一個φ29 mm，深1550 mm的內孔作為放置加熱桿使用。

螺栓內孔有著嚴格的加工要求，表面粗糙度Ra3.2，孔偏心公差不超過0.3 m，材料型號為422（1Cr10NiMoW2VNbN-5），硬度275～310 HB，屬于細長孔加工，細長孔加工是加工工序中難度較大的內容。廠內使用的機床是Z2120A型深孔鉆床，比較老舊，剛性較差，如圖1所示。

1 加工試驗研究

試驗采用BTA內排屑深孔鉆，用于加工φ6～φ60 mm、長徑比L/D大于100、精度H7～H9級、表面粗糙度Ra3.2的深孔，生產效率是外排屑的3倍以上。

1）鉆孔注意事項：工件端面應與工件軸心線垂直，以保證端面密封可靠；正式加工前在工件孔位上預鉆一個淺孔，引鉆時可起到導向定心作用；為保證刀具加工壽命，最好采用自動進給走刀；進液器、活動中心支承中的各導向套如有磨損，應及時更換，以免影響鉆孔精度。

圖1 Z2120A型深孔鉆床

2）深孔加工操作要點：主軸和刀具導向套、刀桿支承套、工件支承套等中心線的同軸度應符合要求；切削液系統應保證正常；工件的加工端面上不應有中心孔；切屑形狀應保持正常，避免生成直帶狀切屑；采用較高速度加工通孔，當鉆頭即將鉆通時，應降速或停機以防損壞鉆頭。

3）深孔加工切削液：深孔加工過程中會產生大量切削熱并不易排出，需要供給充足的切削液潤滑冷卻刀具。一般選用1∶100乳化液或極壓乳化液；最好選用極壓乳化液或高濃度極壓乳化液，可獲得較高加工精度和表面質量，切削油的運動黏度通常選用（40℃）10～20 cm2/s，切削液流速為15～18 m/s；如果排油不暢，可適當選用黏度低的切削油；對于此類精度高的深孔加工，可選用切削油配比為40%的極壓硫化油+40%煤油+20%氯化石蠟。

4 ）本次試刀一共試了3種規(guī)格的刀片。

a.C5材質、TICN 涂層、HI槽型（080918-504）4PCS。由于該設備較老，為保證安全，按照原先的轉速和進給速度，按照原來的參數加工的Vc=47 m/min，f=0.08 mm/min。

結果是鐵屑較長，易堵塞內排屑管道，且加工了2～3個零件后刀片切削刃靠外側倒角處的磨損特別嚴重，壽命不長，性價比不好。針對出現的鐵屑較長易堵塞的問題，經過排查后，決定把排屑管后部原來的的直角彎管改為圓弧彎管，應用后發(fā)現效果很好幾乎不再堵塞。

圖2

b.C2材質、TiCN 涂層、HI槽型（090417-531）4PCS。Vc=47 m/min，f=0.08 mm/min。

同樣的涂層和槽型，同樣的參數，但加工后發(fā)現壽命比C5高很多，6個新刀片剛做時鐵屑較長幾乎整根不斷，每做一根鐵屑就越短，做到最后第6根時斷屑形狀為C型，刀片切削刃磨損較均勻且輕微，可再做，但考慮到工件的安全性未在加工。

c.C2 材質、TiAlN 涂層、標準 T-A（1C22A-29）2PCS。Vc=47 m/min，f=0.08 mm/min。

加工完8個工件后發(fā)現鐵屑從第1個到第8個幾乎沒有什么改變，切削刃磨損較090417-531小，均勻，前刀面上磨損也比090417-531小，分析估計連續(xù)加工時間長油溫也較高，TiAlN涂層比TiCN涂層更耐磨，性價比較高，且換刀簡單。

2 改進前后的加工參數對比總結

1）工藝改進前加工參數，加工效果及刀具損耗。刀柄：兩根長1700 mm鉆桿。刀片為單刃鑲硬質合金鉆頭。材質為硬質合金，國產。冷卻方式為油冷（高壓）。切削速度VC=47.4 m/min。進給速度f=0.09 mm/r。切削長度為1550 mm。轉速為521 r/min。刀具壽命為1～2/pcs。表面粗糙度很少能達到Ra3.2。

圖3 深孔鉆

2）工藝改進后加工參數，加工效果及刀具損耗。

刀柄：080806-47，080806-48，080807-3，非標 BTA的鉆桿。刀片：a.C5材質，TiCN涂層，HI槽型（080918-504）；b.C2 TiCN HI （090417-531）；c.C2 TiAlN T-A（1C22A-29）。材質為 C5，C2。冷卻方式為油冷（高壓）。切削速度VC=47.4 m/min。進給速度f=0.09 mm/r。切削長度為1550 mm。轉速為521 r/min。刀具壽命為6～8/pcs。表面粗糙度Ra3.2較好。

通過對比，顯而易見，工藝及加工刀具改進后刀片損耗降低很多，同時孔的表面質量有所提高。

3 經濟效益及意義

由于Z2120A深孔鉆床老化，機床剛性差，加工螺栓內孔形位公差及表面質量達不到圖樣的設計要求，廢品率多，嚴重影響交貨期，而更換一臺深孔鉆設備成本要500萬元左右，成本較高。通過改進刀具工裝，改善加工參數，很好地解決了這個問題，節(jié)省了成本，提高了效率。

［1］ 陳日曜.金屬切削原理［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2002.

［2］ 王學義.工業(yè)汽輪機加工方法［M］.北京：中國石化出版社，2011.