G008工業汽輪機加工技術

■南京汽輪電機（集團）有限責任公司 （江蘇 210037） 孫克強 柳 政 湯 磊

G008工業汽輪機加工技術

■南京汽輪電機（集團）有限責任公司 （江蘇 210037） 孫克強 柳 政 湯 磊

摘要：針對某工業汽缸內部結構“口小肚子大”、加工空間小且軸承檔內各尺寸精度要求高的問題，在組焊工件時，以搭焊的定位基準來保證焊接后的同軸度偏差，在車削時采取合適的加工方法及刀具，避免車刀干涉，保證內孔和溝槽的加工精度，為同類型汽缸的加工積累了經驗。

1. 工件結構

G008工業汽輪機為我公司設計的第二款工業汽輪機，此臺工業汽輪機前汽缸（見圖1）為鑄件，前汽缸與前軸承座是通過下半的半圓坡口焊接連接，并且該工件總長有2m，內徑最小處僅有φ235mm，加工空間很小，而且軸承座各檔內圓的尺寸精度要求很高，對于加工及檢驗測量是一個很大的挑戰。

2. 加工難點分析

在圖樣的消化過程中，我們發現了在加工時可能出現的問題與難點如下：

（1）前汽缸與前軸承座通過下半的半圓坡口焊接連接，如何保證焊接精度？如何控制焊接變形量？

（2）前汽缸與前軸承座焊接完后整體工件長度有2m，其中前汽封最小內圓只有φ235mm，而軸承檔部分要將車刀穿過最小內圓來加工，軸承檔最大內圓為φ359mm，造成了“口小肚子大”的情況，而且軸承檔內各尺寸精度要求很高，公差最小處僅為0.03mm。如何裝夾、如何對刀、如何測量以及如何避免加工干涉是加工難點。

圖1　工業汽輪機前汽缸結構示意圖

3. 控制焊接變形量

該汽缸毛坯為5個部分：前汽缸體上半、前汽缸體下半、前軸承座下半、前軸承蓋和前軸承座蓋。我們將前汽缸體上、下半分為一組，前軸承座下半、前軸承蓋和前軸承座蓋分為一組，分別進行粗加工。

粗加工過程中首先要面對的

難點是前汽缸與前軸承座通過下半的半圓坡口焊接連接，通過對圖樣的分析，我們找出了焊接過程中可能發生的偏差：一種為汽缸體與軸承做下半中分面由于搭焊定位不準或者焊接收縮變形產生一個夾角（見圖2），一種為汽缸體與軸承座下半軸線發生偏移（見圖3）。而這兩種偏差肯定是同時存在的，總結起來就是不同軸。如何控制焊接后同軸度是粗加工攻關必須要解決的難點。

圖2　汽缸體與軸承座下半中分面產生一個夾角

圖3　汽缸體與軸承座下半軸線發生偏移

為了消除以上兩種偏差，關鍵在于在粗加工時，要將搭焊的定位基準加工準確，我們特別重視了焊接坡口處2mm定位半圓面的加工，在加工前汽缸體下半及前軸承座下半時，對該坡口采用同一加工狀態及加工程序，保證該處的加工精度，保證搭焊前該基準準確一致。其余各檔都放了5mm加工余量。

在搭焊前，按圖4所示將汽缸體及軸承座下半水平中分面向下放置于等高塊上，保證兩工件水平中分面共面，再將兩工件坡口處2mm半圓對齊，調整工件，保證坡口端面間距2mm，再用2mm塞尺檢查該間距。

圖4　搭焊前的定位支撐

然后在汽缸體及軸承座下半底部用多根支撐棒焊牢，這樣能控制最終半圓坡口的變形量，焊牢后將工件翻身，復測坡口間隙及各檔同軸度，偏差不超過1mm，在余量允許的范圍內。

最后將半圓坡口燒焊完成，通過龍門銑用3D尋邊儀測量，平面度跳動2.7mm，軸向偏差2mm，內圓不同軸度1.2mm。而粗加工各處所放余量為5mm，由此說明該工件焊接變形量被很好地控制在余量范圍內。

4. 保證加工精度

工件的裝夾如圖5a所示，不僅能保證系統剛性，而且能控制裝夾變形。加工汽缸體各檔隔板槽時，機床的φ300mm滑枕直徑和行程就可以滿足。但是在加工汽缸體汽封槽及軸承座各檔時，由于汽封檔最小內圓直徑只有235mm，只能使用小直徑的加長刀桿。目前立車配有最長的刀桿直徑為100mm，總長800mm，下端刀夾尺寸為110mm×110mm。通過理論計算，在車軸承檔時，所需要的最大X向進給深度為62mm，該長刀桿的最大進給深度為120m m，X向滿足加工要求。

圖5　加工現場照片及加工示意圖

在加工到前汽封四處溝槽（見圖6）時，我們發現了問題，其中35m m寬槽的內圓為φ332mm，22mm寬槽的內圓為φ235mm，在內圓很小的情況下加工溝槽就意味著容屑空間很小，而該工件材料為鑄鋼件，加工時切屑會纏繞在車刀上，造成車刀的損壞及工件的拉毛，尺寸精度不易控制。

對原有的溝槽車刀進行改進，將刀具前角及斷屑槽設計成10mm寬的半圓形，導屑方向為

溝槽外側，并適當增大刀具前角，減小切削力，減小刀具后角，加強刀具剛性，保證良好的斷屑和排屑性能。

圖6　汽封槽結構圖

關鍵的加工難點是前軸承座蓋與前汽缸上半的間隙只有57.8mm（見圖7），無法觀測到加工情況及對刀，好在前軸承座蓋與軸承座只有一段φ334mm內圓及寬10mm、深φ359mm槽需要加工，加工完該處拆除軸承座蓋（見圖8）就可以留出155mm的空間供觀察測量及換刀對刀了，而軸承檔內部尺寸的測量只能等到車工序結束后拆去前汽缸上半再進行測量，所以加工軸承檔難度很大。

圖7　軸承蓋拆除前

圖8　前軸承蓋拆除后

通過圖9可以看到，支撐軸承檔槽直徑285mm，公差僅為-0.08～-0.05mm，表面粗糙度值為Ra=1.6μm，燃機車間立車的重復定位精度為0.026mm，可以說加工該處必須將機床的性能發揮到極致，采取合適的加工方法及刀具也是解決該難點的關鍵。

圖9　軸承檔結構圖

圖10　支撐軸承檔加工示意圖

如圖1 0所示，先將前端φ270mm內圓按工藝要求公差控制在0～+0.05mm車出，車出后再用內徑千分尺測出實際尺寸。以該內圓的實際尺寸作為基準對刀，保證0.02mm塞尺不通過，以此標準完成對刀。然后用6mm割刀（大前角、小后角、刀尖半徑小的防振割刀）在φ285mm內圓處車一段退刀槽，槽底留0.05～0.1mm余量，再用某款進口35°菱形車刀將軸承檔槽底加工出

來，最后留0.05～0.1mm余量將整個槽反車出來，該刀片的刀尖圓弧為R0.4mm，有精加工的斷屑槽，切削力小，振動小，能保證加工的穩定性，從而使工件尺寸精度、表面粗糙度值達到設計要求。

最終汽封檔及軸承檔加工效果如圖11所示，各檔尺寸經過檢驗都符合圖樣設計要求。

圖11　軸承檔加工效果圖

5. 結語

此次攻關成功標志著我公司在工業汽輪機的加工能力上又上了一層新臺階，為今后同類型汽缸的加工積累了經驗。

參考文獻：

[1] 王先逵. 機械制造工藝學［M］.北京：機械工業出版社，2006.

[2] 侯曼西. 工業汽輪機［M］. 重慶：重慶大學出版社，1995.

[3] 陳日曜. 金屬切削原理［M］. 北京：機械工業出版社，2006.

[4]楊叔子. 機械加工工藝師手冊［M］. 北京：機械工業出版社，2001.

收稿日期：（20150302）