隔板制造裝夾找正的關(guān)鍵技術(shù)

（東方汽輪機(jī)有限公司，四川 德陽，618000）

隔板制造裝夾找正的關(guān)鍵技術(shù)

李西

（東方汽輪機(jī)有限公司，四川 德陽，618000）

文章介紹了常規(guī)火電隔板車削工序中裝夾找正的重要性，分析了車削裝夾找正的關(guān)鍵技術(shù)，為提高隔板制造精度、防止隔板變形等具有一定的參考意義。

隔板，車削，裝夾，找正

0 引言

作為汽輪機(jī)的關(guān)鍵通流部件，隔板加工質(zhì)量的好壞直接影響機(jī)組的裝配質(zhì)量、通流效率、安全穩(wěn)定運(yùn)行等。從結(jié)構(gòu)上看，隔板屬于典型的環(huán)形零件結(jié)構(gòu)，因此，車削加工成為隔板制造的重要環(huán)節(jié)之一，而車削工序的關(guān)鍵點(diǎn)則在于裝夾找正精度。本文以常規(guī)火電隔板精車工序?yàn)槔瑢?duì)該環(huán)節(jié)中的裝夾找正方法進(jìn)行探討、研究，為提高隔板裝夾找正精度、防止隔板裝夾及加工變形提供技術(shù)支持。

1 隔板裝夾找正的影響分析

常規(guī)火電隔板為上、下半結(jié)構(gòu)形式的回轉(zhuǎn)體，其上、下半通過定位銷、定位鍵、連接螺栓等連接。通過對(duì)隔板結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，得到隔板在立車工序中亟需注意的設(shè)計(jì)要求如下：

（1）密封性要求高。汽封齒與轉(zhuǎn)子之間必須保證較小間隙，內(nèi)徑尺寸精度要求高，一般要求控制在±0.05 mm內(nèi)；

（2）同軸度要求高。隔板各加工圓不僅要求同心，通常同心度要求控制在0.05 mm內(nèi)，且無大小半；

（3）導(dǎo)葉片出汽邊必須位于同一水平面上。通常要求隔板導(dǎo)葉出汽邊距葉根端面距離的公差控制在±0.1 mm內(nèi)；

（4）應(yīng)控制變形。由于隔板尺寸大、壁厚薄、多為焊接結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)，隔板常存在撓性大、立放和平放時(shí)受力狀態(tài)不一致等現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致隔板立車加工時(shí)產(chǎn)生板體變形，因此，在加工過程中應(yīng)控制隔板變形。

顯而易見，車削環(huán)節(jié)裝夾找正結(jié)果直接影響隔板的制造質(zhì)量。為有效保證上述制造要求，隔板在車削工序裝夾找正時(shí)應(yīng)注意：

（1）應(yīng)嚴(yán)格控制隔板裝夾定位精度，即嚴(yán)格保證找平精度在0.02 mm內(nèi)、找中精度在0.03 mm內(nèi)；

（2）在裝夾找正時(shí)，應(yīng)使隔板中分面相互貼緊，并保證中分面間隙達(dá)到設(shè)計(jì)要求；

（3）應(yīng)提高工件加工部位剛度和穩(wěn)定性，以防止工件在加工過程中的變形；

（4）應(yīng)確定合理的夾緊力，防止隔板夾緊變形、在加工時(shí)產(chǎn)生位移和振動(dòng)。

2 裝夾找正流程

在車削環(huán)節(jié)中，由于隔板初上工作臺(tái)后，其中心與工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)中心存在偏差，故可先對(duì)隔板進(jìn)行粗找中，以達(dá)到隔板中心與立車回轉(zhuǎn)中心基本同心的目的。同時(shí)，在此基礎(chǔ)上，以隔板定位端面為找平基準(zhǔn)面進(jìn)行隔板找平。為保證隔板各加工圓的同軸度要求，應(yīng)在隔板找平后對(duì)中分面間隙進(jìn)行檢查,不允許有貫通性的最大許用間隙。把緊隔板上、下半，再次找中以確保隔板中心與立車回轉(zhuǎn)中心同心。為保證裝夾找正精度，最后應(yīng)對(duì)隔板裝夾找正精度再次復(fù)驗(yàn)。

3 關(guān)鍵技術(shù)分析

3.1找平關(guān)鍵技術(shù)

為保證隔板具有良好的氣動(dòng)性能，要求導(dǎo)葉出汽邊必須位于同一平面內(nèi)，因此，找平結(jié)果的好壞將直接影響隔板氣動(dòng)性能。在找平過程中，為約束隔板Y向自由度，在隔板進(jìn)汽側(cè)端面安裝了可調(diào)千斤頂，并以找平實(shí)現(xiàn)其定位精度。通常在隔板中分面左、右兩側(cè)和天、地方向端面上布置8只千斤頂（見圖1），以出汽側(cè)定位端面為找平基準(zhǔn)面，用百分表檢測(cè)其跳動(dòng)，當(dāng)跳動(dòng)大于0.02 mm時(shí)，調(diào)整相應(yīng)位置千斤頂高度至滿足要求。部分低壓末級(jí)和次末級(jí)隔板剛性差，平放時(shí)內(nèi)環(huán)下沉量會(huì)更大，應(yīng)進(jìn)一步做具體分析，為提高被加工部位的剛度和穩(wěn)定性，可在內(nèi)環(huán)上增加輔助支撐。增加的輔助支撐不起定位作用，保證千斤頂和安裝面剛好接觸即可。

圖1 隔板裝夾示意圖

3.2找中關(guān)鍵技術(shù)

由于隔板同軸度要求高，通常要求小于0.05 mm，而且為保證汽道節(jié)圓與各加工圓同心以及便于后續(xù)裝配時(shí)調(diào)整隔板中心，還需要消除大小半。因此，找中結(jié)果將直接影響隔板同軸度和裝配難度。為更好地約束隔板徑向自由度，通過卡爪對(duì)隔板天、地方向和中分面左、右兩側(cè)的外圓進(jìn)行約束，并以找中實(shí)現(xiàn)其定位精度，見圖1。為保證隔板各加工圓中心在隔板水平中分面上，精車前調(diào)整隔板中心與工作臺(tái)中心同軸度，保證同軸度小于0.03 mm。為保證整體找正精度，可按粗、精找中兩步進(jìn)行。

粗找中時(shí)，合攏隔板上、下半并用劃針按汽道節(jié)圓劃線找中，此時(shí)誤差大約為0.1 mm；精找中時(shí)，用百分表測(cè)量水平中分面處內(nèi)汽道圓左、右兩側(cè)對(duì)稱位置的跳動(dòng)并據(jù)此調(diào)整內(nèi)汽道圓位置至跳動(dòng)小于0.1 mm，再將百分表垂直于內(nèi)環(huán)內(nèi)圓天方向所光出的找中基準(zhǔn)面，旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)并記錄百分表的最大變化值，將其記為零位，然后測(cè)量地方向基準(zhǔn)面的跳動(dòng)，兩者的差值為△T，如果△T為正，則向地方向偏移△T/2，反之，則向天方向偏移。在偏移隔板的過程中用百分表監(jiān)測(cè)隔板偏移量。

3.3夾緊關(guān)鍵技術(shù)

夾緊力是使工件在加工過程中保持定位精度的關(guān)鍵。由于隔板為筒狀零件，同軸度要求高，夾緊力過小，會(huì)使隔板在加工過程中產(chǎn)生位移并容易引發(fā)振動(dòng)；夾緊力過大又容易造成隔板變形。因此，合理確定夾緊力是很有必要的。按圖1，將四爪夾緊力作用點(diǎn)選擇在天、地方向和水平中分面左、右兩側(cè)外圓處。現(xiàn)以最大外徑1 776 mm、外環(huán)徑向厚度106 mm、隔板厚度與平均直徑比為0.06的常規(guī)隔板為例，對(duì)其切削力、卡緊力和卡緊變形分別進(jìn)行計(jì)算。

3.3.1 主切削力計(jì)算

主切削力按式（1）計(jì)算。

式中：FC為主切削力；KfFC、KVFC、KkrFC、KroFC、 KbrFC、Kr?FC、KλSFC和KVBFC為修正系數(shù)；P0.3為進(jìn)給量為0.3 mm/r時(shí)的單位切削力。

以隔板半精加工為例并結(jié)合車間實(shí)踐，可以得到刀具參數(shù)和切削參數(shù)，見表1，通過表1可查得各參數(shù)對(duì)切削力的修正系數(shù)，見表2。

表1 半精加工刀具參數(shù)和切削參數(shù)

表2 刀具參數(shù)和切削參數(shù)對(duì)切削力的修正系數(shù)

P0.3=CFC×0.3-0.16，通過查表得CFC=1 640 N，經(jīng)計(jì)算得P0.3=1 988.4 N/mm2。再將查表得到的經(jīng)驗(yàn)公式中的系數(shù)、指數(shù)和修正系數(shù)代入式（1），計(jì)算出FC=223.52 N。

3.3.2 四爪卡盤卡緊力計(jì)算

四爪卡盤卡緊力可按式（2）計(jì)算。

式中：Fj為卡緊力；k為安全系數(shù)（可取k= 2）；μ為卡爪與工件的摩擦系數(shù)（可取μ=0.15）；do為工件裝夾直徑；d為工件最大加工圓直徑（此處等于do）；Fc為主切削力。將由式（1）所得Fc值代入式（2）求得：Fj=745.07 N。

3.3.3卡緊力（即745.07 N）作用下的變形計(jì)算

根據(jù)隔板實(shí)際裝夾受力情況，建立隔板實(shí)體模型和有限元模型時(shí)主要考慮以下因素：

（1）由于隔板為對(duì)稱結(jié)構(gòu)且上、下半受力狀況一致（卡緊力作用位置見圖1），因此，只需考慮對(duì)半副隔板建立模型；

（2）水平中分面受到另外半副隔板的反作用力且始終處于工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)中心位置，因此，將該面作為約束面；

（3）由于內(nèi)、外環(huán)和導(dǎo)葉片焊接后為一個(gè)整體，因此，將這幾部分建為一個(gè)實(shí)體模型；

（4）此處僅分析卡緊力作用下的變形，不考慮重力作用下的變形；

（5）將該實(shí)體材料特性看作是線性的和彈性的。

經(jīng)建模并進(jìn)行有限元分析得到隔板沿各向（坐標(biāo)方向同圖1）的位移云圖，見圖2～4。

圖2 沿X方向變形云圖

圖3 沿Y方向變形云圖

圖4 沿Z方向變形云圖

從圖2～4可以看出（沿坐標(biāo)方向?yàn)檎粗疄樨?fù)）：中分面導(dǎo)葉出汽邊沿軸向（X向）位移最大且為-0.000 236 mm；外環(huán)天、地位置沿Y向位移最大且為-0.000 253 mm；外環(huán)中分面左、右位置沿Z向位移最大，分別為-0.000 30 mm和0.000 28 mm。

由此可見，當(dāng)卡緊力為745.07 N且隔板外環(huán)厚徑比大于或等于0.06時(shí)，雖然中分面處導(dǎo)葉沿隔板軸向變形趨勢(shì)，外環(huán)天、地位置沿Y向變形趨勢(shì)和外環(huán)中分面兩側(cè)沿Z向變形趨勢(shì)較大，但是隔板的變形控制在很小范圍內(nèi)，完全滿足制造要求。

在實(shí)施過程中，為減小隔板裝夾變形還可在卡爪和外環(huán)之間增加厚度較大的弧形墊片；在夾緊時(shí)對(duì)卡爪逐漸均勻用力，避免各卡爪緊力不均而引起隔板卡緊變形；在卡緊過程中，可通過力矩扳手或使用百分表監(jiān)測(cè)隔板偏移量來實(shí)現(xiàn)卡緊力均勻。

4 結(jié)語

本文分析了隔板精車工序的裝夾找正關(guān)鍵技術(shù)，為提高隔板加工的裝夾找正精度提供了技術(shù)支持，尤其是對(duì)尺寸大、加工精度要求高的隔板加工質(zhì)量提供了技術(shù)依據(jù)和保障。

[1]馮之敬.機(jī)械制造工程原理[M].北京:清華大學(xué)出版社，2008.

東汽要聞

東汽首臺(tái)超超臨界百萬機(jī)組百分百容量給水泵汽輪機(jī)試車成功

9月15日凌晨2點(diǎn)，由工業(yè)透平事業(yè)部自主研發(fā)制造的超超臨界百萬機(jī)組百分百容量給水泵汽輪機(jī)在工業(yè)透平事業(yè)部試車平臺(tái)完成全部試車環(huán)節(jié)，各項(xiàng)指標(biāo)優(yōu)異，廠內(nèi)空負(fù)荷試車一次性成功，順利通過業(yè)主神華國(guó)華九江發(fā)電有限責(zé)任公司的見證。

此次試車成功，標(biāo)志著具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的超超臨界百萬百分百容量給水泵汽輪機(jī)研發(fā)成功，同時(shí)也標(biāo)志著公司打破國(guó)外公司的市場(chǎng)壟斷、順利躋身高端給水泵汽輪機(jī)市場(chǎng)。業(yè)主神華國(guó)華九江發(fā)電有限責(zé)任公司相關(guān)專家表示，東汽這臺(tái)機(jī)組，不僅試車指標(biāo)優(yōu)良，同時(shí)整體發(fā)運(yùn)的設(shè)計(jì)還能大大減少現(xiàn)場(chǎng)安裝的工作量。

該機(jī)組的成功研發(fā)，是東汽落實(shí)公司“十三五”戰(zhàn)略的關(guān)鍵一步，標(biāo)志著東汽在自主創(chuàng)新、勇攀高峰的道路上取得了豐碩成果，也標(biāo)志著東汽已經(jīng)成功掌握高端給水泵汽輪機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)，具備躋身高端市場(chǎng)的能力。

KeyTechnologiesofClampingandAligninginTurning ProcessofDiaphragm

Li Xi
（Dongfang Turbine Co.,Ltd.,Deyang Sichuan,618000）

The paper introduces the importance of clamping and aligning，which is in turning process of diaphragm manufacturing，and then analyzes the key technologies of clamping and aligning.Finally,the paper provides a certain reference significance for improving the manufacturing accuracy and preventing deformation of diaphragm.

diaphragm，turning，clamping，aligning

TK266

B

1674-9987（2016）04-0037-04

10.13808/j.cnki.issn1674-9987.2016.04.008

李西（1981-），男，高級(jí)工程師，畢業(yè)于太原理工大學(xué)熱能系，主要從事汽輪機(jī)隔板工藝加工及數(shù)控加工領(lǐng)域的工作。