水輪發(fā)電機(jī)大型擋油管加工工藝研究

朱 軍，呂 晗

(1. 哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江哈爾濱 150040； 2. 東北林業(yè)大學(xué) 150040)

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水輪發(fā)電機(jī)大型擋油管加工工藝研究

朱 軍1，呂 晗2

(1. 哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江哈爾濱 150040； 2. 東北林業(yè)大學(xué) 150040)

結(jié)合水輪發(fā)電機(jī)大型擋油管加工工藝過程，詳細(xì)分析了此類大型薄壁環(huán)形工件的加工難點(diǎn)，并提出切實(shí)可行的工藝方案，如合理的選擇加工設(shè)備、優(yōu)化加工工藝流程、使用適宜的加工刀具和防變形工具等，以保證其加工質(zhì)量。為工藝技術(shù)人員制定此類工件加工工藝方案時(shí)提供一定的參考和借鑒。

擋油管；變形；工藝措施

0 引言

擋油管是水輪發(fā)電機(jī)軸承系統(tǒng)中非常關(guān)鍵的部件，其對(duì)機(jī)組潤(rùn)滑油密封起著至關(guān)重要的作用。如果在加工制造或運(yùn)輸過程中出現(xiàn)較大變形，會(huì)直接導(dǎo)致其與滑轉(zhuǎn)子等部件之間的安裝間隙不均勻，從而導(dǎo)致機(jī)組運(yùn)行時(shí)漏油甚至燒瓦的現(xiàn)象發(fā)生。因此通過采取合理的加工工藝保證其加工質(zhì)量對(duì)機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性具有十分重要的意義。

1 擋油管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和加工難點(diǎn)

擋油管結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 擋油管結(jié)構(gòu)

這類部件多為鋼板卷成的單層圓筒焊接結(jié)構(gòu)，主要包含圓筒和法蘭兩個(gè)部分。其中法蘭的大小根據(jù)機(jī)組的形式和擋油管所使用的位置而有所不同，在制造時(shí)其加工難度不是很大，但是當(dāng)法蘭尺寸較小時(shí)會(huì)給加工帶來一定的困難。一方面由于法蘭面過小增加了工件裝卡的難度，采用常規(guī)的徑向裝卡時(shí)，徑向的夾持力極易造成擋油管變形；另一方面如果擋油管法蘭尺寸較小而圓筒高度較大，在加工圓筒上端外圓時(shí)過大的徑向扭矩容易使工件產(chǎn)生傾倒。圓筒內(nèi)外圓的加工是擋油管制造的難點(diǎn)，其具有徑向及高度尺寸大而管壁薄的特點(diǎn)。一般大型擋油管圓筒直徑可達(dá)2 m左右，高度最高可達(dá)1.5～2 m，而壁厚一般小于30 mm，最薄的加工后只有10 mm?；谝陨辖Y(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使得擋油管在加工及吊運(yùn)過程中由于裝卡、刀具切削力、加工應(yīng)力等作用極易出現(xiàn)變形，這也是所有類似擋油管這種薄壁環(huán)形工件共同的加工難點(diǎn)。

2 加工工藝措施

基于上述擋油管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和加工難點(diǎn)，為了保證其加工質(zhì)量，減小工件變形，有針對(duì)性的采取了如下工藝措施。

2.1 機(jī)床的選擇

機(jī)床是保證加工質(zhì)量的先決條件，其選擇的合理性直接影響著制造工藝實(shí)施的可行性。擋油管多使用立式車床進(jìn)行加工，依據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)對(duì)車床的選擇要求如下：刀架具有較高的剛度，防止切削力引起的振動(dòng)；機(jī)床的規(guī)格與工件的尺寸盡可能接近，而不是使用規(guī)格遠(yuǎn)大于工件尺寸的車床，例如工件的直徑3～4 m，則使用4 m立車，而不使用5 m立車。一方面是考慮加工成本，關(guān)鍵是能保證加工時(shí)有較高的轉(zhuǎn)速，為高速、輕快切削刀具的使用提供保障，從而減小由于切削力過大而引起的工件變形。

2.2 加工工藝過程的安排[1]

由于擋油管的圓筒為鋼板卷制而成，壁薄且加工余量較小，因此加工時(shí)分成粗車和精車兩部進(jìn)行即可。粗車時(shí)金屬去除率較高，工件的熱變形和切削應(yīng)力較大，因此粗車后不宜直接進(jìn)行精車，而是將工件吊離機(jī)床放置一段時(shí)間，待應(yīng)力消除后檢查應(yīng)力引起的變形情況，根據(jù)變形情況重新找正、裝卡再進(jìn)行精車。這樣在精車時(shí)較小的切削余量的情況下，再配備合適的切削刀具和切削參數(shù)，能最大限度的減小工件的變形。

2.3 加工刀具的選擇[2]

擋油管的材質(zhì)多為碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235B，這種材質(zhì)焊接性能較好，但是切削性能較差。刀具選擇不好很難將鐵屑折斷，易產(chǎn)生螺旋長(zhǎng)鐵屑刮傷工件表面或纏繞到刀具上面，損傷工件表面且增大切削力，因此加工時(shí)刀具和切削參數(shù)的選擇至關(guān)重要。為了提高生產(chǎn)效率，節(jié)約生產(chǎn)成本，加工時(shí)使用可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金刀具。

粗加工刀具的選擇：在粗加工時(shí)為了得到較高金屬去除率，提高生產(chǎn)效率，加工刀具需要有較高的強(qiáng)度，因此多選擇大刀尖圓弧、小前角、負(fù)刃傾角的刀具，這樣可以保證在較大切深、高進(jìn)給的情況下，刀具切削刃也具有較高的耐用度；然而在加工此類工件時(shí)，為了防止加工振動(dòng)及切削力過大而引起工件變形，刀尖圓弧不宜過大，半徑0.8 mm即可，刀具前角不宜過小，15°左右即可；為了減小切屑厚度而使切削更加輕快，刀具主偏角可以采用75°，這樣可以在較小切削深度的情況下，使用較大的進(jìn)給率，依然可以保證高的生產(chǎn)效率，但是主偏角不宜再小，再小振動(dòng)趨勢(shì)將會(huì)增大；同時(shí)粗加工刀具要有專門設(shè)計(jì)的使鐵屑折斷的槽型，這樣可以避免鐵屑纏繞到刀頭上而引起振動(dòng)或損壞刀具。

精加工刀具的選擇：在精加工時(shí)工件加工余量較小，因此精加工不是為了得到高的金屬去除率，而是為了保證尺寸和表面光潔度；針對(duì)此類工件易變形的特點(diǎn)，精加工時(shí)選用大前角、正刃傾角、小刀尖圓弧的刀具，這樣的刀具具有鋒利切削刃，可以使切削過程更加輕快；前角20°左右即可，過大會(huì)降低刀具強(qiáng)度；刀尖圓弧半徑0.4 mm即可，再小會(huì)影響工件表面光潔度；為了防止切削振動(dòng)，刀具的主偏角盡可能使用90°；再者，由于此類工件剛性較差，在精加工時(shí)不推薦使用自身帶有修光能力的刀具，因?yàn)樾薰獾毒呒庸r(shí)抗力較大，容易引起振動(dòng)。

2.4 防變形工藝方法

2.4.1 防止裝卡變形

對(duì)于帶有法蘭或法蘭較大的工件，可以用卡盤直接裝卡。但是由于工件壁薄，因此正確的方式應(yīng)該是工件在自由狀態(tài)下調(diào)整合格后，采用在法蘭處沿軸向壓緊的方式對(duì)工件進(jìn)行固定，而不能通過沿徑向頂緊的方式固定工件。因?yàn)橥ㄟ^徑向頂緊的方式調(diào)整時(shí)機(jī)床卡盤夾持的力量很容易使工件彈性變形，這種情況下加工后，在機(jī)床上檢測(cè)工件各部位尺寸可能合格，但是一旦將工件從機(jī)床上吊出后外力消失，受力部位彈回，工件將變成橢圓或者更復(fù)雜的情況。對(duì)于不帶法蘭或者法蘭徑向尺寸大而厚度較薄的工件，為了防止裝卡變形，加工時(shí)使用一個(gè)剛度好尺寸合適的車胎(根據(jù)機(jī)床卡盤大小進(jìn)行選擇)，將車胎裝卡在機(jī)床卡盤上，采用徑向壓緊即可。工件自由狀態(tài)下調(diào)整合格后點(diǎn)焊在車胎上再進(jìn)行加工，使用此種方法能很好的保證工件加工質(zhì)量。擋油管點(diǎn)焊車胎如圖2所示。

圖2 擋油管點(diǎn)焊車胎

2.4.2 工件尺寸過高處理方式

當(dāng)工件較高時(shí)，由于工件裝卡在下端，因此車削上端時(shí)徑向切削力產(chǎn)生的扭矩非常大，加工時(shí)容易引起振動(dòng)和工件不規(guī)則變形。針對(duì)此種情況，可以在工件內(nèi)圓或外圓適當(dāng)高度位置沿圓周均布三處點(diǎn)焊壓塊，利用壓塊將工件沿軸向壓緊，壓塊的尺寸可根據(jù)需要進(jìn)行選擇，這樣可以有效的減小徑向切削力矩，從而使加工更加平穩(wěn)，減小工件受力變形。

2.4.3 加工和吊運(yùn)時(shí)使用防變形工具

由于擋油管管壁很薄，在設(shè)計(jì)上通常沒有起吊孔，無法進(jìn)行垂直起吊，而是多采用吊帶等進(jìn)行吊裝，吊裝時(shí)管壁容易受力變形，因此為了盡可能的減小工件在加工和吊運(yùn)時(shí)的變形，使用專用的防變形工具，此工具由在中心的支撐結(jié)構(gòu)和外部的若干個(gè)可調(diào)整頂絲組成，頂絲的可調(diào)整范圍根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)計(jì)。在加工或者吊運(yùn)時(shí)可以根據(jù)需要通過調(diào)整頂絲將工具撐在工件的內(nèi)圓或者套在工件的外圓，用以防止工件因各種受力引起的變形。防變形工具示意圖如圖3所示。

采用常規(guī)的加工方式，擋油管在加工后會(huì)出現(xiàn)極大的變形，一般圓度很難保證1 mm，無法保證電站安裝和使用要求。但是采用上述的工藝措施后，擋油管加工后的圓度可以控制在0.2 mm左右，電站安裝調(diào)整后的圓度可以控制在0.5 mm左右，完全可以保證安裝和使用要求。電站擋油管安裝實(shí)測(cè)記錄如圖4所示。

圖3 防變形工具

圖4 電站擋油管安裝實(shí)測(cè)記錄

3 結(jié)語

通過本文所述的工藝措施，順利的解決了多個(gè)電站大型擋油管加工難題，保證了工件的加工質(zhì)量并極大限度的減小了工件變形，為機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行提供了可靠的保障。本文所述的工藝方法和專用工具對(duì)生產(chǎn)與擋油管類似的薄壁環(huán)形工件均有一定的參考意義，具有很強(qiáng)的推廣價(jià)值。

[1]孟大偉，胡志強(qiáng).電機(jī)制造工藝學(xué)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

[2]張炳嶺.金屬材料及加工工藝[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

朱軍，1984年生，男，畢業(yè)于哈爾濱理工大學(xué)本科，哈爾濱電機(jī)廠制造工藝部，水輪發(fā)電機(jī)工藝工程師。

呂晗，1995年生，女，畢業(yè)于東北林業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，工業(yè)工程專業(yè)，學(xué)生。

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加拿大2030年前計(jì)劃淘汰煤炭發(fā)電

加拿大環(huán)境部長(zhǎng)凱瑟琳·麥肯娜表示，加拿大政府正在加快步伐，計(jì)劃在2030年前徹底淘汰傳統(tǒng)煤炭發(fā)電。

麥肯娜在發(fā)布會(huì)上說，目前加拿大80%的電力來自清潔能源，政府的目標(biāo)是到2030年將這一比例提高到90%。她說，淘汰煤炭發(fā)電，相當(dāng)于加拿大馬路上減少130萬輛汽車造成的污染，可以改善環(huán)境、減少相關(guān)疾病。據(jù)麥肯娜介紹，加拿大10個(gè)省中，阿爾伯塔、薩斯喀徹溫、新斯科舍和新不倫瑞克4省已跟聯(lián)邦政府簽訂協(xié)議，就淘汰煤炭發(fā)電設(shè)立了時(shí)間表，將采用包括新技術(shù)或關(guān)閉煤炭發(fā)電廠等措施實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。

20170201