薄壁類零件機械加工工藝研究

劉濱

（哈爾濱汽輪機廠有限責任公司工藝處，哈爾濱150046）

0 引言

當今我國發電行業迅猛發展，日新月異，各種各樣的新型機組層出不窮。燃機、聯合循環、空冷、超臨界、超超臨界的機型已經廣泛應用。薄壁類零件以其結構簡單、造價低等特點受到廣大設計者的喜愛，現已經廣泛地應用到汽輪機中。因此，對薄壁類零件的機械加工工藝進行研究尤為重要。

1 薄壁類零件加工中問題分析

薄壁類零件與其它類零件在機械制造中主要區別是，薄壁零件加工時易產生變形。變形將導致零件的尺寸公差、形位公差超出設計值范圍，嚴重時可能導致零件報廢。產生零件變形的主要原因有：

1）焊接變形。薄壁類零件大多為鋼板焊接件，在裝焊過程中，因焊接應力沒有完全消除，在后續工序中殘留應力釋放，導致零件變形。

2）裝夾變形。薄壁類零件從毛坯變成產品，需要多道工序的加工，每一次的加工都涉及到零件的裝夾，不合理的裝夾方式也是零件產生變形的主要因素。

3）加工變形。在加工過程中，刀具會對零件產生加工應力，局部應力集中，將影響工件力學性能。內應力釋放后，導致工件變形，產生尺寸偏差。

4）其它變形。在汽輪機制造行業中，大部分的薄壁類零件會作為汽缸類或密封類零件使用，因此，此類零件在出廠前還要進行密封性的壓力試驗檢查，壓力試驗也是使零件產生變形的主要原因之一。

2 工藝方案的研究

薄壁類零件在汽輪機行業制造中多用于壓力及溫度較低的地方，多用于低壓部分。圖1是某機組的低壓汽缸，它的組成結構主要包括鑄造內殼和外部焊接鋼板，其中鑄造內殼壁厚最薄處是20mm，焊接鋼板厚度是15mm，產品在精加工后，還要進行0.8 MPa的水壓試驗，它是典型的薄壁汽缸類型零件。

首先分析圖中零件的重要關鍵位置是：內、外殼體間安裝導葉片凹槽的尺寸公差和平行度要求；大小法蘭端面的尺寸公差和位置度要求。這些部位不但加工精度要求高，而且還易產生變形，采用常規的汽缸加工方法肯定是不合適的。經過討論研究，制定的加工工藝是：

1）汽缸裝焊、焊后進行熱處理，消除焊接產生的應力。

2）劃尺寸線，均勻各檔余量，銑準汽缸上下半水平中分面尺寸，鉆水平中分面的光孔。

3）合并汽缸上、下半，預鉆、鉸水平中分面的銷孔，留2 mm余量，預鉆鉸銷孔主要是為了彌補汽缸變形造成的汽缸錯牙。

4）粗車。粗車所有的開檔和內孔，單面留1 mm余量，粗車時要嚴格參照工藝給定的切削參數進行加工，這里根據汽缸的材料和選用機床的性能，制定了切削參數：切削深度不小于2 mm，機床花盤轉速為2～4 r/min，進給量0.10 mm/r。

5）拆開上、下半汽缸，進行時效。拆汽缸和時效的目的主要是消除零件在各工序中的加工應力和裝夾應力。

6）合并汽缸上、下半，將水平中分面銷孔擴、鉸到圖紙尺寸。

7）精車。精車準所有的開檔和內孔尺寸，導葉片凹槽不要加工，精車時要嚴格參照工藝給定的切削參數進行加工，參數與粗車相同。導葉片凹槽不加工，主要是因為導葉片與導葉片凹槽裝配尺寸非常小，總間隙僅僅在0.02 mm以內，汽缸水壓試驗的試驗壓力是工作壓力的3倍左右，有微小的變形就會造成導葉片安裝不上。

8）汽缸水壓試驗，注意保持最大壓力穩定性，不要超壓產生變形。

9）車準導葉片凹槽，切削參數與粗車相同。

10）清理、轉裝配。

以上的加工工藝與常規的汽缸加工工藝的區別是：a.工序中間增加了汽缸時效處理，有效地消除了工件在加工過程中產生的應力；b.將工件的一次性精車分解成了3次，在粗車加工留有余量，有效地彌補了變形產生的尺寸變量；c.導葉片凹槽是整個工件中最重要的部分，將它移到泵水后進行加工，避免了變形產生的尺寸偏差，對后續的裝配起到了保證作用。

3 結語

經過檢測和試裝配，汽缸的加工精度和裝配尺寸完全滿足設計要求，全面滿足設計要求并達到質量指標，證明了工藝方法合理?，F在類似的薄壁類零件加工工藝都已經進行了固化，為薄壁類零件在汽輪機行業中的廣泛應用打下了良好的基礎。標志著我公司此類零件的加工水平上升了一個新的臺階，制造水平進入一個嶄新的領域，具有至關重要的意義。