汽輪機(jī)高壓缸中分面聯(lián)接螺栓內(nèi)孔加工研究

劉現(xiàn)棟

（哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司，哈爾濱 150046）

0 引言

汽輪機(jī)高中壓部分是汽輪機(jī)最為關(guān)鍵的部套，其中分面聯(lián)接螺栓在汽輪機(jī)工作時(shí)承受著高溫和高壓荷載，在安裝時(shí)要對(duì)聯(lián)接螺栓使用液壓扳手預(yù)緊，為保證足夠的預(yù)緊力，高中壓螺栓一般都采用加熱后拉伸預(yù)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(gè)φ29 mm，深1550 mm的內(nèi)孔作為放置加熱桿使用。

螺栓內(nèi)孔有著嚴(yán)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(hào)為422（1Cr10NiMoW2VNbN-5），硬度275～310 HB，屬于細(xì)長孔加工，細(xì)長孔加工是加工工序中難度較大的內(nèi)容。廠內(nèi)使用的機(jī)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(yàn)研究

試驗(yàn)采用BTA內(nèi)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(jí)、表面粗糙度Ra3.2的深孔，生產(chǎn)效率是外排屑的3倍以上。

1）鉆孔注意事項(xiàng)：工件端面應(yīng)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(yù)鉆一個(gè)淺孔，引鉆時(shí)可起到導(dǎo)向定心作用；為保證刀具加工壽命，最好采用自動(dòng)進(jìn)給走刀；進(jìn)液器、活動(dòng)中心支承中的各導(dǎo)向套如有磨損，應(yīng)及時(shí)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(diǎn)：主軸和刀具導(dǎo)向套、刀桿支承套、工件支承套等中心線的同軸度應(yīng)符合要求；切削液系統(tǒng)應(yīng)保證正常；工件的加工端面上不應(yīng)有中心孔；切屑形狀應(yīng)保持正常，避免生成直帶狀切屑；采用較高速度加工通孔，當(dāng)鉆頭即將鉆通時(shí)，應(yīng)降速或停機(jī)以防損壞鉆頭。

3）深孔加工切削液：深孔加工過程中會(huì)產(chǎn)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(zhì)量，切削油的運(yùn)動(dòng)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(dāng)選用黏度低的切削油；對(duì)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(zhì)、TICN 涂層、HI槽型（080918-504）4PCS。由于該設(shè)備較老，為保證安全，按照原先的轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度，按照原來的參數(shù)加工的Vc=47 m/min，f=0.08 mm/min。

結(jié)果是鐵屑較長，易堵塞內(nèi)排屑管道，且加工了2～3個(gè)零件后刀片切削刃靠外側(cè)倒角處的磨損特別嚴(yán)重，壽命不長，性價(jià)比不好。針對(duì)出現(xiàn)的鐵屑較長易堵塞的問題，經(jīng)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(yīng)用后發(fā)現(xiàn)效果很好幾乎不再堵塞。

圖2

b.C2材質(zhì)、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(shù)，但加工后發(fā)現(xiàn)壽命比C5高很多，6個(gè)新刀片剛做時(shí)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(shí)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(zhì)、TiAlN 涂層、標(biāo)準(zhǔn) T-A（1C22A-29）2PCS。Vc=47 m/min，f=0.08 mm/min。

加工完8個(gè)工件后發(fā)現(xiàn)鐵屑從第1個(gè)到第8個(gè)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(jì)連續(xù)加工時(shí)間長油溫也較高，TiAlN涂層比TiCN涂層更耐磨，性價(jià)比較高，且換刀簡單。

2 改進(jìn)前后的加工參數(shù)對(duì)比總結(jié)

1）工藝改進(jìn)前加工參數(shù)，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(zhì)合金鉆頭。材質(zhì)為硬質(zhì)合金，國產(chǎn)。冷卻方式為油冷（高壓）。切削速度VC=47.4 m/min。進(jìn)給速度f=0.09 mm/r。切削長度為1550 mm。轉(zhuǎn)速為521 r/min。刀具壽命為1～2/pcs。表面粗糙度很少能達(dá)到Ra3.2。

圖3 深孔鉆

2）工藝改進(jìn)后加工參數(shù)，加工效果及刀具損耗。

刀柄：080806-47，080806-48，080807-3，非標(biāo) BTA的鉆桿。刀片：a.C5材質(zhì)，TiCN涂層，HI槽型（080918-504）；b.C2 TiCN HI （090417-531）；c.C2 TiAlN T-A（1C22A-29）。材質(zhì)為 C5，C2。冷卻方式為油冷（高壓）。切削速度VC=47.4 m/min。進(jìn)給速度f=0.09 mm/r。切削長度為1550 mm。轉(zhuǎn)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(duì)比，顯而易見，工藝及加工刀具改進(jìn)后刀片損耗降低很多，同時(shí)孔的表面質(zhì)量有所提高。

3 經(jīng)濟(jì)效益及意義

由于Z2120A深孔鉆床老化，機(jī)床剛性差，加工螺栓內(nèi)孔形位公差及表面質(zhì)量達(dá)不到圖樣的設(shè)計(jì)要求，廢品率多，嚴(yán)重影響交貨期，而更換一臺(tái)深孔鉆設(shè)備成本要500萬元左右，成本較高。通過改進(jìn)刀具工裝，改善加工參數(shù)，很好地解決了這個(gè)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(jī)械工業(yè)出版社，2002.

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