燃機(jī)旁路機(jī)構(gòu)閥環(huán)端面變形控制

鞏麗，楊達(dá)偉，張強(qiáng)

（東方汽輪機(jī)有限公司，四川 德陽，618000）

燃機(jī)旁路機(jī)構(gòu)閥環(huán)端面變形控制

鞏麗，楊達(dá)偉，張強(qiáng)

（東方汽輪機(jī)有限公司，四川 德陽，618000）

為有效控制燃機(jī)旁路機(jī)構(gòu)閥環(huán)的端面變形，文章詳細(xì)分析了閥環(huán)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐，深入探討控制閥環(huán)端面變形的有效措施。

燃機(jī)，閥環(huán)，端面，變形控制

燃?xì)廨啓C(jī)屬于發(fā)電設(shè)備行業(yè)中的高端戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)，其產(chǎn)品具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工制造難度大等特點(diǎn)。作為燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的重要零部件，燃機(jī)旁路機(jī)構(gòu)閥環(huán)加工精度要求高、裝配要求高、加工難度大。本文將圍繞旁路機(jī)構(gòu)閥環(huán)的端面變形控制展開，深入探討控制閥環(huán)端面變形的有效措施。

1　旁路機(jī)構(gòu)閥環(huán)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及加工難點(diǎn)

燃機(jī)旁路機(jī)構(gòu)閥環(huán)材料為合金結(jié)構(gòu)鋼12Cr2Mo1R，屬難加工材料。閥環(huán)為上、下半結(jié)構(gòu)型式 （見圖1），其最大外圓直徑為4 000 mm，內(nèi)圓直徑為3 400 mm，板體最大厚度為54.5 mm，最小厚度為34.5 mm，為典型的薄壁件加工。從結(jié)構(gòu)上看，閥環(huán)端面上分布有20個(gè)Φ174 mm的通孔及18個(gè)方形凹槽。在后續(xù)裝配環(huán)節(jié)，燃機(jī)旁路機(jī)構(gòu)閥環(huán)需與閥體裝配成一體，且閥環(huán)與閥體上銷釘端面的接觸面積要求控制在80%以上，具體裝配要求見圖2。

由于燃機(jī)旁路機(jī)構(gòu)閥環(huán)直徑大、板體薄，在加工后極易出現(xiàn)端面變形較大的現(xiàn)象。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，某臺(tái)份閥環(huán)端面高低差嚴(yán)重超差，且變形趨勢多呈內(nèi)高外低。通過對(duì)該臺(tái)份閥環(huán)端面平面跳動(dòng)的檢測 （見圖3），可以看到該閥環(huán)端面變形高達(dá)0.98 mm，且同一位置內(nèi)、外側(cè)最大差值達(dá)到0.30 mm，直接導(dǎo)致該閥環(huán)在滑入閥體的過程中出現(xiàn)極為嚴(yán)重的卡澀現(xiàn)象 （見圖4）。

圖1　燃機(jī)旁路機(jī)構(gòu)閥環(huán)結(jié)構(gòu)簡圖

圖2　燃機(jī)旁路機(jī)構(gòu)閥環(huán)裝配簡圖

圖3　某臺(tái)份閥環(huán)端面變形數(shù)據(jù)分析

圖4　某臺(tái)份閥環(huán)裝配卡澀說明圖

2　閥環(huán)端面變形控制措施

旁路機(jī)構(gòu)閥環(huán)端面變形控制涉及到閥環(huán)加工制造的整個(gè)流程，包括來料環(huán)節(jié)、加工環(huán)節(jié)、起吊翻身環(huán)節(jié)及擺放、轉(zhuǎn)運(yùn)環(huán)節(jié)等等。通過流程梳理及進(jìn)一步分析可以確定，閥環(huán)加工環(huán)節(jié)是實(shí)施閥環(huán)端面變形控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，因此，本節(jié)就是圍繞閥環(huán)加工環(huán)節(jié)的控制措施展開的。

2.1閥環(huán)工藝流程優(yōu)化

通過對(duì)閥環(huán)的結(jié)構(gòu)分析可以看到，閥環(huán)端面布置有多個(gè)Φ174 mm的通孔及方形凹槽，且這些結(jié)構(gòu)均需在熱處理后加工完成，由此閥環(huán)在加工環(huán)節(jié)金屬去除量較大。為減小切削應(yīng)力對(duì)閥環(huán)端面變形的影響，閥環(huán)工藝流程設(shè)計(jì)的原則就是盡可能減小各通孔及凹槽的精加工余量，并延長時(shí)效時(shí)間。在此原則基礎(chǔ)上，閥環(huán)的工藝流程設(shè)計(jì)見圖5。

圖5　閥環(huán)工藝流程圖

2.2閥環(huán)精加工切削參數(shù)優(yōu)化

閥環(huán)加工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)主要體現(xiàn)在車削和鏜削兩方面。結(jié)合閥環(huán)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，加工過程中應(yīng)適當(dāng)控制其精加工參數(shù)，并優(yōu)化精加工流程。

（1）閥環(huán)車削切削參數(shù)優(yōu)化

閥環(huán)半精車和精車過程中，應(yīng)注意使用風(fēng)管對(duì)車刀刀尖位置進(jìn)行降溫。同時(shí)，在閥環(huán)端面半精車后，需松開立車卡爪，停留1 h。待閥環(huán)重新找正卡緊后，精車閥環(huán)各尺寸。此時(shí)應(yīng)注意從閥環(huán)內(nèi)、外圓分別進(jìn)刀，并在徑向方向中間位置接平，且車削切削切深不超過0.2 mm。為了更好地監(jiān)控閥環(huán)端面變化，車削過程中應(yīng)增加閥環(huán)端面的平面度檢查。

（2）閥環(huán)鏜削切削參數(shù)優(yōu)化

閥環(huán)鏜削時(shí)應(yīng)使用專用胎具進(jìn)行裝夾。鏜削過程中，切削參數(shù)因切削狀態(tài)而異。具體是：粗鏜時(shí)：S=700 n/min，F(xiàn)=300 mm/min，ap=1.5～2 mm；半精鏜時(shí)：ap=0.5 mm，S=850 n/min，F(xiàn)=240 mm/min；精鏜時(shí)：ap=0.05～0.06 mm，S=850 n/ min，F(xiàn)=200 mm/min。

精鏜各滑塊槽或滑塊時(shí)，需使用4個(gè)小等高塊分別對(duì)加工部位4點(diǎn)支撐。該支撐僅用于防止閥環(huán)受切削力而引起的應(yīng)力變形，不需對(duì)單個(gè)滑塊槽或滑塊進(jìn)行找正。

2.3閥環(huán)支撐方式優(yōu)化

由于閥環(huán)為薄壁零件，其支撐方式對(duì)閥環(huán)端面跳動(dòng)具有一定的影響。圖6是將閥環(huán)上、下半把合后，支撐在閥環(huán)中部測得的閥環(huán)端面跳動(dòng)變化圖，圖7則是將閥環(huán)上、下半把合后，支撐在閥環(huán)外圓臺(tái)階面處測得的閥環(huán)端面跳動(dòng)變化圖。從圖中可以得到：（1）內(nèi)圓或外圓平面度跳動(dòng)呈波浪型；（2）雖然支撐位置的變化對(duì)平面度波動(dòng)的總趨勢影響不大，但其影響端面跳動(dòng)波動(dòng)值的范圍。

圖6　閥環(huán)端面跳動(dòng)圖 （支撐閥環(huán)中部）

圖7　閥環(huán)端面跳動(dòng)圖 （支撐閥環(huán)外圓臺(tái)階處）

因此，為保證閥環(huán)端面的平面度，閥環(huán)支撐方式由之前多支點(diǎn)支撐方式 （見圖8）優(yōu)化為整體胎具支撐方式 （見圖9）。通過對(duì)使用整體胎具后閥環(huán)的端面跳動(dòng)檢測可以看到，整體胎具的設(shè)計(jì)和使用減小了因支撐接觸面積引起的變形，有效地減小了閥環(huán)端面變形。

圖8　閥環(huán)多支點(diǎn)支撐方式

圖9　閥環(huán)整體胎具支撐方式

3　實(shí)施效果跟蹤

為了進(jìn)一步驗(yàn)證上述控制措施的有效性，分別在后續(xù)某臺(tái)份閥環(huán)精加工滑塊槽后及閥環(huán)把緊滑塊后的端面跳動(dòng)進(jìn)行了檢測 （見圖10、圖11）。從圖中可以看到，閥環(huán)端面跳動(dòng)值控制在0.40 mm以內(nèi)。同時(shí)，該臺(tái)份閥環(huán)在后續(xù)裝配中順暢，無卡澀。閥環(huán)裝入閥體后，閥環(huán)與閥體的接觸均勻，閥環(huán)銷釘與閥體的接觸間隙0.08 mm以內(nèi)，閥環(huán)中分面內(nèi)外側(cè)高低差在0.25 mm以內(nèi) （見圖12、圖13）。

圖10　某臺(tái)份閥環(huán)精加工滑塊槽后端面數(shù)據(jù)

圖11　某臺(tái)份閥環(huán)把緊滑塊后端面數(shù)據(jù)

圖12　某臺(tái)份閥環(huán)裝配接觸圖

圖13　某臺(tái)份閥環(huán)裝配后中分面間隙圖

4　結(jié)論

本文圍繞旁路機(jī)構(gòu)閥環(huán)的端面變形控制展開，在對(duì)閥環(huán)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)深入分析的基礎(chǔ)上，優(yōu)化了閥環(huán)的加工制造流程和關(guān)鍵制造環(huán)節(jié)中的切削參數(shù)，優(yōu)化了閥環(huán)的支撐方式，并設(shè)計(jì)出能夠快速實(shí)現(xiàn)閥環(huán)裝夾找正的胎具。通過現(xiàn)場實(shí)踐，旁路機(jī)構(gòu)閥環(huán)的端面變形已得到有效控制。同時(shí)，本文所提及技術(shù)經(jīng)驗(yàn)也可應(yīng)用于其它同類型薄壁零件的制造加工。

The Deformation Control Technology of End Surface for the Valve Ring in Gas Turbine

Gong Li，Yang Dawei，Zhang Qiang

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

In order to control deformation of the end surface for the valve ring in gas turbine effectively，this paper analyzes structure characteristics of the valve ring in detail，and then，combining with the production practice，this paper further presents effective measures to solve the technical problem.

gas turbine，valve ring，end surface，deformation control

TK266

B

1674-9987（2015）02-0041-03

10.13808/j.cnki.issn1674-9987.2015.02.008

鞏麗 （1981-），女，碩士，畢業(yè)于重慶大學(xué)機(jī)械系，主要從事工藝設(shè)計(jì)及數(shù)控加工領(lǐng)域的工作。