CAP1000 大型薄壁吊籃筒體的加工工藝研究

董明亮

（東方電氣（武漢）核設備有限公司，湖北 武漢430223）

1 概述

CAP1000 吊籃筒體是大型薄壁零件，主要材料為奧氏體不銹鋼，加工時會產生熱變形和振動變形，對零件的尺寸精度和形位公差精度及表面粗糙度影響較大，由于吊籃筒體的壁厚與徑向、軸向尺寸相差較大，所以剛性較差，容易產生變形，本課題對CAP1000 吊籃筒體的加工過程進行研究探討，研究出變形最小的加工方法。

2 加工零件分析及精度要求

CAP1000 吊籃筒體屬于大型薄壁零件，加工薄壁零件時，會遇到很多問題，為了有效控制出口接管的焊接變形，采取將上中筒節與法蘭焊接之后再開管嘴孔進行管嘴焊接的方式，所以CAP1000 上部吊籃總高度高度5548mm，內徑φ3397.2mm，壁厚51mm，屬于大型薄壁件，而陸豐的吊籃在前期卷制效果并不理想，內徑最大值R1698.35mm，內徑最小值R1691.15mm，圓柱度達到7.2mm，造成加工余量大，為了保證后續焊接出口接管能有充足的裕度，在此道工藝控制中，我司需要將圖紙要求的φ3397.2±3mm 控制到φ3398±1mm，于是更加增大了車削的難度。

CAP1000 上筒節卷制之后筒體卷制的圓度達到7.2mm，在壁厚一定的情況下，增加了車削難度，在增加內支撐的情況下，端口變形達2.8mm，如表1 所示。

表1 上部吊籃法蘭朝上翻身至法蘭朝下變形數據

由于卷制圓度較差，在吊籃筒體內外壁加工時控制不當會導致部分余量加工不足。所以，加工必須采取一系列措施來保障尺寸精度。

3 加工技術的研究

3.1 合理的裝夾方式

大型薄壁零件剛性比較差，加工過程中的切削力、夾緊力以及切削產生的熱量和殘余應力對加工變形會產生影響，所以控制大型薄壁零件的加工質量的關鍵在于控制加工變形，主要措施有調整進給量、改變裝夾方式和增加工件自身結構性能等，合理的裝夾方式至關重要。

裝夾會引起25%-50%的加工變形，裝夾是在加工過程中通過布置夾具和支撐塊的位置及合適的夾緊力，進行工件的定位、約束和支撐。大型薄壁零件在裝夾中的位置受夾緊力不當會引起工件夾緊點局部轉動，工件相對于刀具的位置會發生改變。所以通過優化裝夾方式減小裝夾引起的彈性變形可以提高加工精度和生產效率[1]。

吊籃筒體高度5.5m，常規的四爪卡盤夾緊不能解決高度上的剛性問題，而且振動太大，導致加工時轉速小于3r/min，加工效率大大降低。本課題采用大支墩，并將大支墩連成一個整體，可以大大增加工件的剛性，如圖1 所示。

圖1 筒體車削夾具

3.2 合理的切削參數

加工分為粗加工、半精加工和精加工，粗加工時的背吃刀量和進給量較大；半精加工背吃刀量和進給量較小；精加工的背吃刀量一般控制在0.2～0.5mm，進給量一般控制在0.2～0.3mm/r。切削速度對切削力的影響不大，根椐工件的材料和直徑、刀具材料及角度，需要控制在一定范圍內，一般取Vc=6-120m/min。精車時盡量用高的切削速度，但要采取措施來防止工件共振，降低工件的表面粗糙度，切削速度也會影響刀具耐用度。切削速度高會引起刀具的磨損，鋒利程度相應減弱，切削力增加。因此需減少切削深度和走刀量，否則振動時容易引起“軋刀”，減小切削時的吃刀力，將會減少工件變形。對于吊籃筒體的加工，我司經過一系列摸索，確定加工參數如表2。

表2

3.3 合理的冷卻方式

我司6.3m 專機上采用的是ER-315 極壓切削油，由于機床的結構限制，采用切削液會泄露。為了減少工件變形，我司改進了機床密封結構，將切削油換成了切削液，切削液比熱容大、黏度小、流動性好，可以加速冷卻，吸收大量的熱量，使切削切削溫度降低，防止工件變形。

3.4 加工順序的探索

在切削的過程中，一部分切削刃前方晶粒隨切屑流出，已加工表面上殘留一部分；晶粒在分離處的水平方向上受壓，在垂直方向受拉，形成了殘余拉應力。另外，在形成已加工表面的過程中，已加工表面與刀具的后刀面產生擠壓與摩擦，使表層金屬形成拉伸的塑性變形；刀具離開工件后，在里層金屬的作用下，表層金屬會產生殘余壓應力。所以不合理的加工順序會導致金屬內部的殘余應力增多，也就增加了零件變形。

對于工件的內外圓切削，選擇合理的切削順序，對變形至關重要。保證內徑及其公差要求的重點，在選擇切削方向上進行了探索，內外圓交替加工的常規方法每刀變形為0.6～1.5mm（單邊），本次課題研究的方法，可以解決沒有熱處理對工件變形的影響，可以很好的控制應力釋放對筒體尺寸的影響。

在加工吊籃筒體過程中，經過反復測量以及試驗，進行了多次測量，選擇端口外圓的監控帶數據來進行研究，可得到以下規律（見表3、圖2）

圖2 每一次加工的變形曲線圖

表3 中筒節端口外圓監控帶跳動

從數據來看，從第23 次加工開始，變形區域穩定，加工變形量≤0.35mm。

在多次試驗及測量中，得到最優的加工順序：法蘭朝下時，上筒體內孔自上向下車一刀，中筒體外圓自下向上車一刀，中筒體內孔自上向下車一刀，此加工方案筒體每刀變形0.3mm 以內。

3.5 翻身方式的改進

目前采取的翻身方式為吊帶吊起，以筒體一端為支點，進行的翻身，為了滿足加工要求，于是將支點位于長軸處，用翻身的變形來消除一部分橢圓度，效果良好。

4 結論

經過本課題的研究，最終加工效果如下，內孔圖紙要求：Φ3398±1 ，實測Φ3398（-0.4～-0.1）；內孔精車完成后，測量圓柱度0.2mm ；圖紙要求51（+0.5～+1.5），精車完成后，壁厚52～52.5，遠遠滿足工藝控制要求。

該成果可以成功運用到加工內外壁的大型薄壁零件，如CAP1000 大型筒體、華龍一號大型薄壁筒體。