汽輪機汽缸T形汽封槽加工方法

江叔云，陳榮

（中國長江動力集團有限公司，武漢 430074）

0 引言

拖動式汽輪機汽缸（如圖1）前汽封位（如圖2）內(nèi)孔小，尺寸精度要求高、汽封級數(shù)較多、長徑比大，屬于典型的細深孔。一般情況下細深孔都是由鏜銑床進行加工，但是鏜銑床加工T形槽難以保證加工精度，且該處汽封位相對于其他內(nèi)孔及同軸度要求較高，因汽缸外形尺寸大，所以需用大型立車車削加工。受立車方枕尺寸、機床轉(zhuǎn)速限制，大型立車加工細深孔難度大，尺寸精度及表面粗糙度難以保證。然而在細深孔加工T形槽更是難上加難，下面將從輔助工裝、刀具選擇與選用、加工方法及切削參數(shù)三個方面介紹該汽輪機汽缸汽封位T形汽封槽的加工。

圖1 拖動式汽輪機前汽缸剖視圖

圖2 前汽封位放大圖

1 輔助工具的設(shè)計與使用

該類型汽輪機前汽缸前汽封長度接近400 mm，直徑卻只有φ240 mm，而加工過程中所使用的的大型立車立車滑枕尺寸超過其內(nèi)孔尺寸，滑枕無法直接加工前汽封位，這就需要輔助刀架，為此專門設(shè)計了輔助刀架（如圖3）。一副良好的工裝夾具應(yīng)滿足以下要求：能保證工件的加工質(zhì)量;能提高生產(chǎn)效率、降低成本；操作簡單、使用方便；應(yīng)有良好的結(jié)構(gòu)工藝性[1]。綜合以上幾點，因此刀架材料選用高碳鋼鍛打件，并進行淬火處理，其目的是為了在減輕刀架質(zhì)量的同時保證其優(yōu)良的剛性，在設(shè)計刀架過程中既要考慮刀架在加工過程中與工件不干涉，又要考慮刀具安裝的便捷性，還要考慮刀架剛性及后期的通用性。為減輕刀架質(zhì)量，方便安裝使用，為此改變傳統(tǒng)刀架四四方方的外形，將刀架主體加工成十字型，在刀架主體各拐角處設(shè)計成圓弧相切，即減輕了刀架的質(zhì)量，又加大了刀架主體的受力面，使其剛性更好。刀架夾持位專門采用凹字形夾位設(shè)計，加大了滑枕對刀架的夾持力度。為進一步增加刀架加工時的穩(wěn)定性，有效防止加工過程中刀架出現(xiàn)偏移及振動，在刀架夾持位下方四角設(shè)計了4個頂緊螺絲，進一步加強刀架與機床滑枕安裝的緊固性，避免刀架在加工過程中產(chǎn)生共振。

圖3 輔助刀架

刀具安裝位采用7字型開口，這種開口相對于凹型開口加強了刀具夾緊位的剛性，防止刀具在夾緊過程中造成刀架開口處變形，刀具壓緊螺釘?shù)倪x用要考慮刀具安裝時候的便利性，以及螺釘對道具的壓緊力是否足夠，壓緊力過小會造成刀具壓不牢，壓緊力過大會造成刀架變形。通過試驗，選取M20內(nèi)六方螺釘壓緊最為合適，壓緊力度大小適中，裝夾刀具時內(nèi)六角壓緊扳手也便于操作。

2 刀具的選擇與選用

在金屬切削過程中，刀具材料性能的好壞對于切削效率、加工成本、加工表面質(zhì)量、加工尺寸精度等都有密切關(guān)系，因此在加工中選擇合適的刀具就尤為重要[2]17。

由于該型汽輪機前汽缸汽封位直徑僅為240 mm，且汽封直槽寬度只有17.1 mm和34.1 mm，槽深單邊為32.9 mm和34.3 mm，T形槽深度最深達8.2 mm。對于這種細深槽加工本身難度極大,而在細深槽中加工高精度T形槽更是困難重重。由于內(nèi)孔小，槽寬窄，槽深較深，勢必會造成切削受力大，切削溫度高，排屑困難，這就對刀具的要求極為苛刻。由于內(nèi)孔直徑小，線速度低，加工中會產(chǎn)生高溫；槽深較深，槽寬較窄，會造成加工過程中排屑困難，排屑不暢勢必會產(chǎn)生夾屑現(xiàn)象。綜上各個因素考慮，粉末冶金高速鋼刀具是加工托動機前缸前汽封位的最佳選擇。粉末冶金高速鋼有諸多優(yōu)點，例如：韌性和硬度較高，可磨削性能好、質(zhì)量穩(wěn)定耐溫性能良好、耐用度較高等特點[2]20。選用該高速鋼刀具可以有效解決硬質(zhì)合金刀具的切削力過大、脆性大、導(dǎo)熱性差等問題。為此專門設(shè)計了正反兩種方向6 mm溝槽刀（如圖4）及10 mm高性能白鋼切刀（如圖5）。

圖4 6 mm溝槽刀

圖5 10 mm切槽刀

3 加工方法及切削參數(shù)

大型立車加工細深槽及T形鉤槽對加工方法也極為考究，在加工過程中不僅要解決刀具干涉、刀具剛性及耐用性、排屑困難等問題，又要保證各尺寸精度及位置精度。解決了刀具和輔助刀架等問題后，加工方法及切削用量對各尺寸及位置精度的保證。

在加工17.1 mm和34.1 mm直槽時，我們選用專用的成型10 mm白鋼切槽刀，由于槽深較深，回轉(zhuǎn)直徑較小，故不能一刀切到圖示深度，所以采用上下借刀的方式加工。17.5 mm直槽按槽寬上下留1 mm進行半精加工，采用每次單邊切深5 mm，然后向上或向下依次借刀切入，直至將槽深加工至圖樣尺寸要求。34.1 mm直槽采用上中下三刀依次借刀的方法進行半精加工，槽寬單邊留1 mm余量。所有直槽槽深切至圖示尺寸后開始精加工各槽槽寬至圖樣尺寸要求，精加工亦是采用10 mm白鋼切刀加工（加工參數(shù)。注意各處倒角及圓角，以及控制表面粗糙度Ra1.6 μm及各槽寬公差（加工參數(shù)如表1）。

在加工17.1 mm直槽內(nèi)的鉤槽時，由于槽寬小，刀具在槽內(nèi)上下活動量不足2 mm，所以我們在加工時采取單刀小切深、多次左右借刀切入的方法進行加工，先將槽底加工至圖示尺寸，槽寬左右需留加工余量，這樣可以有效避免加工過程中夾屑的現(xiàn)象。加工17.1 mm溝槽時單次單刀切深不宜超過2.5 mm，退刀距離控制在0.2 mm以內(nèi)，這樣是為了防止鐵屑纏刀，退刀時擠傷直槽已加工表面或夾屑造成斷刀。加工34.1 mm直槽內(nèi)鉤槽時，由于槽寬較17.1 mm槽寬變寬，排屑性相對較好，所以在加工時我們采用左右借刀方式分兩刀將鉤槽槽底加工至圖示尺寸，槽寬左右需留精加工余量。加工鉤槽時，先加工上側(cè)鉤槽，這樣可以防止鐵屑落入下側(cè)已加工好的溝槽內(nèi)無法排出的問題。鉤槽加工時把每個鉤槽半精加工后直接按圖樣要求精車到尺寸，然后再加工下一個鉤槽，依次將同側(cè)鉤槽全部加工完成后再加工另一側(cè)鉤槽，這樣可以避免多次重復(fù)對刀。由于一般量具無法測量鉤槽（8.5±0.03）mm，為此專門制作了（8.5-0.03）mm和（8.5+0.03）mm通止規(guī)卡板進行測量。加工時要注意注意各處公差要求及倒角, 加工參數(shù)如表1所示。

表1 加工參數(shù)表

4 結(jié)語

通過對該型汽輪機汽缸前汽封位T形槽加工方法的研究及對加工方法的改進，大大縮短了該T形槽的加工周期，也保證了該T形槽各尺寸及位置精度，對后期該類型T形汽封槽加工提供了有利的技術(shù)參考及技術(shù)數(shù)據(jù)。