汽轮机高压内缸的制造工艺研究

徐雨光

摘 要：通过对高压内缸的结构特点及工艺难点分析，在工艺方案、把合孔、销孔、螺纹孔、水压试验、叶根槽及管口等方面进行了工艺优化，解决了汽轮机内缸加工过程中遇到的难点，并制定了相应的整改措施，首件经过客户联合检查各项尺寸精度及行位公差均达到图纸要求，总结出一套完整高效的汽轮机高压内缸加工技术，为以后加工类似汽缸提供了宝贵经验。

关键词：汽轮机 销孔 叶根槽 管口

中图分类号：TK262 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）01（c）-0059-02

笔者公司承接国外的汽轮机改造机组，其中高中压内缸相比国内精度要求高，结构紧凑。工艺方面要进行合理优化工序安排，控制变形量、保证各部形位公差，提高产品质量。

内缸总高为2038mm，最大直径为φ1936mm，最小直径为φ638.4mm，上部重量为6t，下部重量为6.4t。内腔有10个喷嘴槽和5个叶根槽，缸体壁厚较薄，容易变形，加工过程中需要控制。此种气缸在该公司属首次加工，缺乏加工经验，工艺、程序、刀具、工装具都需要从头开始摸索。

该文介绍了高压内缸的加工难点及针对这些难点进行的工艺攻关。

1 加工难点及应对措施

1.1 工艺方案的选用

缸体壁薄，立车序如果加工量过大，势必引起精加工后变形，为此工艺增加一次半精车工序。整体工艺方案为：来料确认→划线分配余量→粗铣中分面→粗车内腔各开档→消应力处理→钻中分面把合孔→精加工中分面→加工销孔→上下半把合→精车内腔开档→水压试验→二次精车→加工管口、立键各部→清理交检[1]。

1.2 中分面把合孔的加工

内缸中分面把合孔一共有20个直径分别为φ105mm、φ118mm、φ143mm。传统工艺是先用高速钢钻头钻出底孔，然后用镗刀将底孔逐级扩大至要求尺寸。该工艺的缺点是切削效率低、刀具寿命短。为了缩短制造周期，我们采购了肯纳公司的新型大直径可转位复合钻可将钻、扩工序改为一次完成。该复合钻由定心钻、切削头和刀杆组成。定心钻（材料为高速钢）可在高速钻孔时保证钻削稳定；切削头由不对称的多刃可转位刀片组成，选用凸三角形带点式断屑槽的可转位刀片，可保证良好的强度和断屑性能。为保证高速钻削的稳定性，在切削头上还点焊有硬质合金导向块（这对加工通孔尤为重要）。大直径可转位复合钻加工合金钢材料的常用切削用量为：vc=60～80m/min，f=0.1～0.14mm/r。采用复合钻既保证了内孔质量，又大大提高了加工效率，节省了近2/3工期。

1.3 定位销孔的加工

传统的加工合半销孔的方法是将零件上下半把合后再进行配钻铰。由于汽缸下半销孔底部带有螺纹，要求螺纹必须与销孔同心，而且汽缸体积较大，同钻铰装卡也很困难，因此该加工有一定的难度。此次研究人员改变加工方法，汽缸上下半在同一台数控φ200镗床上加工销孔，全部由数控机床来保证各销孔的位置精度。经过验证，采用新方法能够满足图纸的各项技术要求，各销孔的公差+0.025/0mm，实际把合时也很顺利，这种加工方法不仅缩短了加工周期，也很好地保证了销孔的位置精度和尺寸精度。

1.4 大直径螺纹孔的加工

汽缸中分面螺纹孔的加工是加工技术中最困难的问题之一。传统加工方法一般使用开有沟槽的丝锥。由于不同尺寸的螺纹需使用不同尺寸的丝锥，因此丝锥加工具有制造成本高、生产效率低，且主轴的偏摆常易引起振动，容易使螺孔加工出现波纹、“双眼皮”、螺纹通端不通止端通等现象[2]。此次螺纹加工利用数控机床三轴联动的特点，使用螺纹铣刀，对螺纹进行铣削加工。螺纹铣刀在数控程序的控制下，在自身旋转的同时作空间螺旋运动，X轴、Y轴控制螺纹的中经，Z轴控制螺距，使刀尖在空间形成的轨迹与螺纹的螺旋面重合，进而加工出完整的螺纹。在加工螺纹时，为了排屑顺畅，提高齿面粗糙度，螺纹铣刀要从孔底部起刀，至螺纹孔顶部结束。一般加工螺纹分4刀完成，过程中和加工完成都要用螺纹塞规进行检查。

1.5 水压试验

水压试验是检测缸体承受压力的能力，是缸体制造环节中重要的一环。水压试验需要水压试验图（包含腔室的划分及各腔室试验压力）、中分面螺栓信息（螺栓规格、数量、安装位置及预紧伸长量）、水压试验规程和试验标准。

该高压内缸分为两个腔室，压力要求分别为11.5MPa和5.2MPa，保压时间为10min，水平中分面及法兰不得从两侧向外泄漏。水压试验一共进行了3次，最终达到试验要求。过程中出现的问题第一次是中分面向外渗水。问题的原因是螺栓的热紧顺序问题，操作者为了方便，热紧时一侧热紧后再进行另一侧，导致把紧力不够，中分面向外渗水。正确的热紧顺序是以中间向两边，两侧同时进行。第二次是串腔，高压腔室保不住压。经过拆半后查找原因是安装隔板时将密封条碰伤，导致两个腔室密封不住。通过改进在第三次试验时顺利通过。

1.6 T型叶根槽的加工

该汽缸的叶根槽规格有3种，叶根槽内孔直径及型线尺寸跨度大，定位面行位精度要求不大于0.025mm，叶根槽最小宽度仅为9.6mm，最小加工直径为φ638.4mm，为了应对该型线结构、加工尺寸及精度的要求，我们利用线切割根据不同槽型，制作不同的刀具。具体加工时分为7个工步：（1）粗车圆弧槽；（2）粗车槽底半圆弧；（3）半精车轴向开档；（4）精车槽底；（5）精车槽底半圆弧；（6）精车上弯槽；（7）精车下弯槽。

T型槽上、下弯槽选用自制的方刃弯头车刀，事先测量好刃口宽度进行编程，在数控程序中设定补偿值。立车操作者对刀要仔细，过程中为了保证加工面的粗糙度要及时清理铁屑。

1.7 高压进汽管口的加工

高压进汽管口最小直径为φ260.35mm，最大直径为φ273.45mm，管口深度为320mm，内孔圆柱度要求0.01mm，尺寸精度H6。由于尺寸精度、行位公差及表面粗糙度要求都极为严格，管口的加工也是汽缸加工难点之一。在数控200镗床上，利用数控平旋盘加工。具体加工工步如下：（1）先精铣管口端面，按图纸尺寸加工准；（2）粗铣密封内孔及底面，单边留1mm余量；（3）精细最内侧内孔及端面，按图纸加工准；（4）利用三面刃槽铣刀盘加工密封槽，单边留1mm余量；（5）利用平旋盘精镗三处R2.5空刀槽。首先半精镗环槽轴向端面，单边留0.2mm余量。再加工轴向让0.3mm，精镗R2.5径向空刀，达图。最后再精镗环槽轴向端面，达图；（6）加工密封槽底，按图纸尺寸加工准；（7）利用桥式精镗刀精镗内孔，按图纸尺寸加工准；（8）加工各部倒角，按图纸尺寸加工准[3]。

经过质保部自检、与客户联检，高压内缸各项精度均达到图纸要求，成功实现了首套高压内缸零件的试制。

2 结语

该文在对汽轮机高压内缸的结构特点及工艺难点的分析的基礎上，通过实际的生产运用，解决了汽轮机高压内缸生产制造过程中的技术问题，总结了一套完整、高效的加工技术方案，为以后笔者公司加工类似缸体留下了宝贵经验，同时也为公司创造了新的经济增长点。

参考文献

[1] 王莉莉.新型300MW、600MW机组高压内缸工艺研究[J].机械工程师，2016（3）：225-226.

[2] 彭家元.汽轮机汽缸螺纹数控铣削加工[J].金属加工，2010（3）：29-32.

[3] 张海霖.加工大直径孔的刀具[J].机械工艺师，2001（1）：36.