汽轮机再热主汽调节阀主阀座孔以车代镗工艺研究

    600MW、300MW汽轮机再热主汽调节阀的阀壳结构如图1所示，主阀的阀座孔位于阀体的中间部位，距进汽口端面约1500mm，阀座孔长度120mm，加工时机床主轴需要伸出1700mm，对于大多数大型镗床来说已是极限位置。

    受主轴挠度影响，加工部位的表面质量较差，直线度、圆度、尺寸误差都比较大，质量无法保证，而且新式机组的阀座孔带有配合型线，需要使用偏心盘采用数控差补进行加工，但数控镗床安装偏心盘后，主轴或是接长刀杆无法达到1000mm以上的加工长度，因此目前的数控镗床已经无能力加工带有配合型线阀壳的阀座孔。经研究决定使用大型数控立车代替镗床加工此类阀座。

图1 再热主汽调节阀主汽阀结构

    2 设备选用

    采用数控立车加工600MW、300MW汽轮机再热主汽调节阀的主阀座孔，需要设计专用的装夹工装，装夹工装与阀壳形成一个整体，其回转直径约为4500mm，立车的通过直径需要大于5000mm。立车所加工的最大工件高度大于3500mm、内孔最小加工直径小于350mm，主轴伸出长度大于1800mm。本文以齐齐哈尔第一机床厂有限公司生产的CK5263为例进行讨论。CK5263通过直径为6300mm，工件最大高度4000mm，主轴伸出长度大于2000mm，加工工件内孔最小直径430mm，最大承受重量100t，符合600MW、300MW汽轮机再热主汽调节阀的主汽阀阀座孔的加工要求。

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    3 装夹方式

    600MW、300MW汽轮机再热主汽调节阀的阀壳属于不规则形状，在镗床上加工时便于装夹找正，但是加工质量无法保证，在立车上加工则需要将阀壳垂直放置，可以保证加工质量，但是存在装夹难题。我们首先设计制造一V型垫铁，用于600MW机组再热主汽调节阀的阀壳的固定；300MW机组每个再热主汽阀只有一个调节阀，可直接垂直安放与机床花盘上，省去V型垫铁。然后依据阀壳的外部形状，设计一弯板用于辅助支撑及装夹，弯板使用螺栓固定在阀壳上，这样使阀壳与工装间形成较为稳固的结构，再通过焊接辅助压板搭子，阀壳可以完全平稳地固定在立车花盘上，总体装夹方案见图2。因增加了弯板，整体结构的重心偏移，需要对其进行配重，以保证车削过程中的稳定性，图2中的两个垫块既起到支撑作用，也起到配重的作用。

图2 立车装夹示意图

    4.1 找正基准确定

    600MW、300MW汽轮机再热主汽调节阀的主阀座孔从图纸要求上看，其与轴孔间存在一定的位置要求，因此在上立车车削前需要由数控铣床和钻床将轴孔、阀盖孔以及对应螺孔加工准，而后在主蒸汽进口镗一找正圆及找正平面，在立车车削时按照主蒸汽进口的找正圆、找正平面找正即可保证图纸的要求。

    4.2 切削参数确定

    阀座孔的内孔直径较小，立车加工时线速度较低，加工的表面质量需要进行理论计算，选用合适的刀具及切削参数对于产品的最终质量有着重要的影响。

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    CK5263花盘最高转速可达50r/min，但是在加工形体复杂的汽缸类零件时，其转速最好时只能达到最高转速的60%，即30r/min。刀尖角半径r与进给量f、表面粗糙度Ra的理论值存在一定关系，我们选择进给量时一般不应超过此值。600MW主阀调节阀主汽阀阀座孔图纸要求表面粗糙度为Ra1.6。根据理论计算公式：

    h=r-（r²-（0.5×f）²）^0.5       （1）

    Ra=（0.25～0.33）h     （2）

    得到：f_max=（Ra×r/50）^0.5，选取r=1mm。

    fmax=（1.6×1/50）^0.5=0.17mm/r

    选择f=0.20mm/r，a_p=（3～4）f≈0.5mm。依据所加工部位的结构选用93°硬质合金刀具，主偏角大于90°因此：

    h=1000×（f²/8×r）     （3）

    式中，f-每转进给量，mm/r；r-刀具刀尖角，mm。    

    Ra=（0.25~0.33）×H=（250~330）×（f²/8×r）

    =（250~330）×（0.20²/8×1）=（1.25~1.65）

    满足加工要求，因此切削参数确定为：f=0.20mm/r，a_p=（3～4）f≈0.5mm，转速最大r=30r/min。

    4.3 装夹及加工过程

    首先在花盘上安放V型垫铁以及弯板，工件翻转为垂直状态，将工件平稳安放于V型垫铁上，调整弯板位置，使弯板与阀壳阀盖孔部位对正（该部位也作为加工时的观察孔之用），使用3~5个螺栓将弯板固定于阀壳上，安装垫块进行辅助支撑及配重，调整阀壳位置，安装压板，初步固定，使用百分表检查阀壳找正孔与找正面，找正后紧固压板，将阀壳固定好，开始加工，首先加工主蒸汽进口，而后留量0.50mm加工阀座孔平面、内孔及型线部位，最后精加工阀座孔各尺寸。

    5 结语

    采用本文的加工方法，实现了哈汽公司的600MW、300MW汽轮机再热主汽调节阀主阀座孔以车代镗加工方法的转变，不仅提高了加工质量，而且加工效率提高了近2倍，为类似产品的加工提供了参考。