CN102069228A - 大型汽轮机汽缸压紧环的铣削加工夹具及压紧环的加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种大型汽轮机汽缸压紧环的铣削加工夹具及压紧环的加工方法，所述铣削加工夹具包括台板、支撑板和底板，所述台板和底板是弧段平板，两者平行布置，由支撑板焊接连接为整体，使铣削加工夹具的截面形状为“工”型，台板上设置有与压紧环端面通孔对应的定位孔，及铣削加工时的定位基准面。压紧环的加工方法是将压紧环等分为若干个的弧段分别加工，将弧段通过铣削加工夹具固定在机床工作面上，先铣削出弧段的下端面，再翻转弧段，将弧段的下端面作为Z轴基准面，继续铣削内、外周面和上端面。该铣削加工夹具结构简单，制作和装配简单；该方法加工效率高，材料和资源的浪费少，降低加工成本，满足精度要求。

Description

大型汽轮机汽缸压紧环的铣削加工夹具及压紧环的加工方法

技术领域

本发明涉及汽轮机制造加工领域，具体的是一种大型汽轮机汽缸压紧环的铣削加工夹具及压紧环的加工方法。

背景技术

大型汽轮机（甚至百万等级的汽轮机）的汽缸之间具有压紧连接装置，一般是通过压紧环将两者过渡连接，确保其密封性和连接强度。特别是在核电汽轮机的低压模块中，低压外缸与低压内缸之间，依靠若干个压紧环弧段互相装配密封，同时配合安装有橡皮圈来过渡联接。该压紧环的下端面是一个平面、上端面是一个异型面，其中上端面的内缘部分具有凸台，凸台上有多个周向均匀布置的通孔，上端面的外缘部分具有半圆凸肩。压紧环的加工质量、外形尺寸的精度是决定低压内、外缸之间是否漏汽的关键一环。如图1所示，核电汽轮机低压模块中的整圈压紧环由12段压紧弧段组成，其中每个压紧弧段的夹角约为30°。由于核电汽轮机汽缸的尺寸较大，精加工后的压紧环弧段的外圆直径大于7000mm，厚度小于50mm，宽度约为120mm，同时，节圆ΦB上有数个ΦC的通孔，密封槽的型线由根部Rd与Re相切过渡而成，密封面的表面粗糙度Ra3.2。该压紧环弧段一般采用碳素结构钢材料进行机械加工制得 ，由于弧段直径大、厚度薄、钢性差，加工难度较大、精度难以满足要求。

加工上述压紧环弧段，一般采用以下的工艺流程：

(1)下料：将工件毛坯加工为四个相同规格的初始弧段，每个初始弧段的圆弧圆心角约为90°，弧段的内、外圆直径均超过7000mm，四个初始弧段能够组成一个整环。

（2）焊接：将两个初始弧段焊接成半圆弧段。

（3）铣削：铣准两个半圆弧段上下半的水平中分面。

（4）车削：合并上、下半圆弧段，车准上、下半圆弧段的上、下端面及内外圆。

（5）线切割：如此车削、定位准确后，按照技术要求将上、下半圆弧段分别切割成六段，即将上、下半圆弧段切割为圆弧圆心角约30°的压紧环弧段。

（6）铣削：铣准每个压紧环弧段的接配面。

（7）划线：在压紧环弧段的上、下端面上，划数个ΦC的通孔中心线。

（8）钻削：在压紧环弧段的上、下端面上的通孔中心线处，钻削数个ΦC的通孔。

（9）钳工：清理、去毛刺等。

该工艺流程的缺点：工序（1）下料时，钢板外形尺寸很大，要求其长度/宽度均超过4米，下料后原材料浪费严重；工序（4）车削时，由于钢板直径大，钢板薄，加工过程中易变形，加工困难；加工设备数控立车要求工作台直径超过8米，立车的回转直径约10米，而且每台份核电低压模块中的压紧环至少有8个整圈，这样大型数控立车资源相当紧张，同时该类型的大型数控立车加工费用昂贵；并且，该方法必须先将弧段焊接组合呈半圆，定位切削后再切割弧段，这种重复性劳动，浪费了大量人力、物力和财力，加工效率十分低下，由于多次重复定位，加工精度往往受到影响。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种大型汽轮机汽缸压紧环的大型汽轮机汽缸压紧环的铣削加工夹具及高效的压紧环的加工方法。

本发明采用的技术方案是：

一种大型汽轮机汽缸压紧环的铣削加工夹具，所述铣削加工夹具包括台板、支撑板和底板，所述台板和底板是弧段平板，两者平行布置，通过支撑板焊接连接为整体，使铣削加工夹具的截面形状为“工”型，台板上设置有与压紧环端面通孔对应的定位孔，及铣削加工时的定位基准面。

所述支撑板由若干块支撑体组成，支撑体呈长方形，周向均匀布置在台板与底板之间。

所述定位孔是阶梯孔，且阶梯孔的大直径段对应台板底面。

所述定位基准面包括：X轴基准面、Y轴基准面和Z轴基准面，其中X轴基准面和Y轴基准面对称布置在台板的左、右外侧，Z轴基准面即台板顶面。

一种大型汽轮机汽缸压紧环的加工方法，将压紧环等分为若干个的弧段分别加工，其具体步骤如下：

（1）下料弧段工件毛坯，留加工余量；

（2）在弧段工件端面划通孔中心线； 

（3）钻孔、攻丝成螺纹通孔，该螺纹通孔内径小于压紧环通孔内径；

（4）将上述所述的铣削加工夹具平放在机床工作台上，通过其定位基准面找中、找平、找正后固定，将台板顶面见光，再将弧段工件平放在夹具上，弧段工件的下端面朝上，使用螺钉将其固定在铣削加工夹具上，铣削弧段工件的下端面；作为Z轴基准面；

（5）翻转弧段工件，重新安装固定，再分别铣削弧段工件的内、外周面和上端面；

(6)将弧段工件上的螺纹通孔扩钻成为直径符合设计要求的光孔；

(7)清理、去毛刺。

本发明产生的有益效果是：

本发明提供了一种大型汽轮机汽缸压紧环的铣削加工夹具，该铣削加工夹具结构简单，制作和装配简单，不需要对工人进行二次培训。采用该压紧环的加工方法，将压紧环分为规格统一、尺寸适中的压紧环弧段加工，采用铣削方式加工压紧环弧段的外形尺寸，加工效率大大高于车削方式。所需数控镗铣床规格较小、大大减少原材料和资源的浪费，节省了大型数控立车的装备资源、缓解大型数控立车资源的瓶颈，降低加工成本。同时，满足了压紧环加工的精度和技术要求，精加工后的产品经装配完全符合设计要求。

本发明的大型汽轮机汽缸压紧环的大型汽轮机汽缸压紧环的铣削加工夹具及压紧环的加工方法，特别适用于核电汽轮机压紧环段外形尺寸的装夹装置，同样适用于火电汽轮机、燃气轮机，具有很好的推广价值。

附图说明

图1是大型汽轮机汽缸压紧环的结构示意图；

图2是图1的A-A视图；

图3是本发明铣削加工夹具的主视图；

图4是本发明铣削加工夹具的俯视图；

图5是图3的B-B视图。

图中标号表示：1-台板，2-支撑板，3-底板，4-X轴基准面，5-Y轴基准面；6- Z轴基准面，7-定位孔，8-通孔，9-上端面，10-下端面。

具体实施方式

现以核电汽轮机低压外缸与低压内缸之间的压紧环为例，具体说明本发明的大型汽轮机汽缸压紧环的铣削加工夹具及压紧环的加工方法。本发明对核电汽轮机压紧环上下端面加工的方案进行了详细的分析和研究，提出并实施了用铣削方式代替车削方式的方案，并设计、制作出压紧弧环段铣削的装夹装置，精加工后的产品经装配完全符合设计要求。

如图1、图2所示，压紧环呈圆环法兰状，压紧环的下端面10是水平面，上端面9是一个异性面，其中上端面9的内缘部分呈凸台环状、凸出上端面9表面一段距离。，凸台上具有多个周向均匀布置的通孔8，通孔8的中心线是一个以压紧环圆心为圆心、直径ΦB的圆，通孔8的直径为ΦC。法兰上端面9的外缘部分具有半圆凸肩，该凸肩与上端面9的连接处具有“R”型的圆滑过渡连接。压紧环的各个表面和定位面的加工精度较高，其中，上端面9和外周面的表面粗糙度为Ra3.2、下端面10和内周面的表面粗糙度为Ra12.5。

对压紧环加工时，本发明将压紧环等分为若干个压紧环弧段分别加工，针对压紧环弧段的具体结构设计铣削加工夹具，使其能够装夹压紧环弧段在机床上进行铣削加工。如图3～图5所示，铣削加工夹具包括台板1、支撑板2和底板3，三者焊接相连。其中：台板1和底板3是弧段平板，两者平行布置；支撑板2呈圆弧状、垂直布置在台板1和底板3之间。使得铣削加工夹具的截面形状为“工”型，支撑板2的圆弧内侧与台板1、底板3之间构成压紧环弧段的装夹端，台板1上有与压紧环端面通孔8对应的定位孔7，及铣削加工时的定位基准面。

定位孔7的数量、位置与压紧环弧段上的通孔8一一对应，布置在定位孔节圆上。定位孔7是阶梯孔，且阶梯孔的大直径段对应台板1的底面，满足把紧压紧环弧段的需要。

支撑板2是若干块支撑体，本实施例中支撑体是钢板，钢板周向均匀布置在以压紧环弧段圆心为圆心的支撑板节圆上。支撑板2布置在台板1与底板3之间，在装夹压紧环弧段时起支撑作用，支撑板2的高度满足扳手把紧螺钉的需要。

底板3平放在机床的工作台上，底板3的上端面需用压板、螺钉等工装把铣削加工夹具压牢在工作台上。

台板1的内径ΦE大于压紧环弧段的内径，台板1的外径ΦD小于压紧环弧段的外径，支撑板2的内径大于台板1的内径。台板1的内径小于底板3的内径，台板1的外径小于底板3的外径，有利于铣削压紧环弧段内外径、深度尺寸加工到位时，不伤到铣削加工夹具本体。台板1和底板3的粗糙度要求较高，为Ra6.3，避免损伤压紧环弧段的加工面。

台板1的侧面具有X轴基准面4、Y轴基准面5和Z轴基准面6，其中X轴基准面4和Y轴基准面5对称布置在台板1的左、右外侧，Z轴基准面6布置在台板1的顶面。这三个基准面作为压紧环弧段铣削时的X轴、Y轴、Z轴方向的加工基准，确定基准后，再将铣削加工夹具把紧在机床上。因此，加工该三个基准面时，需严格控制基准面的公差要求。

本发明同时改进了大型汽轮机汽缸压紧环的加工方法，本实施例将压紧环等分为12个圆心角约为30°的压紧环弧段分别加工，其具体步骤如下：

（1）下料：将工件毛坯加工为弧段工件，且留有加工余量；本实施例中，将工件毛坯加工为圆心角约为30°的弧段工件，弧段的内外圆直径超过7000mm，由于铣削压紧弧段的外形尺寸时该工件变形较小，所以要求弧段工件的各单边相对于压紧环弧段留有少量的加工余量。

（2）划线：在弧段工件的上、下端面划数个周向均布的通孔中心线；通孔中心线以压紧环弧段的圆心为圆心，直径为ΦC。 

（3）钻削：在弧段工件的上、下端面上的通孔中心线处，钻削数个螺纹通孔，该螺纹孔的位置、数量与权利要求1所述的铣削加工夹具的定位孔7一致，其螺纹通孔的内径小于压紧环通孔8的内径，即螺纹通孔相对于通孔8留有加工余量，螺纹通孔的内径小于ΦC。具体步骤如下：先钻弧段工件上、下端面上的螺纹底孔，扩上、下端面螺纹沉孔，并攻丝。

（4）将上述铣削加工夹具平放在机床工作台上，通过其定位基准面找中、找平、找正后固定，再将弧段工件平放，弧段工件的下端面朝上，使用螺钉将其固定在铣削加工夹具上，铣削弧段工件的下端面；作为Z轴基准面；

（5）翻转弧段工件，重新安装固定，再铣削弧段工件的内、外周面和上端面；

（6）钻削：将弧段工件上的螺纹通孔扩钻成为直径符合设计要求的光孔，即符合技术要求的压紧环上的通孔8；

（7）钳工：清理、去毛刺。

铣削加工夹具具体的使用方法如下： 

A)把铣削加工夹具平放在机床的工作台上，调整好铣削加工夹具的基准面，即将X轴基准面4、Y轴基准面5、Z轴基准面6分别对准X轴、Y轴和Z轴方向，再使用压板、螺栓压牢铣削加工夹具。

B)将弧段工件的下端面10朝上，将螺钉穿入铣削加工夹具的台板1的定位孔7和弧段工件上的安装孔，对称把紧螺钉，从而牢靠固定装夹弧段工件。根据铣削加工夹具的基准面设置工件零点，铣准压紧弧段的下端面10，由于下端面10的精度要求不高，表面粗糙度Ra12.5，铣到低点见光即可。再粗铣压紧环弧段的内外圆及两侧装配面，单边留1mm余量即可。

C)将弧段工件翻身，使其上端面9朝上，对称把紧螺钉，校准装夹装置的基准面，铣准上端面9各尺寸、内外圆及两侧接配面，表面粗糙度Ra3.2。

Claims (5)

1.一种大型汽轮机汽缸压紧环的铣削加工夹具，其特征在于：所述铣削加工夹具包括台板、支撑板和底板，所述台板和底板是弧段平板，两者平行布置，通过支撑板焊接连接为整体，使铣削加工夹具的截面形状为“工”型，台板上设置有与压紧环端面通孔对应的定位孔，及铣削加工时的定位基准面。

2.根据权利要求1所述的大型汽轮机汽缸压紧环的铣削加工夹具，其特征在于：所述支撑板由若干块支撑体组成，支撑体呈长方形，周向均匀布置在台板与底板之间。

3.根据权利要求1所述的大型汽轮机汽缸压紧环的铣削加工夹具，其特征在于：所述定位孔是阶梯孔，且阶梯孔的大直径段对应台板底面。

4.根据权利要求1所述的大型汽轮机汽缸压紧环的铣削加工夹具，其特征在于：所述定位基准面包括：X轴基准面、Y轴基准面和Z轴基准面，其中X轴基准面和Y轴基准面对称布置在台板的左、右外侧，Z轴基准面即台板顶面。

5.一种大型汽轮机汽缸压紧环的加工方法，其特征在于：将压紧环等分为若干个的弧段分别加工，其具体步骤如下：

（1）下料弧段工件毛坯，留加工余量；

（2）在弧段工件端面划通孔中心线； 

（3）钻孔、攻丝成螺纹通孔，该螺纹通孔内径小于压紧环通孔内径；

（4）将权利要求1所述的铣削加工夹具平放在机床工作台上，通过其定位基准面找中、找平、找正后固定，将台板顶面见光，再将弧段工件平放在夹具上，弧段工件的下端面朝上，使用螺钉将其固定在铣削加工夹具上，铣削弧段工件的下端面；作为Z轴基准面；

（5）翻转弧段工件，重新安装固定，再分别铣削弧段工件的内、外周面和上端面；

（6）将弧段工件上的螺纹通孔扩钻成为直径符合设计要求的光孔；

（7）清理、去毛刺。

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