CN102248357B - 百万千瓦超超临界汽轮机组低压转子的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种百万千瓦超超临界汽轮机组低压转子的制造方法，包括以下步骤：第一步，车削外圆；进给量为0.20～0.60mm，切削速度为120～160m/min；第二步，径向套料取样；采用试棒套取工具，在低压转子工件的中间外圆距热处理表面200mm处套取直径为25mm，长度为330mm的径向试棒；第三步，安装割槽辅助加工工装；第四步，割槽；第五步，轴向套料取样；对工件进行轴向深孔套料取样，在工件上套取直径为60mm，长度为2000mm的径向试棒；然后对深孔轴向套料孔进行精加工。本发明可以制造出符合要求的百万千瓦超超临界汽轮机组低压转子。

Description

百万千瓦超超临界汽轮机组低压转子的制造方法

技术领域

本发明涉及一种大型铸锻件的制造方法，具体涉及一种百万千瓦超超临界汽轮机组低压转子的制造方法。

背景技术

大型铸锻件是国家重大技术装备和重大工程建设所必需的重要基础部件，大型铸锻件的制造能力和技术水平直接决定着重大技术装备的制造能力和水平。

目前，随着电力需求量迅猛的增长势头，对发电设备能力要求越来越高，1000MN以上大型低压转子需求量越来越大，面临的问题主要存在几个方面：

首先，低压转子是发电设备核心零件，其材质要求较高，内部各项性能指标要求较高，属于高强度合金钢，切削困难，且由于受转子的特殊形状制约，其吨位大，加工量较大，传统的生产制造方法切削效率低，不能满足转子的需求；

现有的车削低压转子外圆的方法，采用的刀片材质为YT5，这种刀具强度不够，切削速度较低，刀具容易磨损，特别是在半精加工及精加工过程中，由于刀具磨损较大，产生热量大，切削速度不能大于40m/min；另外，由于车削过程中需要经常磨刀，又花费了磨刀及换刀时间，进一步降低了生产效率；更重要的是，由于刀具的磨损，工件表面不能够一次性车削出来，存在接刀痕迹及形状误差，降低了零件表面光洁度，影响零件尺寸及形状精度，难以达到图纸技术要求。

其次，低压转子需要在中间大外圆上车，割出一排排较深而狭窄的叶片槽，有的深度达到600毫米以上，并且各叶片槽形状不规则，需要设计专用的割槽刀具，对刀具刚性要求较高；

现有的割槽方法是采用割刀，刀杆材料为45调质钢；割刀片30mm宽，刀片材料为整体YT5硬质合金。这种割刀的刀杆刚性差，刀片材质耐温性。割槽过程中的切削速度一般控制在40m/min左右，进给量在0.2～0.3mm之间，刀具为机夹式。由于刀片易被磨损，一旦刀片磨损，需将刀片取出，换到磨用小刀杆，待刀片磨好后，重新将刀片安装在割刀杆，继续加工。因此这种割槽方法的加工效率很低。

再次，低压转子外形尺寸及形位公差要求越来越高，工艺过程及其复杂，需要特殊的加工设备及工艺技术的改进。

此外，现有的低压转子的套料取样方法为先开槽后取样，也就是在工件热处理后，先将工件的中间取样外圆单面车去200mm深余量(开槽)，然后再用Φ25×130mm取样工具进行取样。这种取样方法操作简单，同时能够满足试棒要求。其缺点是：如果试棒性能不合格，工件就需要重新进炉热处理，这时取样过程中的开槽会影响工件的刚性，工件容易发生变形。更重要的是，再次取样时的套料位置已不满足距热处理表面200mm的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种百万千瓦超超临界汽轮机组低压转子的制造方法，它可以制造出符合要求的百万千瓦超超临界汽轮机组低压转子。

为解决上述技术问题，本发明百万千瓦超超临界汽轮机组低压转子的制造方法的技术解决方案为，包括以下步骤：

第一步，车削外圆；进给量为0.20～0.60mm，切削速度为120～160m/min；

工序一，粗加工；采用YT5硬质合金刀具，进行黑皮及断削加工；

工序二，半精加工；采用德国瓦尔特车削刀具，刀具为机夹式，不需磨刀；刀片为宽度25×25的负型正方形刀片，四尖角为R1.6mm；刀片材料为镀层硬质合金WPP20；

工序三，精加工；采用德国瓦尔特车削刀具，刀具为机夹式；刀片为55°菱形刀片，刀片材料为镀层硬质合金WPP20。

第二步，径向套料取样；采用试棒套取工具，在低压转子工件的中间外圆距热处理表面200mm处套取直径为25mm，长度为330mm的径向试棒；

第三步，安装割槽辅助加工工装；通过割槽辅助加工工装将径向套料孔堵住；

第四步，割槽；采用割槽工具进行割槽，割槽过程中的进给量为0.2～0.3mm，切削速度为100m/min，加工方式为每进给50mm深然后向两边扩；

第五步，轴向套料取样；对工件进行轴向深孔套料取样，在工件上套取直径为60mm，长度为2000mm的径向试棒；然后对深孔轴向套料孔进行精加工。

对工件进行轴向深孔套料取样包括轴向套料切削步骤、割断步骤，轴向套料切削步骤采用钻头与工件相对旋转的加工方式，该步骤中的转速为120转/分，套料进给量为2毫米/分；割断步骤采用工件静止，钻杆旋转的加工方式，该步骤中的割断参数转速为30转/分，进给量为0.4毫米/分。

对深孔轴向套料孔进行精加工的方法是：先使用扩孔镗头，通过边扩孔边测量直线度的方法，不断修正套料孔弯曲度，提高其直线度，以满足套料孔的直线度要求；再使用浮动镗刀，精镗后，采用裹纱布磨头，对套料孔进行粗精磨削，提高其表面粗糙度，以满足轴向套料孔表面粗糙度Ra3.2～Ra1.6的要求。

本发明可以达到的技术效果是：

本发明在第一步车削外圆的过程中采用不同材质的车削刀具，无需磨刀，避免了繁琐的换刀及磨刀时间，降低了工人的劳动强度；同时通过控制切削速度及进给量，使外圆的车削加工效率提高为原来的2倍以上。

本发明通过试棒套取工具能够在工件进行径向试棒的取样，并且取样位置满足距热处理表面200mm的取样要求，避免了中间外圆必须先开槽再取试样，大大提高了产品的合格率。

本发明在割槽步骤之前用试棒将径向套料孔堵住，能够避免断续加工，有效解决了径向套料孔外圆断续车削的问题，提高了转子的加工效率。

本发明能够加工直径为Φ120，长度为2000mm的轴向套料孔，并且能够满足该套料孔表面粗糙度Ra3.2～Ra1.6的要求。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是本发明百万千瓦超超临界汽轮机组低压转子的制造方法的流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明百万千瓦超超临界汽轮机组低压转子的制造方法，采用以下方法制造百万千瓦超超临界汽轮机组低压转子：

低压转子的材料为26NiCrMoV14-5，抗拉强度在1000N/mm²左右，属于高强度合金钢。

第一步，车削外圆；

1、粗加工；采用YT5硬质合金刀具，进行黑皮及断削加工；

2、半精加工；采用德国瓦尔特车削刀具，刀具为机夹式，不需磨刀；刀片为宽度25×25的负型正方形刀片，四尖角为R1.6mm；刀片材料为镀层硬质合金WPP20，刀片抗温耐磨，强度及韧性好；

3、精加工；采用德国瓦尔特车削刀具，刀具为机夹式；刀片为55°菱形刀片，刀片材料为镀层硬质合金WPP20；

进给量在0.20～0.60mm之间，切削速度在120～160m/min之间，进给量及切削速度随着工件的加工状况而变化；

车削刀具设有机床冷却循环系统。

第二步，径向套料取样；

工件热处理后，采用Φ25×330mm试棒套取工具，该试棒套取工具包括套料钻，在低压转子工件的中间外圆距热处理表面200mm处套取10根Φ25×330mm径向试棒，作为测试样品。

对该径向试棒进行热处理性能测试，如果试棒性能不合格，工件重新进炉，重新热处理之后再次套料取样，再次试验，直到合格。这种取样方法能够确保工件的取样位置，提高产品的合格率。

第三步，安装割槽辅助加工工装；

将径向套料取样后留下的直径为Φ56，长度为330mm的径向套料孔扩大，精镗，按尺寸

加工，同时根据径向套料孔的实际尺寸配车试棒，试棒比径向套料孔尺寸大0.02～0.03mm，用冷装的方法通过试棒(即割槽辅助加工工装)将径向套料孔堵住。

由于套料取样步骤之后，工件的外圆存在多个径向套料孔，导致割槽时出现断续加工，连续的碰刀容易使刀片受损，而且大大降低了加工速度。本发明在割槽步骤之前用试棒将径向套料孔堵住，能够避免断续加工，有效解决了径向套料孔外圆断续车削的问题，提高了转子的加工效率。

第四步，割槽；

采用割槽工具进行割槽，割槽工具包括割刀杆、割刀片，割刀杆采用高强度硬质合金，经热处理后，割刀杆的刚性好；割刀片为三角形状，宽度为19mm；割刀片采用耐热涂层硬质合金，提高了刀具的加工性能。

割槽过程中的进给量为0.2～0.3mm，切削速度为100m/min，加工方式为每进给50mm深然后向两边扩。

本发明的割槽方法，在进给量一定的情况下，切削速度为现有技术的(100×19)/(40×30)＝1.58倍；另外，本发明的割槽工具耐用，不需要磨削，避免了大量的磨刀及换刀时间，所以本发明的割槽效率可以提高至现有技术的2倍左右。

第五步，轴向套料取样；

1、将工件吊装至深孔加工机床；

工件调质后重量大约120吨，而TD21150深孔钻镗床载重只有80吨，为此，在TD21150深孔钻镗床的床身上增设两个托轮装置，凸轮承重65吨～85吨，用于承担工件部分重量，从而提高机床的承载吨位，确保套料的顺利进行；同时将机床的托夹范围扩大至Φ1800mm～Φ2400mm，使深孔钻镗床可承受百万千瓦低压转子的吨位和托夹范围要求，使深孔钻镗床能够对低压转子工件进行深孔套料加工；

2、对工件进行粗、半精、精车、砂光处理，提高工件两端轴颈的表面粗糙度及同轴度；

3、对工件进行轴向深孔套料取样；

轴向套料取样刀具采用瑞典山特维克刀具，刀片材质为GC235涂层硬质合金，套料刀片结构采用外凸三角形刀片(WCMX06)。

通过轴向套料取样刀具，在低压转子工件上套取直径为Φ60，长度为2000mm的径向试棒，工件上留下直径为Φ120，长度为2000mm的轴向套料孔；

为获得最佳直线度要求，套料切削过程中采用钻头与工件相对旋转的加工方式，即钻头的旋转方向与工件的旋转方向相反。

套料切削过程中，不仅需要提高切削效率，还需将切屑顺利排出并远离钻头切削刃，切屑的长短及厚薄可以通过改变切削速度和进给量来获得；而降低切削速度可以提高进给来缩短切屑，但特长或特大的断屑会阻塞切屑槽，所以不必过分断屑，同时断屑需要消耗能量，产生巨大热量会加速切削刃的磨损。

套料切削的转速为120转/分，套料进给量为2毫米/分。

套料切削过程中采用切削液，切削液不仅可以起到润滑，冷却效果，还可以改善工件加工表面质量，一般切削液温度控制在30°～40°左右，由于乳化液可以起到清洁工件的效果，同时乳化液适用于大多数材料，因此切削液选用乳化液；由于机床采用单管钻系统，单管钻系统的原理是外冷却液供给和内切屑排送；钻头是靠矩形螺纹与钻杆相连接，冷却液经过钻杆外壁与工件孔壁之间的间隙实现进给，将切屑通过钻管内孔排出，由于切削液速度很高，所以切屑可以无障碍通过钻管。

套料切削之后进行试棒的割断，割断工具采用高速钢材质的刀片，用于割断Φ120mm/Φ60mm的试棒。

由于割断过程与孔直线度无关，只要将试棒割出即可，对直线度无要求，为了加工方便，采用工件静止，钻杆旋转的加工方式。

割断参数转速为30转/分，进给量为0.4毫米/分。

本发明所采用的刀具刚性较好，强度高，刀片的高韧性保证了极高的刃口安全性，使之轻松应对低速重载间断切削及不稳定状态切削。

本发明采用外凸三角形刀片，该刀片可用于外、中、内刀座，WCMX06刀片的定位方法使得中心刀片在切削过程中首先在中心点开始切削，然后连续向外到周边进行切削，产生小而薄圆片切削，容易排削，提高了机床的稳定性，同时提高了工件内孔的直线度及表面粗糙度。

本发明的割断工具，能够在割断空间小于30mm的狭小空间内实现割断加工。

4、对深孔轴向套料孔进行精加工；

现有的TD21150深孔钻镗床的精度较差，凸轮及钻杆直线度都无法满足要求。

先使用扩孔镗头，同时用测厚仪测量，通过边扩孔边测量直线度的方法，不断修正套料孔弯曲度，提高其直线度，以满足套料孔的直线度要求；

再使用浮动镗刀，精镗后，采用裹纱布磨头，对套料孔进行粗精磨削，提高其表面粗糙度，以满足Φ130套料孔表面粗糙度Ra3.2～Ra1.6的要求。

本发明可用于制造火电1000MW机组的低压转子。

Claims (4)

1.一种百万千瓦超超临界汽轮机组低压转子的制造方法，其特征在于，采用以下方法制造百万千瓦超超临界汽轮机组低压转子：

第一步，车削外圆；

所述第一步分为以下工序：

工序一，粗加工；采用YT5硬质合金刀具，进行黑皮及断削加工；

工序二，半精加工；采用德国瓦尔特车削刀具，刀具为机夹式，不需磨刀；刀片为宽度25×25的负型正方形刀片，四尖角为R1.6mm；刀片材料为镀层硬质合金WPP20；

工序三，精加工；采用德国瓦尔特车削刀具，刀具为机夹式；刀片为55°菱形刀片，刀片材料为镀层硬质合金WPP20；进给量为0.20～0.60mm，切削速度为120～160m/min；

第二步，径向套料取样；采用试棒套取工具，在低压转子工件的中间外圆距热处理表面200mm处套取直径为25mm，长度为330mm的径向试棒；

第三步，安装割槽辅助加工工装；通过割槽辅助加工工装将径向套料孔堵住；

第四步，割槽；采用割槽工具进行割槽，割槽过程中的进给量为0.2～0.3mm，切削速度为100m/min，加工方式为每进给50mm深然后向两边扩；

第五步，轴向套料取样；对工件进行轴向深孔套料取样，在工件上套取直径为60mm，长度为2000mm的径向试棒；然后对深孔轴向套料孔进行精加工。

2.根据权利要求1所述的百万千瓦超超临界汽轮机组低压转子的制造方法，其特征在于，所述第五步对工件进行轴向深孔套料取样包括轴向套料切削步骤、割断步骤，轴向套料切削步骤采用钻头的旋转方向与工件的旋转方向相反的加工方式；割断步骤采用工件静止，钻杆旋转的加工方式。

3.根据权利要求2所述的百万千瓦超超临界汽轮机组低压转子的制造方法，其特征在于，所述第五步轴向套料切削步骤中的转速为120转/分，套料进给量为2毫米/分；所述割断步骤中的割断参数转速为30转/分，进给量为0.4毫米/分。

4.根据权利要求1所述的百万千瓦超超临界汽轮机组低压转子的制造方法，其特征在于，所述第五步对深孔轴向套料孔进行精加工的方法是：先使用扩孔镗头，通过边扩孔边测量直线度的方法，不断修正套料孔弯曲度，提高其直线度，以满足套料孔的直线度要求；再使用浮动镗刀，精镗后，采用裹纱布磨头，对套料孔进行粗、精磨削，提高其表面粗糙度，以满足轴向套料孔表面粗糙度Ra3.2～Ra1.6的要求。

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