CN104259767A - 大型金属管板孔群的加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种大型金属管板孔群的加工方法，用于石油、化工行业大型反应容器、换热器的金属管板的制作。其方法：1、按设计图样编制钻孔程序，将管板装夹在数控镗铣床（或者数控钻床——下同）上，启动数控镗铣床，输入钻孔程序，对管板上所有的管孔加工引孔；2、将管板引孔面向上平放于支座上，调整支座使管板表面处于水平状态后，夹紧管板；将3台摇臂钻床置于管板的圆周外侧，使其每一台摇臂钻床加工120°范围内管板上的管孔，利用3台摇臂钻床同时进行管板上管孔的钻孔和铰孔，完成管板孔群的加工。本发明利用数控镗铣床（数控钻床）和摇臂钻床完成大型金属管板孔群的加工，设备费用少、工效高、加工成本低。

Description

大型金属管板孔群的加工方法
技术领域
本发明涉及一种大型金属管板孔群的加工方法，用于石油、化工行业大型反应容器、换热器的金属管板的制作。
背景技术
大型容器，特别是大型反应容器，由于生产工艺的要求和压力容器内介质、温度、压力因素的影响，大型容器的管板，尺寸φ5 000㎜～φ8 000㎜，厚度50㎜～250mm，管板上设有几千～几万个反应管（或者是换热管）管孔，形成按一定规律排列的密集孔群；对管孔的位置精度和管孔的孔径公差、孔内表面的粗造度均有要求，对于反应管与管板采用焊接或者胀焊连接的管板，管板正面的管孔上端还需要开设焊接坡口。如5万吨/年顺酐装置的关键设备——列管式固定管板反应器的上、下管板，直径φ6 000 mm，厚度140㎜，材料为Q345R(正火)钢，每个管板上设有2 6180个反应列管管孔，钻孔前管板单重3 1271 Kg，加工完2 6180个反应管孔后，管板单重16937 Kg，设计要求孔的加工精度为25.25＋0.15 0㎜，管孔表面粗糙度Ra6.3μm，管孔的加工工作量很大。
如上所述，由于大型容器的管板尺寸大，厚度厚，管孔数量多，对管孔的位置精度和管孔的孔径公差，孔内表面的粗造度均有要求，用传统的钳工划线或者模板，摇臂钻床打孔，孔的位置精度差，效率很低；用数控深孔钻钻孔，虽有利于管板的孔加工，但对于管板上几千～几万个密集孔群的管孔的加工，加工时间长，生产成本高；利用大型加工中心或者大型数控多轴深孔钻床进行管孔的加工，虽然加工后管孔的位置精度和尺寸精度高，但这些大型加工设备的设备价格高，一般压力容器制造企业不具备此条件，而且利用大型加工中心或者大型数控多轴深孔钻床来加工管板，占用这种贵重的高精度机床时间长，增加了加工成本，很不经济。
因此，寻求利用普通机床设备又能满足管板管孔加工精度、且效率高的管板孔群的加工方法，以提高生产效率、降低生产成本是亟待解决的问题。
发明内容
本发明正是为了克服现有技术存在的不足和缺陷，提供一种大型金属管板孔群的加工方法：按设计图样对管板上管孔的位置要求编制钻孔程序，将编制的钻孔程序输入数控镗铣床（或者数控钻床——下同），用数控镗铣床在管板上加工一定深度的引孔，以保证大型金属管板管孔的位置精度；再将3台摇臂钻床布置于管板的圆周外侧，使其每一台加工管板上120°范围内的孔，利用3台摇臂钻床同时进行管板上管孔的钻孔和铰孔，可提高管孔的加工效率、缩短加工时间、降低制造成本。
本发明是通过如下技术方案来实现的：
大型金属管板孔群的加工方法，本发明特征在于，该方法为，
将管板装夹在数控镗铣床上，在数控镗铣床上安装引孔钻，启动数控镗铣床利用数控镗铣床对管板上所有的管孔加工引孔，引孔深度为20～30㎜，以保证大型金属管板上管孔的位置精度；管孔的引孔加工完后，从数控镗铣床上卸下管板；在平板上安装支座，将管板引孔面向上平放于支座上；调整支座，使管板的表面处于水平状态后，夹紧管板，以保证加工管孔的垂直度；将3台摇臂钻床Z1、Z2、Z3分别围绕管板置于管板的圆周外侧，使每一台摇臂钻床能够分别加工管板上120°范围内的管孔，利用3台摇臂钻床同时进行管板上管孔的钻孔和铰孔，完成管板孔群的加工。
所述的管板直径5 000㎜～8 000㎜，厚度50㎜～250㎜，材料为GB150.2 《压力容器  第二部分 材料》规定的金属材料；管板上设有几千～几万个反应管管孔或换热管管孔，形成按一定规律排列的密集孔群。
本发明与现有大型管板孔群的方法相比，其优点在于：
1）采用数控镗铣床（或者数控钻床）和普通摇臂钻床进行大型管板孔群的钻孔、铰孔，就能满足管板上管孔的位置精度和孔的加工精度要求。可节省购置设备价值高的大型加工中心或者大型数控多轴深孔钻床的费用，或者避免占用价值高的大型加工中心、大型数控深孔钻的设备。因此，生产成本低，且一般压力容器制造企业均可利用此方法进行大型管板孔群的加工；
2）管板采用在数控镗铣床或者数控钻床上引孔，可保证管板上管孔的位置精度；再用3台摇臂钻床同时进行管孔的钻孔、铰孔，生产效率高；
3）本发明可用于石油、化工行业压力容器制造企业大型管板孔群的加工，加工后管孔的位置精度和孔几何精度能满足管板上孔群的设计要求，设备占用费少、工效高、成本低。
附图说明
图1为本发明大型金属管板的结构图示意图；
图2为图1中I部的放大结构示意图；
图3为本发明大型金属管板钻孔、铰孔的设备布置示意图；
图4为图3的俯视结构示意图。
 图中符号表示：
1－管板，2－管孔，3－支座，Z1、Z2、Z3－摇臂钻床；b－相邻两孔间的孔桥宽度（㎜），d－管孔直径（㎜），D－管板直径（㎜），n－管孔数量（个），s－相邻两孔的中心距（㎜）, Ra－管孔表面粗造度（Ra）。
具体实施方式
见图1，图2，图3，图4，大型金属管板孔群的加工方法，其特征在于：按设计图样对管板上管孔的位置要求编制钻孔程序，将管板1装夹在数控镗铣床（或者数控钻床——下同）上，启动数控镗铣床，输入钻孔程序，在数控镗铣床上安装引孔钻，利用数控镗铣床对管板1上所有的管孔2加工引孔，引孔深度20～30㎜，以保证大型金属管板1上管孔2的位置精度；管孔2的引孔加工完后，从数控镗铣床上卸下管板1；在平板上安装支座3，将管板1引孔面向上，平放于支座3上；调整支座3，使管板1的表面处于水平状态后，并调整支座3夹紧管板1，以保证加工管孔2的垂直度；将3台摇臂钻床Z1、Z2、Z3分别围绕管板1置于管板1的圆周外侧，使每一台摇臂钻床能够分别加工管板1上120°范围内的管孔2，利用3台摇臂钻床同时进行管板上管孔的钻孔和铰孔，完成管板孔群的加工。
本发明所述管板1直径D为5 000㎜～8 000㎜，厚度50㎜～250㎜，材料为GB150.2 《压力容器  第二部分 材料》规定的金属材料；管板1上设有几千～几万个反应管（或者是换热管）管孔2，形成按一定规律排列的密集孔群。
下面结合附图及5万吨/年顺酐装置的关键设备——列管式固定管板反应器上、下管板反应管孔群的加工实施示例，进一步阐述本发明的内容。
实施例是对本发明的内容进一步说明，而不是对本发明范围的限制。
实施例：
5万吨/年顺酐装置的关键设备——列管式固定管板反应器的上、下管板，管板的直径D＝6000 mm，厚度140㎜，材料为Q345R(正火)钢，每个管板上设有n＝26180个反应列管管孔，设计要求：管孔直径                                                ㎜，相邻两孔的中心距s＝32㎜；≥96％的相邻两孔间的孔桥宽度b≥5.54㎜，最小相邻两孔间的孔桥宽度b≥3.48㎜，且不超过4％的孔桥数；管孔垂直度公差0.1㎜，管孔表面粗糙度Ra＝6.3μm。
实施步骤如下：
1、按设计图样对管板1上管孔2的位置要求编制钻孔程序；
2、将管板1装夹在TX6916数控镗铣床上； 
3、启动数控镗铣床，输入按图样要求编制的钻孔程序；
4、在数控镗铣床上安装Φ24.8㎜的引孔钻；
5、利用数控镗铣床对管板1上所有的管孔2加工引孔，引孔深度25㎜，以保证大型金属管板1上管孔2的位置精度；
6、管孔2的引孔加工完后，从数控镗铣床上卸下管板1；
7、在平板上安装支座3，将管板1引孔面向上平放于支座3上；调整支座3，使管板1表面处于水平状态后，夹紧管板1，以保证钻孔的垂直度；
8、将3台摇臂钻床Z1、Z2、Z3置于管板1的圆周外侧，使其每一台摇臂钻床加工120°范围内管板1上的管孔2；
9、利用3台摇臂钻床Z1、Z2、Z3同时进行管板1上管孔2的钻孔和铰孔，先用φ24.8㎜的钻头进行钻孔，再选用φ25.25㎜的专用铰刀铰孔，完成管板1上孔群的加工，减少了管板1的装夹次数，保证了管孔2的尺寸精度和管孔2的表面粗糙度Ra，且提高了加工效率，缩短了管孔的加工工期。
经检测，管板1上管孔2的位置精度和管孔2加工的几何精度都达到设计要求。

Claims (2)

1.大型金属管板孔群的加工方法，其特征在于，该方法为，将管板（1）装夹在数控镗铣床上，在数控镗铣床上安装引孔钻，启动数控镗铣床利用数控镗铣床对管板（1）上所有的管孔（2）加工引孔，引孔深度为20～30㎜，以保证大型金属管板（1）上管孔（2）的位置精度；管孔（2）的引孔加工完后，从数控镗铣床上卸下管板（1）；在平板上安装支座（3），将管板（1）引孔面向上平放于支座（3）上；调整支座（3），使管板（1）的表面处于水平状态后，夹紧管板（1），以保证加工管孔（2）的垂直度；将3台摇臂钻床（Z1）、（Z2）、（Z3）分别围绕管板（1）置于管板（1）的圆周外侧，使每一台摇臂钻床能够分别加工管板（1）上120°范围内的管孔（2），利用3台摇臂钻床同时进行管板上管孔的钻孔和铰孔，完成管板孔群的加工。
2.根据权利要求1所述的大型金属管板孔群的加工方法，其特征在于，所述管板（1）直径5000㎜～8000㎜，厚度50㎜～250㎜，材料为GB150.2 《压力容器  第二部分 材料》规定的金属材料；管板（1）上设有几千～几万个反应管管孔（2）或换热管管孔（2），形成按一定规律排列的密集孔群。
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