CN106271303A - 一种用于h系列燃气轮机排气装置外隔热层中间法兰的加工工装和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于H系列燃气轮机排气装置外隔热层中间法兰的加工工装和方法，主要包括加工方法，本方法通过拼焊整体、设计辅助工装使前、后部分的连接孔定位统一等方法，从而减少产品在加工过程中变形量大的问题，解决了中间法兰前后部分在装配时产生错位过大的难点。此方法尤其适用于H系列7HA.01、7HA.02、9HA.01燃气轮机排气装置外隔热层中间法兰的机械加工，可以提升产品加工质量，减少成本浪费，加工并装配出符合图纸要求的中间法兰。

Description

一种用于H系列燃气轮机排气装置外隔热层中间法兰的加工 工装和方法

技术领域

发明涉及隔热层法兰加工设备和方法，尤其是一种用于H系列燃气轮机排气装置外隔热层中间法兰的加工工装及加工方法。

背景技术

外隔热层中间法兰是燃气轮机排气装置隔热层的连接部分，GE公司H系列7HA.01、7HA.02、9HA.01燃气轮机排气装置新增外隔热层中间法兰可拆装前部以便于燃气轮机转子的检修。具体结构图如说明书附图12中E处所示，外隔热层中间法兰可拆装前部和可拆装后部通过螺栓连接形成中间法兰。

中间法兰为可拆卸结构，包括中间法兰可拆装前部和中间法兰可拆装后部。中间法兰可拆装前部和中间法兰可拆装后部上设有用于连接的安装孔。由于中间法兰尺寸材料AISI 347(铬镍奥氏体不锈钢)，回转直径大（皆为3~4m），横截面积（60mm左右，壁厚最薄处为8mm）小，且内孔侧为锥面（内孔锥度误差小于0.1°）。另外，需要加工几十个连接孔（连接孔位置度小于0.76mm）和缺口，装配后所有轮廓错位不大于1mm。这种情况下的加工很易变形，装夹及重复定位困难。

采用常规加工工艺方法，由于圆环状毛坯的直径较大，横截面积较小，整体的刚性较差，在初加工时终无法解决工件在加工中因变形量大引起上下连接孔的同轴度公差太大，进而导致前后部法兰无法按图纸正确装配（对齐）的问题。

发明内容

发明所要解决的技术问题是提供一种用于H系列燃气轮机排气装置外隔热层中间法兰的加工工装，可以很大程度上减少外隔层中间法兰加工时的变形问题，减少加工误差，提高产品的合格率。

为解决上述技术问题，发明所采用的技术方案是：

一种用于H系列燃气轮机排气装置外隔热层中间法兰的加工工装，包括主体，主体上由内向外设有多个凸台，其中，最内层凸台上沿圆周方向加工有多个工装定位孔和隔离缺口，工装定位孔与工件定位孔一一对应，隔离缺口与中间法兰缺口大小相适应、位置一一对应，所述最内层凸台内侧均布有多个夹紧机构，每个夹紧机构通过下端的支撑滑块和上端的升降滑块夹紧。

所述工装定位孔至少为10个，所示隔离缺口的个数与中间法兰缺口相对应。

所述下支撑滑块滑动设置在主体的滑槽内，所述上端的升降滑块包括定位螺柱，定位螺柱上套有压块、螺母，压块上设有开槽，开槽内设有锁紧螺栓。

所述隔离缺口深度为0.5mm-0.7mm。

一种用于H系列燃气轮机排气装置外隔热层中间法兰的加工方法，包括以下步骤：

一）、设计工装：根据中间法兰内、外圆尺寸设计工装的凸台，按连接孔及缺口位置设计工装定位孔、隔离缺口及夹紧机构。

二）、工件拼焊：将中间法兰前部或后部未经加工的半圆件拼焊成整圆件。

三）、车工件厚度：利用相应立车车中间法兰前部或后部未经加工的工件厚度至尺寸。

四）、引孔：在厚度加工完成后，完全固定中间法兰前部或后部半成品，引连接孔孔位、加工半成品定位孔，其中，连接孔孔位的个数与中间法兰成品孔数一致，连接孔孔位中至少选取均布的10个作为工件定位孔加工。

五）、将中间法兰前部或后部半成品放置在工装上，利用定位销定位工件与工装，然后利用均布的夹紧机构锁紧。加工外圆及外圆侧型面成品。

六）、铣工件缺口：外圆加工完成后，工件和工装一起转至龙门铣床铣缺口外形成品。

七）、工件内锥面的加工：工件和工装一起转至车床，压板倒置外侧，粗、精车内锥面角度，倒坡口。

八）、钻孔或钢丝螺纹套孔：工件拆下工装，对中间法兰前部钻96孔或后部钻、攻96处钢丝螺纹套孔，之后工件在拼焊位置处拆开，工件加工成品。

九）、前后部分螺栓装配：将分别加工好的中间法兰前后部分清理干净，使用专用工具将钢丝螺套安装至螺孔中并进行螺栓装配形成中间法兰，按图纸要求，保证扭矩压力。

发明一种用于H系列燃气轮机排气装置外隔热层中间法兰的加工工装和加工方法，具有以下技术效果：

1）、在采用常规加工时(未拼焊、未设计工装直接加工)，外隔热层中间法兰前后部分整体变形量大，约为6~9mm，且装配时错位严重，约为5mm，不满足要求，造成成本浪费。通过拼焊整圆、利用辅助工装使前、后部分的连接孔定位统一等方法，使外隔热层中间法兰前后部分在加工过程中整体变形量小，实测约为1~2mm，在装配时轻微错位约为0.5mm，满足图纸要求，提高了产品的合格率，提升了产品效益。

2）、通过设置专用的工装，且工装上针对不同规格的法兰设有不同的凸台，这样针对各规格法兰的加工具有通用性，大大节约成本，简化过程。

3）、通过在整个加工工艺过程中对工装定位孔、夹紧机构的数量、分布均进行合理的设计，对中间法兰前部、后部统一采用同一工装进行车、铣等，保证调整好的工艺系统各个部分的相对位置关系不变，使加工对位精准，无错位加工的现象。

附图说明

下面结合附图和实施例对发明作进一步说明：

图1为发明工装主体的示意图。

图2为图1中A处的剖视图。

图3为发明工装的示意图。

图4为发明工装中压块的示意图。

图5为发明中工件毛坯经车厚度后的示意图。

图6为发明中引孔、加工工件定位孔后的示意图。

图7为发明中中间法兰前部加工外圆及外圆侧型面的示意图。

图8为发明中中间法兰后部加工外圆及外圆侧型面的示意图。

图9为发明中利用工装铣缺口的示意图

图10为发明中工装定位后加工内锥面示意图。

图11为发明中装配后的示意图。

图12为中间法兰安装在外隔热层上的示意图。

图13为半个中间法兰俯视图。

图14为图13中K处的局部放大示意图。

图中：主体1，凸台2，工装定位孔3，夹紧机构4，支撑滑块5，升降滑块6，隔离缺口7，定位螺柱8，压块9，开槽10，锁紧螺栓11，螺母12，法兰前部13，法兰后部14，螺栓15。

具体实施方式

如图1-4所示，一种用于H系列燃气轮机排气装置外隔热层中间法兰的加工工装，包括主体1，主体1上由内向外设有多个凸台2，其中，最外层凸台处用于外隔热层前法兰的加工，可设置相应的活动垫高块及夹紧螺栓，这样，可针对不同规格的法兰使用同一套工装进行加工，提高设备的通用性，节约成本，方便使用。

最内层凸台2上沿圆周方向加工有多个工装定位孔3和隔离缺口7，工装定位孔3与工件定位孔一一对应，隔离缺口7与中间法兰缺口大小相适应、位置一一对应。由于中间法兰前部和中间法兰后部的连接孔位一致，为了保证在加工过程中的连接孔位置度及同轴度的误差在允许的范围内，通过利用同一套工装，在按连接孔位置设计定位孔，利用统一的定位孔加工中间法兰前部或后部，由于中间法兰前部或后部上的缺口和连接孔是一一对应的，因此，在加工过程中，中间法兰前部和后部变形量一致，从而避免装配时错位严重现象的出现。所述最内层凸台2内侧均布有多个夹紧机构4（均布的夹紧机构能保证零件在加工时受力均匀，减少因受力不均导致的变形），每个夹紧机构4通过下端的支撑滑块5和上端的升降滑块6夹紧。其中，所述下支撑滑块5滑动设置在主体1的滑槽（可以有效精确的确定滑块在整个工件上的安装位置）内，所述上端的升降滑块6包括定位螺柱8（定位螺柱为活动式，与滑块5位置相对应），定位螺柱8上套有压块9、螺母12（在压块下方），压块9上设有开槽10，开槽10内设有锁紧螺栓11。滑块5采用等高垫，与最内层凸台平齐，用于实现对工件的支撑。由于中间法兰前部和后部的厚度不一致，通过调整螺母的位置，锁紧螺栓的作用实现上部对工件的夹紧，保证安装快速方便。

所述工装定位孔3至少为10个，所示隔离缺口7的个数与中间法兰缺口相对应。按理论情况推理，定位孔设置的越多，变形量越小，连接孔错位的概率越小，但由于大型法兰为圆环状，直径在3m-4m之间，在加工过程需要进行96孔和98个缺口的加工，且横截面积最小处仅为8mm。设置过多的定位孔容易导致整体的强度、刚度下降，间接导致变形，无法降低加工误差。针对外隔热层中间法兰的具体尺寸要求，设计10个定位孔，既保证了加工工件在加工过程中自身的强度、刚度，同时将外部加工机床对工件产生的变形量降到最小。

所述隔离缺口7深度为0.5mm-0.7mm。隔离缺口是为了在缺口铣削过程中，保证刀具和工装之间互不接触，避免刀具或工装的磨损，故设置隔离缺口。

一种用于H系列燃气轮机排气装置外隔热层中间法兰的加工方法，包括以下步骤：

一）、设计工装：如图1-4所示，根据中间法兰内、外圆尺寸设计工装的凸台（根据不同中间法兰的规格，按照不同中间法兰的规格在主体上设置多个凸台，实现产品加工的通用，节约生产成本），按连接孔及缺口位置设计工装定位孔、隔离缺口及夹紧机构。

二）、工件拼焊：将中间法兰前部或后部的未经加工的半圆件拼焊成整圆件。通过先加工出半圆件，再焊接成整圆件，减少了零件刚性差而带来的加工难度大，变形大的问题。

三）、车工件厚度：如图5所示，利用相应立车车中间法兰前部或后部未经加工的工件厚度至尺寸。厚度平面为下道工序提供加工的基准，且可以让工件完全固定，减小工件在加工过程中的变形量。

四）、引孔：如图6所示，在厚度加工完成后，完全固定中间法兰前部或后部半成品，引连接孔孔位、加工半成品定位孔，其中，连接孔孔位的个数与中间法兰成品孔数一致，为96个，连接孔孔位中至少选取均布的10个作为工件定位孔（X处所指）加工。优先选择10个作为工件定位孔，实际加工证明：定位孔至少10个时，后续工艺才会使工件加工产生的变形量最小。

五）、如图7-8所示，将中间法兰前部或后部半成品放置在工装上，利用定位销定位工件与工装，然后利用均布的夹紧机构锁紧。加工外圆及外圆侧型面成品。由于均采用相同的定位孔进行定位，即使产生可控范围内的变形，由于中间法兰前部或后部变形量一致，整体的装配误差大大减少。

六）、如图9所示，铣工件缺口：外圆加工完成后，工件和工装一起转至龙门铣床铣缺口外形成品。由于设置有相应的定位孔，工件外形的变形量小。

七）、如图10所示，工件内锥面的加工：工件和工装一起转至车床，夹紧机构倒置外侧，粗、精车锥面角度，倒坡口。在整个过程中，加工外圆、外圆侧型面、铣工件缺口、锥面的加工等，均由工装固定后完成，因此虽然存在从不同机床转移的客观引起误差的因素，但由于工装定位孔统一定位，保证调整好的工艺系统各个部分的相对位置关系不变，使加工对位精准，无错位加工的现象。

八）、钻孔或钢丝螺纹套孔：工件拆下工装，对中间法兰前部钻96孔或后部钻、攻96处钢丝螺纹套孔，之后工件在拼焊位置处拆开，工件加工成品。

九）、如图11所示，前后部分螺栓装配：将分别加工好的中间法兰前后部分清理干净，使用专用工具将钢丝螺套安装至螺孔中并进行螺栓装配形成中间法兰，按图纸要求，保证扭矩压力。

具体实施例如下，实施例中各个尺寸的单位为mm。

实施例1：7HA.02中间法兰加工

1）、如图5所示，该图为整个毛坯的截面图，剖面线部分为需要加工去除的部分。车工件厚度：按要求粗、精车一侧端面成品，之后翻身，将已车平面置等高垫上，找正工件，粗、精车总高64.81±0.5（中间法兰前部）成品或粗、精车总高61.17±0.5（中间法兰后部）。

2）、如图6所示，加工中间法兰前部引连接孔孔位、选取定位孔。中间法兰前部按要求引96×连接孔孔位，X标按Φ19+0.02 0销孔加工作为定位孔。或者，中间法兰后部按要求引96×0.75-10UNC-2B钢丝螺纹套孔，X标按Φ19+0.02 0销孔加工作为定位孔。

3）、如图7所示，加工中间法兰前部外圆、外圆侧止口。按工艺要求在车床将工件与工装通过定位孔固定，车外圆Φ3458.46±0.5尺寸成品。车床粗、精车Φ3375.37止口圆，控制厚度22.86±0.76，粗、精车15.15°锥面成品，根部R12.7。

图8为中间法兰后部车外圆、外圆侧止口，加工方法同前部。

4）、按9所示铣缺口。按工艺要求在龙门铣床铣98处缺口成品（中间法兰前部或后部加工方式相同）。

5）、按附图10，加工中间法兰内孔锥面。按工艺要求在倒压板至外圆一侧，粗、精车内孔一侧13.15°锥面成品，控制壁厚尺寸，倒43.15°焊接坡口成品（中间法兰前部或后部加工方式相同）。

6）、加工中间法兰前部钻、扩96×通孔成品；加工中间法兰后部钻、攻96×0.75-10UNC-2B钢丝螺纹套孔成品。

7）、如图11所示，对中间法兰前后部进行螺栓装配。对工件修磨毛刺锐边，将外隔热层中间法兰前后部分按图示方式组合，扭矩139～153N/M，螺栓要涂抹防咬剂。

实施例2：7HA.01中间法兰加工

1）、如图5所示，该图为整个毛坯的截面图，剖面线部分为需要加工去除的部分。车工件厚度：按要求粗、精车一侧端面成品，之后翻身，将已车平面置等高垫上，找正工件，粗、精车总高58.16±0.5（中间法兰前部）成品或粗、精车总高55.13±0.5（中间法兰后部）。

2）、如图6所示，加工中间法兰前部引连接孔孔位、选取定位孔。中间法兰前部按要求引96×Φ17.48+0.33 -0.13连接孔孔位，X标按Φ16+0.02 0销孔加工作为定位孔。或者，中间法兰后部按要求引96×0.625-11UNC-2B钢丝螺纹套孔，X标按Φ16+0.02 0销孔加工作为定位孔。

3）、如图7所示，加工中间法兰前部外圆、外圆侧止口。按工艺要求在车床将工件与工装通过定位孔固定，车外圆Φ3241±0.5尺寸成品。车床粗、精车Φ3172止口圆，控制厚度21.08±0.5尺寸，粗、精车15.8°锥面成品，根部R10.67。

图8为中间法兰后部车外圆、外圆侧止口，加工方法同前部。

4）、按9所示铣缺口。按工艺要求在龙门铣床铣98处缺口成品（中间法兰前部或后部加工方式相同）。

5）、按附图10，加工中间法兰内孔锥面。按工艺要求在倒压板至外圆一侧，粗、精车内孔一侧13.8°锥面成品，控制壁厚尺寸，倒43.8°焊接坡口成品（中间法兰前部或后部加工方式相同）。

6）、加工中间法兰前部钻、扩96×Φ17.48+0.33 -0.13通孔成品；加工中间法兰后部钻、攻96×0.625-11UNC-2B钢丝螺纹套孔成品。

7）、如图11所示，对中间法兰前后部进行螺栓装配。对工件修磨毛刺锐边，将外隔热层中间法兰前后部分按图示方式组合，扭矩107～115N/M，螺栓要涂抹防咬剂。

实施例3：9HA.01中间法兰加工

1）、如图5所示，该图为整个毛坯的截面图，剖面线部分为需要加工去除的部分。车工件厚度：按要求粗、精车一侧端面成品，之后翻身，将已车平面置等高垫上，找正工件，粗、精车总高69.75±0.5（中间法兰前部）成品或粗、精车总高65.88±0.5（中间法兰后部）。

2）、如图6所示，加工中间法兰前部引连接孔孔位、选取定位孔。中间法兰前部按要求引96×连接孔孔位，X标按Φ19+0.02 0销孔加工作为定位孔。或者，中间法兰后部按要求引96×0.75-10UNC-2B钢丝螺纹套孔，X标按Φ19+0.02 0销孔加工作为定位孔。

3）、如图7所示，加工中间法兰前部外圆、外圆侧止口。按工艺要求在车床将工件与工装通过定位孔固定，车外圆Φ3886.2±0.5尺寸成品。车床粗、精车Φ3803.16止口圆，控制厚度25.4±0.5尺寸，粗、精车16°锥面成品，根部R8。

图8为中间法兰后部车外圆、外圆侧止口，加工方法同前部。

4）、按9所示铣缺口。按工艺要求在龙门铣床铣98处缺口成品（中间法兰前部或后部加工方式相同）。

5）、按附图10，加工中间法兰内孔锥面。按工艺要求在倒压板至外圆一侧，粗、精车内孔一侧13.8°锥面成品，控制壁厚尺寸，倒43.8°焊接坡口成品（中间法兰前部或后部加工方式相同）。

6）、加工中间法兰前部钻、扩96×通孔成品；加工中间法兰后部钻、攻96×0.75-10UNC-2B钢丝螺纹套孔成品。

7）、如图11所示，对中间法兰前后部进行螺栓装配。对工件修磨毛刺锐边，将外隔热层中间法兰前后部分按图示方式组合，扭矩139～153N/M，螺栓要涂抹防咬剂。

Claims (5)

1.一种用于H系列燃气轮机排气装置外隔热层中间法兰的加工工装，其特征在于：包括主体（1），主体（1）上由内向外设有多个凸台（2），其中，最内层凸台（2）上沿圆周方向加工有多个工装定位孔（3）和隔离缺口（7），工装定位孔（3）与工件定位孔一一对应，隔离缺口（7）与中间法兰缺口大小相适应、位置一一对应，所述最内层凸台（2）内侧均布有多个夹紧机构（4），每个夹紧机构（4）通过下端的支撑滑块（5）和上端的升降滑块（6）夹紧。

2.根据权利要求1所述的一种用于H系列燃气轮机排气装置外隔热层中间法兰的加工工装，其特征在于：所述工装定位孔（3）至少为10个，所示隔离缺口（7）的个数与中间法兰缺口相对应。

3.根据权利要求1所述的一种用于H系列燃气轮机排气装置外隔热层中间法兰的加工工装，其特征在于：所述下支撑滑块（5）滑动设置在主体（1）的滑槽内，所述上端的升降滑块（6）包括定位螺柱（8），定位螺柱（8）上套有压块（9）、螺母（12），压块（9）上设有开槽（10），开槽（10）内设有锁紧螺栓（11）。

4.根据权利要求1所述的一种用于H系列燃气轮机排气装置外隔热层中间法兰的加工工装，其特征在于：所述隔离缺口（7）深度为0.5mm-0.7mm。

5.一种用于H系列燃气轮机排气装置外隔热层中间法兰的加工方法，其特征在于：包括以下步骤：

一）、设计工装：根据中间法兰内、外圆尺寸设计工装的凸台，按连接孔及缺口位置设计工装定位孔、隔离缺口及夹紧机构；

二）、工件拼焊：将中间法兰前部或后部的未经加工的半圆件拼焊成整圆件；

三）、车工件厚度：利用相应立车车中间法兰前部或后部未经加工的工件厚度至尺寸；

四）、引孔：在厚度加工完成后，完全固定中间法兰前部或后部半成品，引连接孔孔位、加工半成品定位孔，其中，连接孔孔位的个数与中间法兰成品孔数一致，连接孔孔位中至少选取均布的10个作为工件定位孔加工；

五）、将中间法兰前部或后部半成品放置在工装上，利用定位销定位工件与工装，然后利用均布的夹紧机构锁紧，加工外圆及外圆侧型面成品；

六）、铣工件缺口：外圆加工完成后，工件和工装一起转至龙门铣床铣缺口外形成品；

七）、工件内锥面的加工：工件和工装一起转至车床，夹紧机构倒置外侧，粗、精车锥面角度，倒坡口；

八）、钻孔或钢丝螺纹套孔：工件拆下工装，对中间法兰前部钻96孔或后部钻、攻96处钢丝螺纹套孔，之后工件在拼焊位置处拆开，工件加工成品；

九）、前后部分螺栓装配：将分别加工好的中间法兰前后部分清理干净，使用专用工具将钢丝螺套安装至螺孔中并进行螺栓装配形成中间法兰，按图纸要求，保证扭矩压力。