CN110712007A - 用于汽轮机高温紧固件的加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及机加工技术领域，尤其是一种用于汽轮机高温紧固件的加工方法,所述高温紧固件为双头螺柱，包括以下步骤：a、首先对加工原材料进行调质热处理；b、选取表面粗糙度小于Ra12.5μm的加工原材料作为紧固件毛坯料；c、加工内通孔；d、在数控机床上依次进行紧固件中间坯料的车削粗加工、车削精加工和车削螺纹加工；e、对得到高温紧固件进行打磨。本发明通过大量实践和试验得出钻床、数控机床的加工工艺参数，在该加工工艺参数的控制下，加工出的高温紧固件(双头螺柱)质量得到显著提高，效率高，合格率在98％以上，利于推广。

Description

用于汽轮机高温紧固件的加工方法
技术领域
本发明涉及机加工技术领域，尤其是一种用于汽轮机高温紧固件的加工方法。
背景技术
高温紧固件是汽轮机的关键部件之一，特别是双头螺柱，双头螺柱两端为螺纹段，中间为光面段，双头螺柱主要用于连接汽缸法兰和阀门法兰，在运行中受到高温和复杂载荷的共同作用，所以对双头螺柱连接的安全性有极高的要求。目前，双头螺柱在机械加工过程中，钻床、数控机床中的工艺参数控制不是很好，导致加工出的双头螺柱质量较差，合格率较低，严重影响双头螺柱的使用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种质量好、合格率高的汽轮机高温紧固件的加工方法，特别适用于双头螺柱的加工。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：用于汽轮机高温紧固件的加工方法，所述高温紧固件为双头螺柱，包括以下步骤：
a、首先对加工原材料进行调质热处理，加工原材料的形状为圆柱形；
b、将经过调质热处理的加工原材料进行外表面质量检查，选取表面粗糙度小于Ra12.5μm的加工原材料作为紧固件毛坯料；
c、加工内通孔，将紧固件毛坯料固定在钻床上，通过钻头进行钻孔加工，得到紧固件中间坯料，加工时，钻床的主轴转速为30-45转/分，进给量为0.06-0.10毫米/转，同时通过冷却液对加工部位进行冷却；
d、在数控机床上依次进行紧固件中间坯料的车削粗加工、车削精加工和车削螺纹加工，车削粗加工后预留2-5mm的加工余量，车削精加工后预留1.8-2.4mm的车削螺纹加工余量；
车削螺纹加工时，对于螺距为3mm的螺纹，分二次进行走刀，二次走刀的切削深度分别为1.0-1.2mm、0.6-0.8mm，车削速度为90-110m/分钟，进给量为3mm/转；对于螺距为4mm的螺纹，分三次进行走刀，三次走刀的切削深度分别为0.8-1.1mm、0.7-1.0mm、0.2-0.5mm，车削速度为80-100m/分钟，进给量为4mm/转；
e、对得到高温紧固件进行打磨。
进一步的是，加工原材料为10Cr11Co3W3NiMoVNbNB耐热钢，以质量百分比计，10Cr11Co3W3NiMoVNbNB耐热钢的化学成分为：碳0.08-0.12％、硅≤0.10％、锰0.35-0.55％、铬10.00-12.00％、钼0.10-0.40％、钒0.15-0.25％、镍0.40-0.70％、钴2.7-3.2％、钨2.50-3.0％、钛≤0.04％铝≤0.01％、铌0.05-0.12％、氮0.010-0.025％、硼0.010-0.025％、磷≤0.015％、硫≤0.010％,其余为铁及杂质。
进一步的是，在步骤a中，调质热处理包括依次进行的淬火处理和回火处理。
进一步的是，淬火处理时，加工原材料的淬火温度为1085-1115℃，冷却通过油液冷却至室温；回火处理时，加工原材料的回火温度大于700℃，冷却通过空气冷却至室温。
进一步的是，在步骤c中，对于加工型号为M36-M52的双头螺柱，钻床的主轴转速为35-45转/分，进给量为0.06-0.08毫米/转；
对于加工型号为M84-M160的双头螺柱，钻床的主轴转速为30-40转/分，进给量为0.08-0.10毫米/转。
进一步的是，在步骤d中，对于加工型号为M36-M52的双头螺柱，车削粗加工后预留2-3mm的加工余量，车削精加工后预留1.8-2.0mm的车削螺纹加工余量；
对于加工型号为M84-M160的双头螺柱，车削粗加工后预留4-5mm的加工余量，车削精加工后预留2.2-2.4mm的车削螺纹加工余量。
进一步的是，在步骤d中，双头螺柱中间光面段采用硬质合金菱形刀具进行车削加工后，再进行抛光处理。
本发明的有益效果是：通过先将加工原材料进行调质热处理，使加工原材料中含有均匀的回火马氏体，保证加工原材料具有较高的屈服强度、足够高的持久强度、韧性和抗氧化性，然后在钻床进行钻孔加工，得到紧固件中间坯料，加工时，钻床的主轴转速为30-45转/分，进给量为0.06-0.10毫米/转，同时通过冷却液对加工部位进行冷却；再然后在数控机床上依次进行紧固件中间坯料的车削粗加工、车削精加工和车削螺纹加工，车削粗加工后预留2-5mm的加工余量，车削精加工后预留1.8-2.4mm的车削螺纹加工余量；车削螺纹加工时，对于螺距为3mm的螺纹，分二次进行走刀，二次走刀的切削深度分别为1.0-1.2mm、0.6-0.8mm，车削速度为90-110m/分钟，进给量为3mm/转；对于螺距为4mm的螺纹，分三次进行走刀，三次走刀的切削深度分别为0.8-1.1mm、0.7-1.0mm、0.2-0.5mm，车削速度为80-100m/分钟，进给量为4mm/转；最后对得到高温紧固件进行打磨，完成高温紧固件(双头螺柱)的加工。本发明通过大量实践和试验得出钻床、数控机床的加工工艺参数，在该加工工艺参数的控制下，加工出的高温紧固件(双头螺柱)质量得到显著提高，效率高，合格率在98％以上，利于推广。
具体实施方式
本发明用于汽轮机高温紧固件的加工方法，所述高温紧固件为双头螺柱，包括以下步骤：
a、首先对加工原材料进行调质热处理，加工原材料的形状为圆柱形；
b、将经过调质热处理的加工原材料进行外表面质量检查，选取表面粗糙度小于Ra12.5μm的加工原材料作为紧固件毛坯料；
c、加工内通孔，将紧固件毛坯料固定在钻床上，通过钻头进行钻孔加工，得到紧固件中间坯料，加工时，钻床的主轴转速为30-45转/分，进给量为0.06-0.10毫米/转，同时通过冷却液对加工部位进行冷却；
d、在数控机床上依次进行紧固件中间坯料的车削粗加工、车削精加工和车削螺纹加工，车削粗加工后预留2-5mm的加工余量，车削精加工后预留1.8-2.4mm的车削螺纹加工余量；
车削螺纹加工时，对于螺距为3mm的螺纹，分二次进行走刀，二次走刀的切削深度分别为1.0-1.2mm、0.6-0.8mm，车削速度为90-110m/分钟，进给量为3mm/转；对于螺距为4mm的螺纹，分三次进行走刀，三次走刀的切削深度分别为0.8-1.1mm、0.7-1.0mm、0.2-0.5mm，车削速度为80-100m/分钟，进给量为4mm/转；
e、对得到高温紧固件进行打磨。
在步骤a中，加工原材料优选为10Cr11Co3W3NiMoVNbNB耐热钢，以质量百分比计，10Cr11Co3W3NiMoVNbNB耐热钢的化学成分为：碳0.08-0.12％、硅≤0.10％、锰0.35-0.55％、铬10.00-12.00％、钼0.10-0.40％、钒0.15-0.25％、镍0.40-0.70％、钴2.7-3.2％、钨2.50-3.0％、钛≤0.04％铝≤0.01％、铌0.05-0.12％、氮0.010-0.025％、硼0.010-0.025％、磷≤0.015％、硫≤0.010％,其余为铁及杂质。10Cr11Co3W3NiMoVNbNB耐热钢具有较高的屈服强度、持久强度、韧性和抗氧化性，其使用温度上限可达630℃，特别适用于汽轮机双头螺柱的加工。为了更进一步提高加工原材料的屈服强度、持久强度、韧性和抗氧化性，可对加工原材料进行过调质热处理，调质热处理包括依次进行的淬火处理和回火处理，淬火处理时，加工原材料的淬火温度为1085-1115℃，冷却通过油液冷却至室温；回火处理时，加工原材料的回火温度大于700℃，冷却通过空气冷却至室温，保证加工原材料力学性能达到使用的要求。
在步骤b中，选取表面粗糙度小于Ra12.5μm的加工原材料，并且不得有肉眼可见的裂纹、结疤、折叠、夹杂物等有害缺陷存在，并进行超声波无损探伤检验，符合JB/T 4730.3-2005I级要求，才能作为紧固件毛坯料，其目的是为了保证加工出高温紧固件(双头螺柱)的质量。
在步骤c中，为了便于紧固件毛坯料装夹在钻床上，将紧固件毛坯料的两端(垂直于轴线)的表面通过机械加工成表面粗糙度为Ra6.3μm的平面。对于加工型号为M36-M52的双头螺柱，型号为M36-M52指的是M36、M37、M38……M52，紧固件毛坯料的直径为φ44-60mm，长度为375-395mm，钻头选用直径为φ20mm的硬质合金钻头，加工时，钻床的主轴转速为35-45转/分，进给量为0.06-0.08毫米/转，同时通过冷却液对加工部位进行冷却，冷却液选用高压(8-12bar)冷却液，使加工部位处于一个适宜的工作温度。对于加工型号为M84-M160的双头螺柱，加工型号为M84-M160指的是M84、M85、M86……M160，紧固件毛坯料的直径为φ95-170mm，长度为430-520mm，钻头选用直径为φ20mm的硬质合金钻头钻床的主轴转速为30-40转/分，进给量为0.08-0.10毫米/转，同时通过冷却液对加工部位进行冷却，冷却液选用高压(6-10bar)冷却液，使加工部位处于一个适宜的工作温度。
在步骤d中，对于加工型号为M36-M52的双头螺柱，车削粗加工后预留2-3mm的加工余量，2-3mm的加工余量指的是垂直于轴线，沿半径方向上圆柱的余量，比如加工得到高温紧固件的半径为20mm，车削粗加工后，紧固件中间坯的半径为22-23mm，余量用于后续的加工。车削粗加工后预留2-3mm的加工余量，车削精加工后预留1.8-2.0mm的车削螺纹加工余量。对于加工型号为M84-M160的双头螺柱，车削粗加工后预留4-5mm的加工余量，车削精加工后预留2.2-2.4mm的车削螺纹加工余量，螺纹表面粗糙度应小于Ra3.2μm，而双头螺柱中间光面段采用硬质合金菱形刀具进行车削加工后，再进行抛光处理，双头螺柱中间光面段表面粗糙度应小于Ra1.6μm，这样设置后，保证车削粗加工、车削精加工和车削螺纹加工的精度，便于操作人员操作。
在步骤e中，通过专用的油石和砂布进行打磨，得到的高温紧固件表面不应有裂纹和毛刺。
综上所述，本发明通过大量实践和试验得出钻床、数控机床的加工工艺参数，在该加工工艺参数的控制下，加工出的高温紧固件(双头螺柱)质量得到显著提高，效率高，合格率在98％以上，利于推广。
实施例1
用于汽轮机高温紧固件的加工方法，所述高温紧固件为双头螺柱，型号为M36,螺距为3mm的螺纹，包括以下步骤：
a、选用形状为圆柱形、直径为44mm的10Cr11Co3W3NiMoVNbNB耐热钢作为加工原材料，再对加工原材料进行调质热处理，调质热处理包括依次进行的淬火处理和回火处理，淬火处理时，加工原材料的淬火温度为1090℃，冷却通过油液冷却至室温；回火处理时，加工原材料的回火温度为750℃，冷却通过空气冷却至室温；
b、将经过调质热处理的加工原材料进行外表面质量检查，选取表面粗糙度小于Ra12.5μm的加工原材料作为紧固件毛坯料；
c、加工内通孔，将紧固件毛坯料固定在钻床上，通过钻头进行钻孔加工，钻头的直径为20mm，得到紧固件中间坯料，加工时，钻床的主轴转速为40转/分，进给量为0.08毫米/转，同时通过冷却液对加工部位进行冷却；
d、在数控机床上依次进行紧固件中间坯料的车削粗加工、车削精加工和车削螺纹加工，车削粗加工后预留2.5mm的加工余量，车削精加工后预留1.8mm的车削螺纹加工余量；
车削螺纹加工时，分二次进行走刀，二次走刀的切削深度分别为1.0mm、0.8mm，车削速度为100m/分钟，进给量为3mm/转；
e、通过专用的油石和砂布进行打磨，得到的高温紧固件表面不应有裂纹和毛刺。
经过统计，得到的双头螺柱质量好，加工合格率为99.5％。
实施例2
用于汽轮机高温紧固件的加工方法，所述高温紧固件为双头螺柱，型号为M52,螺距为3mm的螺纹，包括以下步骤：
a、选用形状为圆柱形、直径为60mm的10Cr11Co3W3NiMoVNbNB耐热钢作为加工原材料，再对加工原材料进行调质热处理，调质热处理包括依次进行的淬火处理和回火处理，淬火处理时，加工原材料的淬火温度为1150℃，冷却通过油液冷却至室温；回火处理时，加工原材料的回火温度为800℃，冷却通过空气冷却至室温；
b、将经过调质热处理的加工原材料进行外表面质量检查，选取表面粗糙度小于Ra12.5μm的加工原材料作为紧固件毛坯料；
c、加工内通孔，将紧固件毛坯料固定在钻床上，通过钻头进行钻孔加工，钻头的直径为20mm，得到紧固件中间坯料，加工时，钻床的主轴转速为35转/分，进给量为0.075毫米/转，同时通过冷却液对加工部位进行冷却；
d、在数控机床上依次进行紧固件中间坯料的车削粗加工、车削精加工和车削螺纹加工，车削粗加工后预留2.8mm的加工余量，车削精加工后预留2.0mm的车削螺纹加工余量；
车削螺纹加工时，分二次进行走刀，二次走刀的切削深度分别为1.2mm、0.8mm，车削速度为90m/分钟，进给量为3mm/转；
e、通过专用的油石和砂布进行打磨，得到的高温紧固件表面不应有裂纹和毛刺。
经过统计，得到的双头螺柱质量好，加工合格率为99.3％。
实施例3
用于汽轮机高温紧固件的加工方法，所述高温紧固件为双头螺柱，型号为M85,螺距为4mm的螺纹，包括以下步骤：
a、选用形状为圆柱形、直径为95mm的10Cr11Co3W3NiMoVNbNB耐热钢作为加工原材料，再对加工原材料进行调质热处理，调质热处理包括依次进行的淬火处理和回火处理，淬火处理时，加工原材料的淬火温度为1100℃，冷却通过油液冷却至室温；回火处理时，加工原材料的回火温度为710℃，冷却通过空气冷却至室温；
b、将经过调质热处理的加工原材料进行外表面质量检查，选取表面粗糙度小于Ra12.5μm的加工原材料作为紧固件毛坯料；
c、加工内通孔，将紧固件毛坯料固定在钻床上，通过钻头进行钻孔加工，钻头的直径为20mm，得到紧固件中间坯料，加工时，钻床的主轴转速为40转/分，进给量为0.10毫米/转，同时通过冷却液对加工部位进行冷却；
d、在数控机床上依次进行紧固件中间坯料的车削粗加工、车削精加工和车削螺纹加工，车削粗加工后预留4.5mm的加工余量，车削精加工后预留2.3mm的车削螺纹加工余量；
车削螺纹加工时，分三次进行走刀，三次走刀的切削深度分别为1.1mm、0.8mm、0.4mm，车削速度为100m/分钟，进给量为4mm/转；
e、通过专用的油石和砂布进行打磨，得到的高温紧固件表面不应有裂纹和毛刺。
经过统计，得到的双头螺柱质量好，加工合格率为99.6％。
实施例4
用于汽轮机高温紧固件的加工方法，所述高温紧固件为双头螺柱，型号为M160,螺距为4mm的螺纹，包括以下步骤：
a、选用形状为圆柱形、直径为170mm的10Cr11Co3W3NiMoVNbNB耐热钢作为加工原材料，再对加工原材料进行调质热处理，调质热处理包括依次进行的淬火处理和回火处理，淬火处理时，加工原材料的淬火温度为1100℃，冷却通过油液冷却至室温；回火处理时，加工原材料的回火温度为720℃，冷却通过空气冷却至室温；
b、将经过调质热处理的加工原材料进行外表面质量检查，选取表面粗糙度小于Ra12.5μm的加工原材料作为紧固件毛坯料；
c、加工内通孔，将紧固件毛坯料固定在钻床上，通过钻头进行钻孔加工，钻头的直径为20mm，得到紧固件中间坯料，加工时，钻床的主轴转速为40转/分，进给量为0.10毫米/转，同时通过冷却液对加工部位进行冷却；
d、在数控机床上依次进行紧固件中间坯料的车削粗加工、车削精加工和车削螺纹加工，车削粗加工后预留4.8mm的加工余量，车削精加工后预留2.4mm的车削螺纹加工余量；
车削螺纹加工时，分三次进行走刀，三次走刀的切削深度分别为1.1mm、0.9mm、0.4mm，车削速度为100m/分钟，进给量为4mm/转；
e、通过专用的油石和砂布进行打磨，得到的高温紧固件表面不应有裂纹和毛刺。
经过统计，得到的双头螺柱质量好，加工合格率为99.3％。

Claims (7)

1.用于汽轮机高温紧固件的加工方法，所述高温紧固件为双头螺柱，其特征在于，包括以下步骤：
a、首先对加工原材料进行调质热处理，加工原材料的形状为圆柱形；
b、将经过调质热处理的加工原材料进行外表面质量检查，选取表面粗糙度小于Ra12.5μm的加工原材料作为紧固件毛坯料；
c、加工内通孔，将紧固件毛坯料固定在钻床上，通过钻头进行钻孔加工，得到紧固件中间坯料，加工时，钻床的主轴转速为30-45转/分，进给量为0.06-0.10毫米/转，同时通过冷却液对加工部位进行冷却；
d、在数控机床上依次进行紧固件中间坯料的车削粗加工、车削精加工和车削螺纹加工，车削粗加工后预留2-5mm的加工余量，车削精加工后预留1.8-2.4mm的车削螺纹加工余量；
车削螺纹加工时，对于螺距为3mm的螺纹，分二次进行走刀，二次走刀的切削深度分别为1.0-1.2mm、0.6-0.8mm，车削速度为90-110m/分钟，进给量为3mm/转；对于螺距为4mm的螺纹，分三次进行走刀，三次走刀的切削深度分别为0.8-1.1mm、0.7-1.0mm、0.2-0.5mm，车削速度为80-100m/分钟，进给量为4mm/转；
e、对得到高温紧固件进行打磨。
2.如权利要求1所述的用于汽轮机高温紧固件的加工方法，其特征在于：加工原材料为10Cr11Co3W3NiMoVNbNB耐热钢，以质量百分比计，10Cr11Co3W3NiMoVNbNB耐热钢的化学成分为：碳0.08-0.12％、硅≤0.10％、锰0.35-0.55％、铬10.00-12.00％、钼0.10-0.40％、钒0.15-0.25％、镍0.40-0.70％、钴2.7-3.2％、钨2.50-3.0％、钛≤0.04％铝≤0.01％、铌0.05-0.12％、氮0.010-0.025％、硼0.010-0.025％、磷≤0.015％、硫≤0.010％,其余为铁及杂质。
3.如权利要求1所述的用于汽轮机高温紧固件的加工方法，其特征在于：在步骤a中，调质热处理包括依次进行的淬火处理和回火处理。
4.如权利要求3所述的用于汽轮机高温紧固件的加工方法，其特征在于：淬火处理时，加工原材料的淬火温度为1085-1115℃，冷却通过油液冷却至室温；回火处理时，加工原材料的回火温度大于700℃，冷却通过空气冷却至室温。
5.如权利要求1所述的用于汽轮机高温紧固件的加工方法，其特征在于：在步骤c中，对于加工型号为M36-M52的双头螺柱，钻床的主轴转速为35-45转/分，进给量为0.06-0.08毫米/转；
对于加工型号为M84-M160的双头螺柱，钻床的主轴转速为30-40转/分，进给量为0.08-0.10毫米/转。
6.如权利要求1所述的用于汽轮机高温紧固件的加工方法，其特征在于：在步骤d中，对于加工型号为M36-M52的双头螺柱，车削粗加工后预留2-3mm的加工余量，车削精加工后预留1.8-2.0mm的车削螺纹加工余量；
对于加工型号为M84-M160的双头螺柱，车削粗加工后预留4-5mm的加工余量，车削精加工后预留2.2-2.4mm的车削螺纹加工余量。
7.如权利要求1至6任意一项所述的用于汽轮机高温紧固件的加工方法，其特征在于：在步骤d中，双头螺柱中间光面段采用硬质合金菱形刀具进行车削加工后，再进行抛光处理。
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