某型燃机薄壁套筒制造工艺研究

2014-10-12哈尔滨汽轮机厂有限责任公司黑龙江150046姚青文庄乾才

金属加工(冷加工) 2014年16期

哈尔滨汽轮机厂有限责任公司 (黑龙江 150046) 姚青文庄乾才

燃气轮机产品生产中，经常存在一些刚性差、精度高的薄壁零件，且多为关键零件。一般认为，对于壳体件、套筒件、环形件以及盘形件，若零件壁厚小于5 mm，则都算作薄壁零件。薄壁套类零件壁厚很薄，径向刚度很弱，在加工过程中受切削力、切削热及夹紧力等因素的影响，极易变形，导致各项技术要求难以保证。针对这些问题，本文介绍了某大型薄壁套筒类零件加工工艺方法和切削用量。

1.零件结构特性

某大型薄壁套筒尺寸大、精度高，是非常难加工的工件，其形状公差如图1所示。工件毛坯为高强度耐热钢锻件，长度600 mm，内孔φ158 mm，外圆处有φ161 mm、φ163 mm和φ173 mm等多个尺寸，最薄处零件壁厚1.5 mm，尺寸和形位公差要求都很严格。由于薄壁套筒刚性差，采取特殊方法控制加工过程中的变形，是此类零件加工的核心问题。

图1 薄壁套筒

2.工艺问题和应对措施

该薄壁套筒的主要加工方式为车削。车削过程中，在切削力、切削热、夹紧力和装夹方式等因素综合作用下，易产生下列现象:

(1)由于套筒刚性差，在切削力 (尤其是径向切削力)的作用下，易产生振动、变形以及加工时的让刀现象，影响工件的尺寸精度、形位精度和表面粗糙度。

(2)零件结构复杂，台阶较多，导致毛坯料一般加工余量较大，加工过程中的热变形增大零件的形位公差，加工后的残余应力去除不彻底导致零件变形。

针对上述问题，主要采取以下措施来控制加工变形:

(1)增加半精加工后去应力热处理，消除前序机械加工应力对精加工的影响。

(2)精加工时套筒内孔灌入低熔点合金 (熔点70℃)，增加刚性，减小精加工振动和变形。

(3)合理选择刀具，优化精加工工艺参数，控制精加工变形，保证加工精度。

3.工艺过程和实施

为保证工件的加工精度，从工艺流程、装夹方式、加工刀具及切削用量等方面进行反复研究和试验，制定了一整套完善的工艺规程，使薄壁套筒的加工问题得到圆满解决。

(1)工艺流程:受零件结构影响，下料尺寸较大，零件壁厚1.5 mm，如直接进行精加工则加工余量过大，产生的切削应力将造成零件较大的变形。为消除机械加工造成的应力，粗加工时，内孔单面留2 mm余量，外圆加工至φ185 mm，进行回火工序去除机加应力，控制零件变形。由于零件壁厚太小，故需留工艺余量，保证一定的加工壁厚，减少刀具径向切削力造成的变形和振动。回火后先加工内孔并配工艺闷头，浇注低熔点合金，精车外圆，熔出低熔点合金。

(2)回火后内孔精加工:回火后内孔在车床加工，用中心架支撑和辅助工装装夹零件，车镗刀杆采用减振刀杆，模块车刀。具体操作过程如下。①用三爪自定心卡盘装夹零件右端10 mm，夹紧力不宜过大，另一端用伞顶尖顶紧，两端各车一处中心架支撑圆，且两处跳动在0.02 mm以内，架中心架，车准左端内孔各尺寸，按实测尺寸配车工艺闷头(见图2)，保证左端内孔与零件内孔0～0.02 mm过盈，并修准闷头的顶针孔。②翻身装夹左端闷头处，按外圆支撑处外圆找正在0.02 mm以内，车准右端内孔处各尺寸，车准总长，按右端内孔尺寸配准闷头，镶入闷头，保证0～0.02 mm过盈，修正闷头顶针孔。

图2 工艺闷头

(3)外圆精加工:①按总长均分5段，实测薄壁套筒薄外圆直径尺寸，记录。②通过工艺闷头的工艺孔灌入低温合金，要求合金灌注至距离上端闷头20 mm左右即可。灌注过程中要求对套筒 (见图3)管壁进行持续冷却，防止套筒受热后膨胀过大。③按前序测量位置重新测量薄壁套筒外圆直径尺寸，记录，并对比外径尺寸膨胀量。④双顶零件闷头，车准薄壁套筒处外圆尺寸，对灌注合金引起的膨胀量进行补偿。