镜板机械加工

应恒晶

(福建南电电机有限公司, 南平　353001)



镜板机械加工

应恒晶

(福建南电电机有限公司, 南平353001)

摘要：分析了镜板的作用、结构和技术要求，制定出镜板的机械加工工艺过程。提出精车前必须检查、调整立车的游隙，捡查、调整横梁水平度，先转动工作台到轴瓦油膜稳定后才能进行精车；夹具定位面必须在立车上加工后再安装镜板；如果镜面平面度超差，可用砂带磨头进行修正；正确设计研磨盘，选择磨料、研磨压力和速度等工艺措施。提供了各种加工的切削用量以及平面度检测方法，使加工镜面的平面度、两面平行度以及粗糙度都得到可靠保证。

关键词：水轮发电机；镜板；研磨；抛光

0引言

镜板是水轮发电机组推力轴承的关键部件之一，它和推力轴承瓦构成摩擦副，当轴承运行时，它承受机组的全部轴向负荷。油膜厚度只有0.03～0.07 mm，因此对镜板的材质、加工精度和表面粗糙度都有较高要求。如果镜面有伤痕、硬点等缺陷，则可能破坏油膜，甚至造成烧瓦事故；镜面的平面度和粗糙度不足，轴承的承载能力下降，摩擦损耗增加；镜板上、下两平面的平行度，对安装时机组摆度的调整和运行稳定性有直接影响。因此，镜板的加工是水轮发电机制造厂的一项核心技术。

1镜板的技术要求

图1　镜板

如图1，镜板的上平面是通过螺栓孔和销孔与推力头把合的结合面，下平面是镜面(摩擦面)，外侧圆柱面上有一对装吊柄用的螺孔。镜板多采用45号锻钢，对材质要求如下：

1) 机械性能和化学成分应符合GB/T 699—1999标准。

2) 两平面的硬度值应为180～229 HB，镜面硬度差值不超过30 HB。

对镜板的机械加工要求有：

1) 镜面平面度0.01(凹)；两面平行度0.04 mm。

2) 镜面粗糙度Ra0.2；与推力头结合面粗糙度Ra0.4。

2镜板机械加工工艺分析

由上可知，镜板是由上、下两平面，内、外圆柱面和内螺纹表面组成的结构形状较简单的盘类零件。但对其上、下两平面的技术要求较高，特别是对镜面的硬度差值、平面度和粗糙度要求更高。镜板的上、下两平面是主要表面，镜面的机械加工是镜板加工中的主要矛盾。在拟定镜板机械加工工艺时，要紧紧抓住主要矛盾，综合考虑以下几点：

1) 由于镜板是大型零件(直径在1 800 mm以上)且对上、下两平面的精度、粗糙度等要求都很高，一般的平面磨床无法加工这样的大型零件。在选择主要表面加工方法时，综合分析了同行业的加工经验，比较了各种超精加工方法所能达到的效果后，选择将镜板放在立式车床上加工，镜面的加工方法为：粗车→半精车、精车→砂带磨削→研磨、抛光；上平面的加工方法为：粗车→半精车、精车→砂带磨削；

2) 镜面的精加工放在最后进行，这样既不会受到其它表面加工或应力分布的影响，又能使镜面精加工后及时得到油封处理，防止镜面锈蚀。

3) 镜板毛坯锻件加工余量大，切除大量金属后会引起内应力重新分布而变形，在按排工序时，应将粗车、精车分开进行。

4) 技术要求镜板两平面的硬度为180～229 HB，镜面硬度差不超过30 HB。在两平面粗加工之后，用硬度计分别检查两平面硬度，选择没有缺陷，硬度差值较小的平面作为镜面。

5) 上平面的内螺纹加工一般按排在镜板上平面粗车后，精车前进行。但它的加工也不宜放在上平面精车之后进行，以免破坏上平面已有的加工精度。销孔、装吊柄用的螺孔可适当穿插加工。

镜板的机械加工工艺过程如下：

粗车→超声波探伤→检查两平面硬度，选镜面→划线→钻攻上平面的螺孔→钻攻装吊柄用的螺孔→半精车、精车、砂带磨削上平面→与推力头把合→与推力同钻铰销孔→与推力头分离、去毛刺→半精车、精车、砂带磨削、研磨、抛光镜面→ 检查→油封处理。

3镜面的精车

为保证镜面的加工精度，作为后续超精加工的基础，精车后的镜面平面度和两平面平行度就应该达到技术要求，并要求精车粗糙度达Ra1.6。随着我国刀具材料和刀具技术的发展以及国外先进刀具的引进，精车镜面所需刀具的材料、结构参数和耐用度已不成问题了，但是，为达到精车镜面的平面度和粗造度要求，对立式车床精度要求很高：工作台端面跳动应≤0.02 mm，横梁水平度和直线度分别≤0.02 mm/m。精车前必须检查、调整立车的游隙，可通过试车来调整横梁水平度；必须先转动工作台到轴瓦油膜稳定后才能进行精车。

精车镜面及后续加工都是以镜板与推力头的结合面为定位基准面。为减少安装误差，达到镜板两平面平行度要求，夹具安装在立车之后，其定位面要进行一次精车和砂带磨削，其精度和粗糙度应不低于镜板的定位基准面。然后镜面朝上将镜板装入夹具，均匀拧紧螺栓，检查定位面间应无间隙。

由于精车用的立式车床精度要求较高，不宜用作粗车。因此，粗车后镜板两平面各留2 mm余量，在精车工序中，先半精车一刀，留0.3～0.5 mm余量，选择合适的刀具，一次走刀完成精车。采用硬质合金可转位刀具精车镜板两平面一般线速度选100～120 m/min，走刀量在0.2 mm左右；也有采用8 mm宽刃刀，吃刀深度0.3 mm，走刀量2～3 mm/r精车镜板两平面。

4镜面的砂带磨削

砂带磨削是应用粘满尖锐磨粒的砂带，进行多刀多刃切削加工的新型高效磨削工艺。由于砂带磨削摩擦生热少，磨粒散热时间间隔长，可有效地减少工件变形，烧伤。且因砂带磨削与工件是柔性接触，具有较好的跑合和抛光作用。与车削配合，砂带磨削加工精度一般可达到IT7-IT6，表面粗糙度可达Ra0.8 um以下。

图2　砂带磨削镜面

砂带磨削镜板如图2，利用自制砂带磨头，安装在立式车床刀夹上，分精磨和终磨进行，砂带磨料选用WA。

精磨时，砂带粒度P400，工件速度υw=20 m/min，磨削深度ap=0.01～0.03 mm，进给量fa=2.00mm/s，磨削后粗糙度Ra0.8。

然后检查镜面的平面度，如果超差，再用砂带磨头按上述切削用量进行修正，直至符合设计图要求为止。

终磨时，用精磨使用的砂带，空刀来回走1～2次，fa=1.00 mm/s，磨削后粗糙度可达Ra0.8以下。

5镜面的研磨和抛光

镜面分粗研磨—精研磨—抛光三个工步进行。粗研磨目的是降低粗糙度至≤Ra0.4，同时还可以减小平面度偏差；精研磨的目的是进一步降低镜面粗糙度达≤Ra0.2；抛光目的是获得光亮光滑镜面。

图3　研磨镜面

图4　研磨盘工作面

如图3，先用酒精将精车后的镜面洗净擦干，将研磨剂较均匀涂在镜面上。然后把直径大于镜板环宽度的研磨盘置于镜面上，其工作面靠自重紧贴镜面。再把与研磨盘用球面轴承联接的轴固定在立车刀夹上不动。当立车带动镜板转动时，由于镜面内外圆线速度差使研磨盘绕自身轴线转动，其工作面在镜面上就形成研磨作用。

抛光镜面与研磨镜面类似，但抛光盘工作面里层包裹细呢子，外层包裹金丝绒布，浸透混合油后在其外层均匀喷上抛光剂。由金丝绒布附着抛光剂对镜面进行抛光。

研磨盘的结构、材质和制造精度是保证镜面精度的重要因素，它一方面把本身工作面的几何形状复映给镜面，另一方面又是研磨剂的载体。粗研磨盘用灰铸铁制作，要求材料组织结构细致均匀，有较高的稳定性和耐磨性，较好的嵌存磨料的性能，硬度稍软于镜面；精研磨盘主体用普通钢板制作，工作面浇注25～30 mm厚锡基轴承合金。要求轴承合金材料纯净度高，成分均匀、致密、无杂质。两种研磨盘都要求工作面平面度≤0.005 mm，表面粗糙度≤Ra0.2。同时在工作面上开有如图4的沟槽，以利于将多余的研磨剂刮去，保证研磨盘与镜面接触良好，使镜面能获得较高平面精度。

抛光盘用普通钢板制作，工作面不开有沟槽。

磨料在研磨中起切削作用，研磨加工的效率、精度和表面粗糙度都与磨料有密切的关系。根据镜板的材料、硬度，选择白刚玉WA研磨微粉作磨料。微粉粒度为：粗研磨:w28，精研磨:w10。

研磨剂调配方法是将煤油、20号机油按1∶1的比例混合过滤后，再按1∶1的比例将混合油和研磨微粉合成稠状，调匀。

船舶污染物接收处置能力的软件能力，主要表现为运用已有资源的方式、方法和程序等。按照方式、方法和程序的客观表现形式，船舶污染物接收处置能力的软件能力可以分为对体制、机制和法制的制定并执行的能力。船舶污染物接收处置能力组成如图1所示。

抛光剂选用7 μm的金刚石喷雾研磨剂。

正确选择研磨压力和速度可明显提高研磨效果。粗研磨：压力，0.15～0.20 MPa；镜板线速度，40 m/min；精研磨：压力，0.10～0.16 MPa；板线速度，20 m/min；抛光：压力，0.04 MPa；镜板线速度，60 m/min。研磨和抛光的压力都来自研磨盘或抛光盘的自重。

研磨时，每隔10～15 min在镜面上加一次新的研磨剂，每研磨40～60 min需停车检查镜面粗糙度，粗研磨要求粗糙度达Ra0.4为止；精研磨要求粗糙度值≤Ra0.2。

抛光时，每隔5～10 min在镜面上加一次新的混合油，然后在混合油上较均匀喷一层金刚石喷雾研磨剂。一般抛光30～50 min即可。

6镜面平面度检查

镜面经砂带磨削后可在立式车床上用WL11型数字水平仪(Ⅱ档分辨力0.001 mm/m)检测平面度。测量时，把带桥板的水平仪置于镜面上，按照一定的布线逐渐测量。通过对一些有代表性截面直线度误差的测量，根据这些截面的相互关系，按评定原则进行数据处理，求得镜面的平面度误差。

不具备测量仪器的厂家可用检定合格的0级平尺借助塞尺的方法进行检查、判定。由于精车后镜面的平面度与车床工作台跳动和横梁的直线度有关系，因此，用平尺检查时必须兼顾圆周方向和直径方向。

7结语

1) 镜板的两平面是主要表面，镜面的机械加工是镜板加工中的主要矛盾。在拟定机械加工工艺时，要紧紧抓住主要矛盾，其它问题就迎刃而解了。

2) 精车是镜面后续超精加工的基础，要求精车后的镜面的平面度0.01(凹)，两平面平行度0.04 mm，粗糙度达Ra1.6；砂带磨削目的在于降低镜面粗糙度达≤Ra0.8；最后，通过对镜面进行粗研磨—精研磨—抛光，稳定、可靠地获得符合技术要求、合格的镜面。

应恒晶，男，1980年生，1999年毕业于福建高级工业专门学校机电技术应用专业, 工程师, 从事工艺、工装设计工作。

·信息点滴·

印度可再生能源市场吸引力名列全球第五

印度政府在可再生能源方面制定的积极政策和其规划的雄心勃勃的发展目标使其成为全球最具吸引力的可再生能源市场之一，其吸引力排名将至少在两年内维持在全球前5名。

近日，安永会计师事务所(Ernst&Young)发布的最新版《可再生能源市场吸引力指数》报告使大家将目光聚焦在了印度，因为印度政府不但大大增加了其可再生能源装机规划容量，同时发布了明确的政策进行支持。该报告显示，目前印度可再生能源市场吸引力排名全球第五。快速浏览一下季度可再生能源市场吸引力指数报告我们可以发现，全球第五是印度自2013年5月份以来的最好排名。这次排名可以看作是印度在太阳能领域的最好表现。印度政府已经宣布将把原订2022年太阳能发电装机总量达到22 GW的目标增加至100 GW，同时这个目标已经被纳入印度政府首次全年财务预算。

印度财政部长在最近的年度预算目标提议中概述了印度中期可再生能源发展规划所增加的装机量。目前印度制定的最新可再生能源发电装机目标是到2022年达到175 GW，其中100 GW为太阳能，60 GW为风电，10 GW为小型水电，剩余5 GW为生物质能。印度政府目前已经在计划针对100 MW太阳能发电容量竞拍一系列相关项目。同时印度也制定了专门的计划来推动国内太阳能发电装备的制造，此举受到了全球太阳能企业的欢迎，比如SunEdison公司宣布投资40亿美元建设一个太阳能发电模块制造厂。

此外，印度一些州政府也制定了雄心勃勃的可再生能源目标，同时也在计划竞拍一些与太阳能发电有关的项目。报告指出，印度自2009年到2011年间在可再生能源领域的外资引进额显著增加。这些外资投资项目得以建设的主要原因是受到印度政府之前在古吉拉特邦宣布的太阳能支持政策的影响。另外，印度风电行业当时也因为大量外资涌入而实现了高速发展，在那段时期装机量有很大的提高。政府和政策的变化吸引了全球众多领先的可再生能源公司涌向印度，包括SkyPower、FirstSolar、SunEdison和Gamesa在内的多家企业都宣布了在印度开发可再生能源项目的计划。

20150302

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