加工工艺对汽轮机阀芯零件加工精度的影响

杨德存 文小山 邓亚弟 向志杨

摘要：汽轮机阀门是汽轮机运行安全的保障，汽轮机阀芯零件是汽轮机阀门完成动作的执行零件，处在高温、高压、摩擦、高外力的作用下，为使阀门运行安全、长久，阀芯零件的加工精度要求很高。零件加工精度的影响因素很多，本文以长期应用中经验为基础，从加工工艺的角度，对汽轮机阀芯零件加工精度的影响因素做简要分析，并提出相应的控制措施，旨在对提升零件加工的整体水平有所帮助。

关键词：加工工艺;阀芯零件;加工精度

汽轮机阀芯零件是汽轮机中的精密核心零件，零件结构以细长杆及薄壁套类零件为主，细长杆类零件长径比最大超过15、薄壁套类零件径厚比最大超过18，而且阀芯零件相互配合实现阀门开关等精密动作，要求阀芯零件有很高的尺寸精度、形状精度和位置精度，部分零件需经过了耐高温耐摩擦的表面处理，阀芯零件制造工艺复杂，具有很大的制造难度。

加工工艺作为机械零部件从原材料成为成品的技术指导文件，对于机械零部件加工精度有决定性影响。汽轮机阀芯零件作为有特殊要求高精度的机械零部件，加工工艺对于精度的影响更大。总体来说，加工工艺对汽轮机阀芯零件加工精度的影响主要有以下影响。

1、加工工艺对汽轮机阀芯零件加工精度的影响点

1.1毛坯的影响

毛坯对加工精度的影响主要是两方面，一是毛坯结构的合理性，毛坯结构与零件最终结构的匹配性。汽轮机阀芯零件作为对强度、耐热性、耐磨性有特殊要求的零件，毛坯都是锻件，毛坯图设计时要保证锻件毛坯的组织流线与零件最终结构一致，加工工艺上的毛坯图以零件最终结构不破坏毛坯组织流线为原则设计，破坏毛坯组织流线会导致零件各部位的残余应力波动较大，进而对零件最终形状的稳定性产生影响，也就影响了零件的加工精度，尤其是零件的形状和位置公差。二是毛坯余量的大小。毛坯余量要合适，毛坯余量过大，切削加工去量多，改变零件内部应力幅度大，也是增加了零件的残余应力，残余应力释放会改变零件的形状，影响零件的加工精度，尤其考虑到汽轮机阀芯零件大部分为细长杆和薄壁套类的高强度零件，极易变形。

1.2工艺流程的影响

工艺流程的合理性对汽轮机阀芯零件的加工精度有重大影响，汽轮机阀芯零件的制造工艺流程通过实际应用也是不断改进和完善的。汽轮机阀芯零件处在高温、高压、摩擦、高外力的工况下，对零件性能的要求很高，工艺流程也很复杂，需要经过喷焊、喷涂等表面处理及热处理等特殊工序，表面处理会产生大的内应力，增加零件的制造难度。多种汽轮机阀芯零件装配后还需相互配合完成精密的阀门开度控制，对于尺寸和形位精度要求很高，且都是大部分零件为细长杆、薄壁套类零件。经过表面处理等特殊工序极易对零件的加工精度产生影响，工艺流程安排的合理性显得更加重要。总的来说，汽轮机阀芯零件制造的工艺流程安排可以参考以下几点：

机械加工工艺安排粗、半精、精加工工序。目的主要有两个，一是精加工时避免大的切削力和夹持力，对细长、薄壁类汽轮机阀芯零件外力过大容易变形，影响加工精度;二，加工过程中产生的应力在下次加工前及时释放，应力包括切削应力和夹持应力，都可以及时释放，有一定的时效作用。

同一工序中装夹次数最少，加工基准统一。一次装夹尽量多的完成加工，这样零件的位置公差才能有保证;上一序加工为下一序保留加工基准，加工基准统一，如此两道工序加工的部位位置相差不会过大。

各部位的工序余量基本一致。每一道工序各部位的去量相差不宜过大，避免零件内部残余应力分布不均，引起零件的变形。

适当增加去应力热处理工序。对于薄壁等去余量大、最终零件刚性较小的零件，可考虑在精加工前增加去应力热处理工序，减小零件内部的残余应力，提升零件的形状稳定性。

对细长杆、薄壁套类零件的摆放也非常关键，阀杆等细长杆在不加工时、热处理时、完工后宜悬吊立式放置，防止细长杆弯曲变形;薄壁套类零件也是一样，宜立式放置，避免零件径向变形导致精度变化。

1.3装夹定位的影响

汽輪机阀芯零件大部分为细长杆、薄壁套类零件，装夹方式对加工精度也有非常重要的影响。对阀杆等细长杆类零件的加工宜采用一夹一拖或一夹多拖的装夹方式，细长杆在加工过程中由于温度上升会伸长，一夹一顶的装夹方式在加工过程中会导致细长杆弯曲;可采用弹性顶尖稍稍带力，防止阀杆等细长杆零件在加工过程中轴向攒动;有跟刀架的机床，细长杆的加工也可以采用跟刀架增加刚性。细长杆零件在加工过程中要及时冷却，防止零件温升伸长。

对衬套等薄壁套类零件，精加工装夹适宜采用轴向受力的装夹方式，薄壁零件径向刚性差，用刚性强的轴向部位承受夹持力，避免夹持变形;薄壁套类零件的加工也可采用芯轴或类似工艺头的工装，夹具夹持在芯轴等工装上，也可很大的减少工件的夹持变形;此外，对刚度较好的薄壁套类零件可在零件外壁套开口套夹持，增加零件的受力面积，进而减小夹持变形。

1.4切削刀具的影响

汽轮机阀芯零件大部分为径向刚性差的零件，刀具的选用也以此为依据，宜选用切削径向抗力小、轴向抗力大的刀具，减小切削力的径向分力对零件加工精度的影响，刀具切削主偏角宜为90°左右，减小刀具切削时对零件径向的挤压。加工刀具的刀尖及刃口宜选择较为锋利的形式，尤其在精加工阶段，选用前角较大、刀尖圆角较小的刀具，切屑更多的是从零件上切下来，而不是挤压下来，减小切削力对零件精度的影响。刀具及零件在切削过程中得到良好的冷却，及时带走切削热，控制零件的温升，减小因温度引起的零件变形。部分薄壁套类零件为深孔加工，并且内孔堆焊有高温合金，精度要求高，此类零件的内孔加工宜采用防震刀杆一次装夹完成，保证内孔的尺寸精度和直线度、圆柱度等形位精度，避免掉头两次装夹加工。

1.5切削用量的影响

切削用量也是零件加工精度的重要影响因素，切削用量选择不合理也会导致零件变形、尺寸超差。切削用量需与切削刀具及切削余量相适应、匹配，对汽轮机阀芯零件来说，切削用量的选择以切削力不宜过大为原则，尤其是在精加工阶段，选用小的吃刀量和进给速度，切削过程轻快，切削表面光亮，减小零件的让刀幅度，保证零件的加工精度。

结束语

以上几点在汽轮机阀芯零件实际生产中不断总结而来，对汽轮机阀芯零件的生产制造有一定的指导意义，但汽轮机阀芯零件包含零件种类多，使用要求高，针对不同的汽轮机阀芯零件还需具体分析其工艺性，必要时前期做工艺试验验证，优化工艺流程和工艺方法。

但是当前，对汽轮机参数及性能的要求越来越高，汽轮机阀芯零件的结构越来越复杂，精度要求也越来越高，这也对我们加工工艺提出了更高的要求，加工工艺升级优化势在必行，机床、刀具等工艺系统的自动化、智能化升级也是势在必行，唯有这样，汽轮机阀芯零件乃至机械零件的加工精度才会跟上时代的需求。

参考文献

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