一种燃气轮机内扩散器的加工方案

2022-03-15董兆鹏锁忠伟

机械工程与自动化 2022年1期

董兆鹏，锁忠伟

(共享智能装备有限公司，宁夏银川 750021)

0 引言

燃气轮机静止部分的大部件主要有进气缸、压气缸、排气缸、透平缸、内扩散器和外扩散器等。内扩散器属于燃气轮机零部件中典型的薄壁件，薄壁件刚性差，加工协调的精度高，对刀具切削参数合理化使用有特殊需求，对装夹起吊的方法需总结提炼，对加工顺序、走刀路线需细化试切。

1 内扩散器结构及加工中出现的问题

1.1 内扩散器结构

内扩散器材质为G17CrMoV5-10，主体结构为大型薄壁件，最薄处壁厚为4.5 mm，此薄壁处有T型槽和勾头槽。内扩散器结构如图1所示。

图1 内扩散器结构

1.2 加工中出现的问题

(1)采用常规4爪找正法进行装卡时，产品在装卡过程中由于受径向力而变形，内外圆都存在变椭圆现象。

(2)4.5 mm薄壁处加工工步安排不合理，导致颤刀严重，出现内圆圆柱面成圆锥面的现象，超出图纸设计要求。

(3)4.5 mm薄壁处吊运过程中受拉力导致变形，防护不到位导致吊运机损。

2 内扩散器原加工方案及改进

2.1 装夹方式

2.1.1 原装夹方式

图2为内扩散器原装夹方式。先在车床的回转工作台上均匀分布4个等高垫块，两个垫块之间的夹角为90°，以其中一个垫块为基准零位，起始45°分布1个卡爪，再以第一个卡爪为基准，间隔90°分布其他3个卡爪。按前道工序已加工大端基准面找平，按已加工出的内圆基准找正，找平找正要求使用百分表+CNC的方式，利用4爪找正法使工件回转中心和车床回转工作台中心重合。装夹结束后空运行机床15 min，然后再验证找平找正，发现找平变化0.05 mm，找正变化0.3 m左右，采用米字型检测发现卡爪的部位和未卡的位置变形不一致，存在0.15 mm差值，超出工艺方案要求，无法满足图纸要求。

2.1.2 改进装夹方式

图3为改进的重叠回转体装夹方式。为了保证加工质量，利用车床重叠回转工作台将内扩散器先在钳工区进行装卡，装卡时使用滑动块和百分表的方式检测，以保证内扩散器外侧大端面处搭压板，支压点统一，形成米字型8个点。使用垫块11支撑产品，短支撑12支撑直压板7，直压板另一侧压住产品法兰，短螺杆8和螺母13连接，调整调整螺栓10使直压板成水平，用扭矩扳手轴向力压紧内扩散器。预压前使用百分表检测，先预紧一次，再根据扭矩值对角扭紧，检查百分表的跳动，确保变化值在0.03 mm范围即可将内外圆变形缩减到最小范围。在加工4.5 mm薄壁部位时，因支撑和压紧力未过工件重心，导致尺寸超差，为确保辅助支撑和支压点过重心，使用长支撑2支撑Z字型压板5，Z字型压板另一侧压住产品T型勾连接块，长螺杆6与螺母4连接，调整螺栓3使Z字型压板成水平进行辅助支压，保证辅助支撑来确保有效的装卡措施，排除因高度产生的振动。压紧状态下继续使用百分表检测，将4个径向卡爪辅助卡住，起到限制自由度作用，不能受力。将重叠回转工作台放置在车床上正常装卡，使工件回转中心和工作台中心重合，如图4所示。

1-夹具体；2-长支撑；3，10-调整螺栓；4，13-螺母；5-Z字型压板；6-长螺杆；7-直压板；8-短螺杆；9-辅助卡爪；11-垫块；12-短支撑

图4 工件回转中心和工作台中心重合

2.2 加工方案

内扩散器材质为G17CrMoV5-10，属于易加工的材质。通过分析内扩散器的结构可知，最难加工的部位为前端的内外圆直槽和外圆T型勾槽，如图5所示。此处的厚度最薄处仅为4.5 mm，工件直径为1 551.8±0.1 mm，高度为1 569.3±0.1 mm，粗糙度为Rz10。A基准是外圆Φ1 551.8，A基准左侧是前端面，B基准面是距前端面1 569.3 mm的一处端面，B基准面为后端面，A基准面和B基准面垂直，前端面和后端面平行。直槽距A基准垂直度要求为0.05 mm、距B基准平行度要求为0.05 mm，Φ1 510.1内圆全跳动为0.05 mm，Φ1 519.2外圆和A基准同轴度为0.05 mm。

图5 4.5 mm薄壁处结构

2.2.1 原加工方案

原加工方案为：车端面-车内圆Φ1 506.1-车内圆直槽Φ1 510.1和内圆直槽Φ1 520-车外圆Φ1 551.8-车外圆直槽Φ1 534-车外圆直槽Φ1 519.2-车外圆勾槽Φ1 537.1。

根据原方案现场试切，在车外圆直槽Φ1 519.2时颤刀严重，车削声音大，断屑异常，机床功率正常。经检测：粗糙度为Ra6.3，粗糙度不合格；槽宽度为11.3 mm，超差0.15 mm；外圆直径为Φ1 518.8 mm，超差0.3 mm。车外圆勾槽Φ1 537.1时，4.5 mm壁厚处出现向内变形，使用内千检测发现内圆直槽圆柱面呈圆锥面，变形0.25 mm。此方案不能满足图纸要求。

2.2.2 改进加工方案

改进加工方案为：车端面-车外圆Φ1 551.8-车外圆直槽Φ1 534-车外圆直槽Φ1 519.2-车外圆勾槽Φ1 537.1-车内圆Φ1 506.1-车内圆直槽Φ1 510.1和内圆直槽Φ1 520。

根据改进方案现场试切，在车外圆直槽Φ1 519.2时，车削声音正常，断屑正常，机床功率正常。经检测：粗糙度为Ra1.58，粗糙度合格；槽宽度为11.11 mm，尺寸合格；外圆直径为1 519.2 mm，尺寸合格。车外圆勾槽Φ1 537.1时，4.5 mm壁厚处未出现向内变形，使用内千检测内圆直槽尺寸合格，粗糙度合格。继续加工完成内圆及其内圆直槽，再次使用百分表+CNC的方式检测4.5 mm薄壁处，尺寸都满足图纸要求。此方案能满足图纸设计精度要求。

2.3 起吊方案

2.3.1 原起吊方案

原起吊方案采用捆绑式，使用专用防护垫片和防护铝板，在4.5 mm薄壁处使用120 mm的方木进行支撑防护，以避免吊链机损薄壁处。车间吊索具常规使用软钢丝绳和吊链，吊运过程中因防护垫片和防护铝板易脱落，会造成机加工面磕碰、划伤等，出现机损，造成质量问题。吊链和钢丝绳吊运时自身强度高、质量大，操作相对困难，常规捆绑式易造成4.5 mm薄壁处直接变形或拉裂。此方案不适合此产品的起吊。

2.3.2 改进起吊方案

考虑到原起吊方案的问题及内扩散器的重量(4.5 t)，决定设计红套环吊具保护4.5 mm薄壁处，并使用高强度尼龙绳配合万向吊环来起吊，以防止起吊翻件过程出现机损。改进的起吊方案如图6所示。经过现场实践证明该方案可行。