大型焊接薄壁件机械加工中刚性不足问题的解决

大型焊接薄壁件机械加工精度保证的问题解决——军用快装式汽轮机底盘加工中的技术攻关朱雪青（南京汽轮电机集团有限责任公司，江苏南京邮编：210037）摘要：我公司为我国海军先进舰艇配制的辅助电力用汽轮机组，是快装机组模式。而作为大型薄壁焊接件的汽轮机底盘则一方面作为底座，承担着整个汽轮机组及其附件。另一方面作为油箱。如此，底座的加工精度的保证对于整个机组安全稳定运行起着相当重要的作用，而对于这种大型薄壁焊接件的机械加工，需要克服一系列难点，才能确保其尺寸精度和位置精度能够满足设计的需求。关键词：汽轮机底盘焊接件机械加工技术攻关一、概述对于舰用快装型汽轮机，其整体结构是：汽轮机、变速齿轮箱、发电机以及主油泵、辅助油泵、冷油器等部件都安装在一个整体式底盘之上。另外，底盘本身还起着油箱的作用。这样，底盘成为整台机组的承载部件，而且在机组运行中的各项负荷和交变力矩最终都会体现在底盘之上，因此加工要求非常高。根据底盘的结构，我们确定了底盘的加工任务主要是依靠我公司所拥有的数控龙门铣加以完成。汽轮机组底盘的尺寸结构和加工要求示意图二、机械加工中的加工难点分析从底盘的加工图来看，我们分析其加工特点主要存在以下几个工艺难点：第一、工件的上平面和底面的平面粗糙度和形位公差要求很高，而且整个底盘是薄壁焊接件，刀具切削时产生的切削面共振，对加工质量会产生很大的影响，且整个加工面很长，加工质量的保证有一定的难度。第二、由于底盘的整体尺寸很大，除应力的方式只能采取振动除应力的方式。而这种除应力方式，对于切削应力的去除的彻底性无法达到热处理除应力的水平，还需要我们在加工过程中尽量减少切削应力的产生，防止工件因为切削应力的存在而在加工后产生变形。第三、由于焊接薄壁件的整体刚性不足，工件的装夹变形对于切削加工的质量保证也将很大的影响。极易产生工件在装夹松开后，原先的各项精度就会遭到破坏。第四、尺寸6050.15处平面加工，需要对机床附件进行改进设计，目前机床设备的自备附件无法满足此平面的加工。三、针对工艺难点的技术攻关1、通过刀具选择来解决焊接件表面切削的振动问题，提供切削表面质量对于加工平面长，加工要求高的问题。我们分析认为，此工件的材料是由16Mn钢板焊接而成，属于较易切削的材料。但由于其加工长度很长，所以需用的刀具不需要有很大的切削强度，但耐磨性一定要好。而且，由于大型焊接件，在加工过程中即使切削量很小，加工面也会产生一定的振动，对刀具的切削性能必然产生一定影响，因此，刀片的抗震性能也要比较优越。通过反复比较，我们选用了以色列ISCA公司生产的YCE434-001IN2040型精铣刀片。此种刀片的切削参数为：刀盘转速200转/分、刀具进给量600mm/min、吃刀量0.05mm。2、工件加工应力产生变形问题的解决这是一个比较复杂的问题，我们从各方面对产生应力变形的因素进行了仔细分析，考虑了一个相应的方案：第一；工件各处总的加工余量有8-10mm。先从底面进行半精加工开始。我们提高了半精加工的要求，控制半精加工的切削量，规定每刀吃刀深度不得大于1mm。走完两刀后，工件松开压板，检查工件在自由状态下的实际变形量，并按照自由状态下的情况压紧工件，严格控制工件装夹的变形。第二；在加工了6mm深度以后，如发现工件在自由状态的变形仍然超过0.15mm，则我们就可以认为工件在组焊时的焊接应力没有释放完全，则提请相关单位再次对工件进行振动除应力，将焊接应力彻底清除。而在此时工件还尚有加工余量。第三；工件底面在加工余量还有3mm时，不再进行加工，工件翻身加工工件顶部各面。顶部各面的半精加工的切削量也同样需要受到控制，每刀持刀深度不大于1mm。松压板检查工件的变形量。待加工余量还有3mm时，停止半精加工。工件转而进行振动除应力。第四；精加工阶段由于加工余量已经很少，而且经过半精加工阶段所进行一至两次的除应力，所以，这个阶段主要是控制刀具的切削量，每刀吃刀深度控制在在0.5mm左右。最后一刀的切削量控制在0.1mm以下，粗糙度达到Ra0.8.3、工件装夹变形问题对加工质量影响的问题的解决从底盘的结构来看，由于其是薄壁焊接件，整体刚性存在着严重的不足，在对工件进行装夹压紧时，很难避免工件的装夹变形，从而对工件最终的加工质量的保证产生影响。正对这一问题，我看考虑通过两个两个办法来加以解决。第一，为了防止压板在压紧工件时造成工件变形，我们采用下顶上压的方式在压紧工件时用百分表监视工件，确保工件不产生任何变形。第二；精加工时，用多块百分表对工件进行监测，如发现工件的某一段在吃刀加工时的振动量大于0.015mm时，则停止加工，立即对这一段进行装夹修正，确保工件所有段的振动量小于0.015mm。通过上述控制，加工质量满足了图纸的设计要求。3.4机床附件问题解决从加工图我们可以看到，底盘上存在一个高低的加工面，而且要求都比较高，而我们目前龙门铣的标准刀具结合器是无法满足此项加工要求的，为此自行设计特制了一个加长结合器，来解决这一问题，见下图。四、结语我们在对底盘加工中可能存在的工艺难点进行了仔细的分析和落实相关的解决方案后，我们严格按照预先的步骤对工件进行了加工。从加工结果来看，各项尺寸精度和位置度要求百分之百达到了图纸的设计要求。通过对快装式汽轮机底盘的加工，也使得我们对大型薄壁焊接件的加工有了一个很好的理解和掌握。总的来说，工件应力的去除、装夹过程中对工件刚性不足问题的精细考量，以及切削刀具的合理选择是成为此类零部件加工精度保证的必要条件。参考文献:1、《透平制造工艺学》，朱佳生主编机械工业出版社1986年11月第一版2、《机械制造工艺学》，赵志修主编机械工业出版社1985年6月第一版3、《金属切削机床》，顾维邦主编机械工业出版社1984年6月第一版