百万千瓦超超临界汽轮机组低压转子的制造方法

摘要

本发明公开了一种百万千瓦超超临界汽轮机组低压转子的制造方法，包括以下步骤：第一步，车削外圆；进给量为0.20～0.60mm，切削速度为120～160m/min；第二步，径向套料取样；采用试棒套取工具，在低压转子工件的中间外圆距热处理表面200mm处套取直径为25mm，长度为330mm的径向试棒；第三步，安装割槽辅助加工工装；第四步，割槽；第五步，轴向套料取样；对工件进行轴向深孔套料取样，在工件上套取直径为60mm，长度为2000mm的径向试棒；然后对深孔轴向套料孔进行精加工。本发明可以制造出符合要求的百万千瓦超超临界汽轮机组低压转子。

说明书

技术领域

本发明涉及一种大型铸锻件的制造方法，具体涉及一种百万千瓦超超 临界汽轮机组低压转子的制造方法。

背景技术

大型铸锻件是国家重大技术装备和重大工程建设所必需的重要基础 部件，大型铸锻件的制造能力和技术水平直接决定着重大技术装备的制造 能力和水平。

目前，随着电力需求量迅猛的增长势头，对发电设备能力要求越来越 高，1000MN以上大型低压转子需求量越来越大，面临的问题主要存在几 个方面：

首先，低压转子是发电设备核心零件，其材质要求较高，内部各项性 能指标要求较高，属于高强度合金钢，切削困难，且由于受转子的特殊形 状制约，其吨位大，加工量较大，传统的生产制造方法切削效率低，不能 满足转子的需求；

现有的车削低压转子外圆的方法，采用的刀片材质为YT5，这种刀具 强度不够，切削速度较低，刀具容易磨损，特别是在半精加工及精加工过 程中，由于刀具磨损较大，产生热量大，切削速度不能大于40m/min； 另外，由于车削过程中需要经常磨刀，又花费了磨刀及换刀时间，进一步 降低了生产效率；更重要的是，由于刀具的磨损，工件表面不能够一次性 车削出来，存在接刀痕迹及形状误差，降低了零件表面光洁度，影响零件 尺寸及形状精度，难以达到图纸技术要求。

其次，低压转子需要在中间大外圆上车，割出一排排较深而狭窄的叶 片槽，有的深度达到600毫米以上，并且各叶片槽形状不规则，需要设计 专用的割槽刀具，对刀具刚性要求较高；

现有的割槽方法是采用割刀，刀杆材料为45调质钢；割刀片30mm 宽，刀片材料为整体YT5硬质合金。这种割刀的刀杆刚性差，刀片材质耐 温性。割槽过程中的切削速度一般控制在40m/min左右，进给量在0.2～ 0.3mm之间，刀具为机夹式。由于刀片易被磨损，一旦刀片磨损，需将刀 片取出，换到磨用小刀杆，待刀片磨好后，重新将刀片安装在割刀杆，继 续加工。因此这种割槽方法的加工效率很低。

再次，低压转子外形尺寸及形位公差要求越来越高，工艺过程及其复 杂，需要特殊的加工设备及工艺技术的改进。

此外，现有的低压转子的套料取样方法为先开槽后取样，也就是在工 件热处理后，先将工件的中间取样外圆单面车去200mm深余量(开槽)， 然后再用Φ25×130mm取样工具进行取样。这种取样方法操作简单，同时 能够满足试棒要求。其缺点是：如果试棒性能不合格，工件就需要重新进 炉热处理，这时取样过程中的开槽会影响工件的刚性，工件容易发生变形。 更重要的是，再次取样时的套料位置已不满足距热处理表面200mm的要 求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种百万千瓦超超临界汽轮机组 低压转子的制造方法，它可以制造出符合要求的百万千瓦超超临界汽轮机 组低压转子。

为解决上述技术问题，本发明百万千瓦超超临界汽轮机组低压转子的 制造方法的技术解决方案为，包括以下步骤：

第一步，车削外圆；进给量为0.20～0.60mm，切削速度为120～ 160m/min；

工序一，粗加工；采用YT5硬质合金刀具，进行黑皮及断削加工；

工序二，半精加工；采用德国瓦尔特车削刀具，刀具为机夹式，不需 磨刀；刀片为宽度25×25的负型正方形刀片，四尖角为R1.6mm；刀片材 料为镀层硬质合金WPP20；

工序三，精加工；采用德国瓦尔特车削刀具，刀具为机夹式；刀片为 55°菱形刀片，刀片材料为镀层硬质合金WPP20。

第二步，径向套料取样；采用试棒套取工具，在低压转子工件的中间 外圆距热处理表面200mm处套取直径为25mm，长度为330mm的径向试棒；

第三步，安装割槽辅助加工工装；通过割槽辅助加工工装将径向套料 孔堵住；

第四步，割槽；采用割槽工具进行割槽，割槽过程中的进给量为0.2～ 0.3mm，切削速度为100m/min，加工方式为每进给50mm深然后向两边扩；

第五步，轴向套料取样；对工件进行轴向深孔套料取样，在工件上套 取直径为60mm，长度为2000mm的径向试棒；然后对深孔轴向套料孔进行 精加工。

对工件进行轴向深孔套料取样包括轴向套料切削步骤、割断步骤，轴 向套料切削步骤采用钻头与工件相对旋转的加工方式，该步骤中的转速为 120转/分，套料进给量为2毫米/分；割断步骤采用工件静止，钻杆旋转 的加工方式，该步骤中的割断参数转速为30转/分，进给量为0.4毫米/ 分。

对深孔轴向套料孔进行精加工的方法是：先使用扩孔镗头，通过边扩 孔边测量直线度的方法，不断修正套料孔弯曲度，提高其直线度，以满足 套料孔的直线度要求；再使用浮动镗刀，精镗后，采用裹纱布磨头，对套 料孔进行粗精磨削，提高其表面粗糙度，以满足轴向套料孔表面粗糙度 Ra3.2～Ra1.6的要求。

本发明可以达到的技术效果是：

本发明在第一步车削外圆的过程中采用不同材质的车削刀具，无需磨 刀，避免了繁琐的换刀及磨刀时间，降低了工人的劳动强度；同时通过控 制切削速度及进给量，使外圆的车削加工效率提高为原来的2倍以上。

本发明通过试棒套取工具能够在工件进行径向试棒的取样，并且取样 位置满足距热处理表面200mm的取样要求，避免了中间外圆必须先开槽再 取试样，大大提高了产品的合格率。

本发明在割槽步骤之前用试棒将径向套料孔堵住，能够避免断续加 工，有效解决了径向套料孔外圆断续车削的问题，提高了转子的加工效率。

本发明能够加工直径为Φ120，长度为2000mm的轴向套料孔，并且能 够满足该套料孔表面粗糙度Ra3.2～Ra1.6的要求。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是本发明百万千瓦超超临界汽轮机组低压转子的制造方法的流 程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明百万千瓦超超临界汽轮机组低压转子的制造方 法，采用以下方法制造百万千瓦超超临界汽轮机组低压转子：

低压转子的材料为26NiCrMoV14-5，抗拉强度在1000N/mm²左右，属 于高强度合金钢。

第一步，车削外圆；

1、粗加工；采用YT5硬质合金刀具，进行黑皮及断削加工；

2、半精加工；采用德国瓦尔特车削刀具，刀具为机夹式，不需磨刀； 刀片为宽度25×25的负型正方形刀片，四尖角为R1.6mm；刀片材料为镀 层硬质合金WPP20，刀片抗温耐磨，强度及韧性好；

3、精加工；采用德国瓦尔特车削刀具，刀具为机夹式；刀片为55° 菱形刀片，刀片材料为镀层硬质合金WPP20；

进给量在0.20～0.60mm之间，切削速度在120～160m/min之间，进 给量及切削速度随着工件的加工状况而变化；

车削刀具设有机床冷却循环系统。

第二步，径向套料取样；

工件热处理后，采用Φ25×330mm试棒套取工具，该试棒套取工具包 括套料钻，在低压转子工件的中间外圆距热处理表面200mm处套取10根 Φ25×330mm径向试棒，作为测试样品。

对该径向试棒进行热处理性能测试，如果试棒性能不合格，工件重新 进炉，重新热处理之后再次套料取样，再次试验，直到合格。这种取样方 法能够确保工件的取样位置，提高产品的合格率。

第三步，安装割槽辅助加工工装；

将径向套料取样后留下的直径为Φ56，长度为330mm的径向套料孔扩 大，精镗，按尺寸加工，同时根据径向套料孔的实际尺寸配车试 棒，试棒比径向套料孔尺寸大0.02～0.03mm，用冷装的方法通过试棒(即 割槽辅助加工工装)将径向套料孔堵住。

由于套料取样步骤之后，工件的外圆存在多个径向套料孔，导致割槽 时出现断续加工，连续的碰刀容易使刀片受损，而且大大降低了加工速度。 本发明在割槽步骤之前用试棒将径向套料孔堵住，能够避免断续加工，有 效解决了径向套料孔外圆断续车削的问题，提高了转子的加工效率。

第四步，割槽；

采用割槽工具进行割槽，割槽工具包括割刀杆、割刀片，割刀杆采用 高强度硬质合金，经热处理后，割刀杆的刚性好；割刀片为三角形状，宽 度为19mm；割刀片采用耐热涂层硬质合金，提高了刀具的加工性能。

割槽过程中的进给量为0.2～0.3mm，切削速度为100m/min，加工方 式为每进给50mm深然后向两边扩。

本发明的割槽方法，在进给量一定的情况下，切削速度为现有技术的 (100×19)/(40×30)＝1.58倍；另外，本发明的割槽工具耐用，不 需要磨削，避免了大量的磨刀及换刀时间，所以本发明的割槽效率可以提 高至现有技术的2倍左右。

第五步，轴向套料取样；

1、将工件吊装至深孔加工机床；

工件调质后重量大约120吨，而TD21150深孔钻镗床载重只有80吨， 为此，在TD21150深孔钻镗床的床身上增设两个托轮装置，凸轮承重65 吨～85吨，用于承担工件部分重量，从而提高机床的承载吨位，确保套 料的顺利进行；同时将机床的托夹范围扩大至Φ1800mm～Φ2400mm，使深 孔钻镗床可承受百万千瓦低压转子的吨位和托夹范围要求，使深孔钻镗床 能够对低压转子工件进行深孔套料加工；

2、对工件进行粗、半精、精车、砂光处理，提高工件两端轴颈的表 面粗糙度及同轴度；

3、对工件进行轴向深孔套料取样；

轴向套料取样刀具采用瑞典山特维克刀具，刀片材质为GC235涂层硬 质合金，套料刀片结构采用外凸三角形刀片(WCMX 06)。

通过轴向套料取样刀具，在低压转子工件上套取直径为Φ60，长度为 2000mm的径向试棒，工件上留下直径为Φ120，长度为2000mm的轴向套 料孔；

为获得最佳直线度要求，套料切削过程中采用钻头与工件相对旋转的 加工方式，即钻头的旋转方向与工件的旋转方向相反。

套料切削过程中，不仅需要提高切削效率，还需将切屑顺利排出并远 离钻头切削刃，切屑的长短及厚薄可以通过改变切削速度和进给量来获 得；而降低切削速度可以提高进给来缩短切屑，但特长或特大的断屑会阻 塞切屑槽，所以不必过分断屑，同时断屑需要消耗能量，产生巨大热量会 加速切削刃的磨损。

套料切削的转速为120转/分，套料进给量为2毫米/分。

套料切削过程中采用切削液，切削液不仅可以起到润滑，冷却效果， 还可以改善工件加工表面质量，一般切削液温度控制在30°～40°左右， 由于乳化液可以起到清洁工件的效果，同时乳化液适用于大多数材料，因 此切削液选用乳化液；由于机床采用单管钻系统，单管钻系统的原理是外 冷却液供给和内切屑排送；钻头是靠矩形螺纹与钻杆相连接，冷却液经过 钻杆外壁与工件孔壁之间的间隙实现进给，将切屑通过钻管内孔排出，由 于切削液速度很高，所以切屑可以无障碍通过钻管。

套料切削之后进行试棒的割断，割断工具采用高速钢材质的刀片，用 于割断Φ120mm/Φ60mm的试棒。

由于割断过程与孔直线度无关，只要将试棒割出即可，对直线度无要 求，为了加工方便，采用工件静止，钻杆旋转的加工方式。

割断参数转速为30转/分，进给量为0.4毫米/分。

本发明所采用的刀具刚性较好，强度高，刀片的高韧性保证了极高的 刃口安全性，使之轻松应对低速重载间断切削及不稳定状态切削。

本发明采用外凸三角形刀片，该刀片可用于外、中、内刀座，WCMX 06 刀片的定位方法使得中心刀片在切削过程中首先在中心点开始切削，然后 连续向外到周边进行切削，产生小而薄圆片切削，容易排削，提高了机床 的稳定性，同时提高了工件内孔的直线度及表面粗糙度。

本发明的割断工具，能够在割断空间小于30mm的狭小空间内实现割 断加工。

4、对深孔轴向套料孔进行精加工；

现有的TD21150深孔钻镗床的精度较差，凸轮及钻杆直线度都无法满 足要求。

先使用扩孔镗头，同时用测厚仪测量，通过边扩孔边测量直线度的方 法，不断修正套料孔弯曲度，提高其直线度，以满足套料孔的直线度要求；

再使用浮动镗刀，精镗后，采用裹纱布磨头，对套料孔进行粗精磨削， 提高其表面粗糙度，以满足Φ130套料孔表面粗糙度Ra3.2～Ra1.6的要 求。

本发明可用于制造火电1000MW机组的低压转子。