汽轮机制造技术及先进刀具应用技术

上海电气电站设备有限公司上海汽轮机厂（STP）是我国{dy}家汽轮机厂，也是我国机械工业的大型骨干企业，现是与德国西门子合作的中德合资企业。从1953年建厂开始，经过55年的艰苦奋斗，先后制造成功了亚临界125MW、300MW、600MW汽轮机，超临界600MW汽轮机, 超超临界660MW、1000MW汽轮机和 320MW核电汽轮机。

        目前，STP正在进行百万等级超超临界汽轮机、F级燃气轮机和百万等级核电汽轮机的三大战役，为提高中国电站设备的制造水平多做贡献。

１、汽轮机汽缸的制造技术

1.1　汽缸中分面的加工

　　汽轮机在工作时，要求汽缸中分面在蒸汽冲击下必须紧密贴合，不允许漏汽。因此，对汽缸中分面的要求非常高，表面粗糙度Ra=1.6μm, 自由合拢时，不允许塞进 0.05 mm塞尺。

　　传统的汽缸中分面的精加工方法通常龙门刨床上先刨削，然后装立式磨头通过精密磨削来实现，先磨削上半，然后依此为基准磨削下半，直至二半平度适当。这种工艺方法生产效率极低。
刚性好的高压汽缸采用英格索/哈一工6C2K、6C2L 60°面铣刀
刚性差的低压汽缸采用山特维克R260.7-400 45 °面铣刀

STP数控龙门铣、数控镗铣床等机床上广泛采用英格索/哈一工 6F2K型平面精铣刀进行汽缸中分面精加工，以铣代磨。该铣刀装有超精研磨而成的刮光刀片，切削刃为椭圆形，适用于大平面的精加工和高进给，切削深度仅为0.01~0.05mm，每分钟走刀量高达700—1000mm，表面粗糙可达Ra=0.8~1.6μm，xx符合图纸的要求。

1.2  汽缸各档内圆的加工

       传统汽缸各档内圆通常汽缸上下半并合后，在立车或车镗床上加工。汽缸在立车上装夹时，通过校验中分面上4只搭耳和校哈夫工具，以确保水平中分面垂直于立车转台和上下半圆相等。对无垂直接合面的汽缸则只能在车镗床上加工完成，但操作者必须钻入汽缸内腔操作机床，这种加工方法测量困难，操作不便。

         目前，STP对无垂直接合面的高中压汽缸采用两半分开、同时在数控龙门铣上加工，使用英格索MAX—I 三面刃可转位铣刀，进行Y、Z两轴联动、圆弧插补切削各档腰带内圆和平面。由于数控龙门铣机床X、Y、Z轴的精度误差仅为±0.005mm，精铣通常在2个小时内完成，温差不大，因此尽管汽缸是分缸加工，但合缸后，可确保汽缸上、下半的相对位置精度，长达4m多的两端汽封面轴向误差仅为0.02~0.03mm。

       2007年，购买了德国科堡的带立车转台、龙门移动的龙门铣床。这台机床连铣带车，可进行各种切削功能。       

可喜的是，目前所有英格索粗、精平面铣刀、 三面刃铣刀等，哈一工均可生产，甚至可生产非标铣刀，我们曾要求哈一工生产过φ900的三面刃铣刀和φ700的三面刃倒角铣刀，加工196低压内内缸，价格仅为进口的1/5。

目前，山特维克R260.7平面铣刀国内无厂商生产，但山特维克平面铣刀、英格索铣刀上的刀片国内刀具工厂如牡丹江、绵江、双流等都能生产，近几年，还开发了涂层刀片，切削性能可与进口刀片媲美，已全部国产化。

1.3  汽缸中分面螺孔的加工

       汽缸中分面螺孔的加工是加工技术中最困难的问题之一。传统加工方法一般使用开有沟槽的丝锥。由于不同尺寸的螺纹需使用不同尺寸的丝锥，因此丝锥加工具有制造成本高、生产效率低、工件表面粗糙度不易控制等局限性。

       目前，STC加工汽缸中分面螺孔主要采取以下3种方法：

1.3.1 专用数控旋风铣装置 

   数控龙门铣配备专用英格索NC120旋风铣装置，该装置能加工不同直径（30至120毫米）、不同螺距、左右旋以及公英制的螺纹。通过选用正确的调整块和适当长度的刀杆，就可获得所需准确的螺纹直径。切削时，机床主轴旋转会产生一个偏心运动，同时沿着螺距方向从孔底向上进给，这种方法，不会因铁屑影响加工。由于刀杆以每分钟1400rpm快速旋转在孔中切削，因此，在极短的时间内即可加工完螺纹，螺纹两侧面的表面粗糙度值可达Ra≤3.2μm。

1.3.2 数控机床三轴联动功能

     由于某些螺纹直径大于120mm，我们则利用数控龙门铣、数控镗铣床具有的三轴联动功能进行铣削的螺旋运动，通过改变刀补的大小，即可控制铣削的螺纹规格。切削动作与NC120装置相同，由下向上进行螺旋切削。使用三轴联动功能进行铣削的螺纹直径加工范围最小为M42，{zd0}则仅受机床Y轴范围的限制，我们曾在数控龙门铣上加工过M270×3的大螺纹。

     铣削螺纹刀杆有两种类型，一为整体型，即将锥柄与刀杆做成一体，装上旋风铣刀和刀片；二为ABS/国标TMG21接杆型，即锥柄与刀杆采用ABS/国标TMG21连接形式，这样可根据螺孔的深度和规格任意选择接杆的长短和直径，然后装上旋风铣刀。两者相比，显然后者更具灵活性。目前，哈量和哈一工都已生产

    国标TMG21接柄内螺纹旋风铣刀，可供选择的直径有25、32、40、50、63、80、100mm等多种规格。

       旋风铣刀片采用可转换刀片，刀片的切削部分通常为60°，有4个切削刀刃，能应用于各种螺距的螺纹切削。可转换刀片每齿的走刀量取决于刀柄直径与刀柄长度之比，一般选用{zj0}即最短比率。

1.3.3  内容屑丝锥

       内容屑丝锥在其前部开有一个足够大容屑空间的贮屑孔，其工作部份由三部份螺纹组成，在切削锥上的螺纹起粗切作用，圆柱上的间断螺纹起校准作用，圆柱上的完整螺纹起导向作用。即使在盲孔加工时，切屑被贮存在容屑孔内，切屑与被加工螺纹表面彻底隔离，因而排屑理想，使螺纹加工表面质量得以提高。

        为减轻关键数控机床的压力，我们在普通摇臂钻使用德国Noris公司的内容屑丝锥，曾一次攻削出M110×3的大直径内螺纹，工效高，丝锥使用寿命长。

1.4  汽缸台阶、直槽的加工

    在汽缸中分面压板槽、台阶、特殊形状的铣削上，我们推荐使用太原科锐的平装式可转位螺旋立铣刀（粗加工）、嘉兴恒锋的波刃或玉米型立铣刀（粗加工）和陕西硬质合金刀具公司的钎焊式硬质合金螺旋立铣刀（精加工）。

1.4.1 平装式可转位螺旋立铣刀

      该刀具具有可更换端齿头，切削力大，适用于加工钢、铸钢、铸铁等，是高效率粗加工、半精加工的刀具，在加工中刀片抗冲击力强，容屑空间大，出屑流畅。常用于直槽、台阶、特殊形状的铣削。

      铣刀类型分两种：直径φ50、φ63、φ80、φ100为整体式，直径φ80、φ100、φ125为套式。 

1.4.2 波刃或玉米型刃口的高速钢铣刀

       在汽缸中分面深度较深的压板槽等加工上，嘉兴恒锋工具厂的波刃或玉米型刃口的高速钢铣刀铁屑细小，切削力明显降低，不易断刃，因此可提高切削速度和走刀量，加工效率得到了2-3倍的明显提高。切削时必须配有充足的冷却液。

1.4.3 钎焊式硬质合金铣刀

      钎焊式硬质合金铣刀是在工具钢的基体上钎焊硬质合金，一般以螺旋立铣刀居多，使用于铸钢、高强度钢的半精加工和精加工。目前汽机、燃机车间应用于各种压板槽、键槽等加工。切削速度可高达60-90米/分钟，每齿进给量可选0.04-0.12毫米。满刃口切削性能佳，加工后槽子平行度好。

超超临界 1000MW汽轮机高压内缸导向槽

硬质合金堆焊后硬度达HRC52，立车根本车不动，用CBN刀片加工，由于夹杂焊珠，断续切削，易崩刃。

   邀请各刀具公司来攻关，{zh1}采取先把焊接表面打磨，然后上镗铣床用钎焊硬质合金铣刀插补加工完成。

1.5  汽缸深孔的加工

    在汽缸深孔的钻削上，我们推荐使用江西工量刃具公司的抛物线大螺旋角深孔钻，冷却液易冲到钻头，出屑顺利，钻深孔时不必反复进刀、退刀，可一次进刀钻削出长径比为20的深孔。