高中压外缸开档加工控制方案探讨

熊运龙，张世国

(东方汽轮机有限公司，四川 德阳，618000)

高中压外缸开档加工控制方案探讨

熊运龙，张世国

(东方汽轮机有限公司，四川 德阳，618000)

文章对火电汽轮机高中压外缸龙门铣开档加工上下半的错位控制方式进行了探讨，在加工经验总结及数据收集基础上对比分析，提出了不预合缸按经验值加工准的控制方案，并给出了实践中的一些注意事项，以期在保证质量受控的同时提升加工效率。

开档，错位，经验值

Abstract：This paper discusses the ways to control the dislocations of the HIP outer casing's axial locating surface when machining on longmen milling machine．Based on the processing experience and data collection as well as analysis,the paper puts forward the way of controlling dislocation by empirical value．It also gives some important notes which need extra attention in the producing process．It improves the processing efficiency while guaranteeing the quality．

Key words：axial locating surface,dislocation,empirical value

1 产品概述及加工要求

汽缸是将汽轮机通流部分与大气隔开，保证蒸汽在其内完成做功的透平部件，是高压模块中最重要的静子部件之一。15万及以上等级机组，高中压汽缸多采用内外双层缸结构。高中压外缸作为支撑内缸、汽封体及隔板套的大型静子部件，其开档尺寸的准确性及上下半错位，直接关系到内腔部件的定位准确、蒸汽密封损失及系统运行稳定性，对保证机组安全运行和经济性达标发挥着重要的作用。

高中压外缸为上下半连接件，轴向开档尺寸定位公差一般为±（0．05～0．13） mm， 开档上下半错位 要求在 0．05 mm 内 ， 粗糙 度 Ra1．6 或 Ra3．2，（见图1）。依据产品工作状态与加工状态支撑方式尽可能一致的原则，高中压外缸内腔开档采用水平工位加工的工艺方案。按照目前的设备配置，采用大型数控龙门铣，上下半单独加工，单独对上下半汽缸的轴向尺寸进行控制。但由于加工时上半汽缸水平中分面朝上，这与其工作状态下是不一致的，自重和状态的差异导致尺寸变化的恒定性、可控性较差，这就给开档尺寸及错位控制，带来了一定难度。

图1 某35万汽缸外形图

2 预合缸加工方式及优缺点

高中压外缸一般是铬钼类铸钢件，刚性好。但长度长，前后支撑位置跨距大 （约4 000～5 000 mm），自重大（约20～50 t），不可避免地存在一定挠度。工件加工时中分面向上，支撑在背部前后猫爪位置，在重力作用下，汽缸中部向下坠，两侧开档往中间收，开档总长变短。反之，汽缸中分面向下时，类似于四点支撑在中分面位置，两侧开档有向两端扩的趋势，开档总长变长。对外缸下半，加工状态与装配状态均为中分面向上，加工得到的开档数据即为装配实际数据。对外缸上半，加工时中分面向上，装配时中分面向下，若加工时按下半数据一致加工，扣合时，必然会出现上半变长，开档错位的情况，见图2～3。

图2 中分面向上，开档变形趋势

图3 中分面向下，开档变形趋势

既然汽缸上半不可避免的加工与装配状态不一致，那么加工时可以模拟出其装配状态，将其变形量带入加工去量中。比如采取图4的加工方式：下半开档按图纸加工准，上半开档单边留约0．5 mm余量。预合缸，得到装配扣合状态，测出上下半开档错位数据，再按错位量确定上半加工去除量，加工准上半开档。

图4 预合缸开档加工流程

此种方式，通过下半保证了开档定位尺寸准确，通过预合缸控制了上下半开档错位，只要错位数据测量准确，加工时对刀、上刀无误，就能有效控制高中压外缸开档尺寸与错位。在保证开档加工质量及减少二次返修上，优点是明显的，但仍存在一些效率及质量上的问题。

（1）龙门铣预合缸对高价值设备的占用。合缸包括预合缸是对汽缸状态有要求的一个工序。汽缸下半应支撑稳固，水平找正在0．05 mm内。下半内圆开档加工准后，正处于这一状态。且上下半的加工资源与生产进度协调，也要求预合缸借用下半在龙门铣已找正后的状态，即在龙门铣完成预合缸。整个合缸过程，包括上半汽缸翻身转运，上下半汽缸铁屑毛刺清理，汽缸推正，开档错位数据收集，需占用龙门铣人员及设备约8 h时间。

（2）汽缸上半重复上活找正。高中压外缸上半开档半精加工后，翻身与下半完成预合缸，继续进行精加工，需要再次装夹找正。作为汽缸这种复杂加工部件，需要支撑稳固，找回原水平与左右状态，至少需要龙门铣3 h时间。

（3）吊装与推缸对汽缸质量的影响。大件的起吊与翻身过程，本身就存在一定的安全与质量风险。预合缸增加了汽缸上半的二次起吊与翻身。且在龙门铣推缸，没有深坑类似的台位，人员操作不便，反复推缸，增加了中分面拉毛划伤风险。

鉴于以上质量及效率方面因素，需要在工艺方案上优化与改进，来降低精加工面损伤的质量风险及关键大件资源占用的效益损失。

3 不预合缸的加工方式的提出

3.1 原理及流程

汽缸在单半加工与上下半自由扣合状态下，仅受重力作用，类似于两端固定的梁结构，产生挠性变形。对同一种缸型，在预合缸测得的错位数据中，应该是基本一致的。即高中压外缸上半翻身扣合后，高压汽封总会 “长”一定值，中压汽封总会 “长”一定值。利用这一规律，可以将加工的高中压外缸进行分类，确定上下半合缸开档错位的经验值。加工时，下半按图加工准，上半开档按经验值加工短，见图5。合缸时，上半变“长”，则上下半开档重合，达到了控制开档尺寸及错位的目的，同时减少了翻身预合缸及二次找正。

图5 不预合缸开档加工流程

3.2 试验验证

为验证这一理论的正确性，选取某35万高中压外缸，进行工艺试验如下：先搜集3台份汽缸预合缸的错位数据，验证经验值的准确性与恒定性；再按经验值不预合缸，试加工3台份，探索过程控制要素。

（1）错位数据搜集。在下半汽缸内圆开档加工准，上半汽缸仅定位环加工准，作为合缸基准，其余开档单边留量0.5 mm基础上，预合缸测得错位数据。统计发现，3个台份汽缸，高压汽封内端面错位恒定在0.35 mm，中压汽封开档内端面错位恒定在0.3 mm，误差0.05 mm内。即可以将经验值确定在高压0.15 mm，中压0.2 mm。

（2）过程控制要素。在不预合缸按经验值加工准开档的流程中，影响开档错位的因素主要有以下4个方面。

（a）挠性变形经验值的准确性是不预合缸加工的基础。在前面的数据搜集中，可以暂时确定此35万汽缸加工经验值是准确的。后续实际加工流程中，根据深坑合缸数据反馈，可跟随调整。

（b）加工基准统一。下半汽缸尺寸确定了与图纸尺寸的符合，因此下半所有开档是先加工准的；上下半尺寸的对应，需要统一基准，按图纸尺寸标注，可以选取定位环定位面，因此上半汽缸定位环也需先加工准。

（c）数据测量准确性。数据测量即上下半分别用百分表打开档到定位环的定位尺寸，按经验数据控制差值。首先开档数据测量，上下半需在同一状态进行。工件处于压紧状态，松活后，应力释放，开档数据会有变化，有时可能达到约±0.05 mm。但上下半变形是一致的，及上下半处于同一压紧或自由状态，数据是对应一致的。其次龙门铣开档数据测量，需反映出左右差值。由于附件、刀具磨损等多方面因素影响，开档左右数据有时不是完全一致的，应反映在数据统计中。可以做专用的记录卡进行控制。最后精加工上刀后，应再次复查尺寸，检查上刀是否准确。

（d）机床因素的影响。为排除机床不同的影响，上下半汽缸可以在同1台龙门铣加工。理论上，在机床精度范围内，上下半汽缸在不同机床打出来的数据是基本一样的。出现不一致的原因在于机床校准修正后，精度降低情况不一致。若要将经验值推广到不同机床应用，生产安排时可以将机床按精度等级分类。各自精度类型龙门铣，分别加工1套汽缸的上下半，在实践中也可以满足精度需求。

按新的上下半分开加工的工艺流程，在深坑合缸工序进行验证，得到数据见表1。

表1 开档加工及合缸错位数据单位：mm

可以看出，此类35万高中压外缸，按经验值0.15 mm/0.2 mm不预合缸，直接加工准上下半开档，可以有效控制开档尺寸及错位。下一步，需要将其推广到其他缸型。

4 汽缸类型划分与经验值确定

4.1 汽缸分型

汽缸在重力作用下产生挠性变形。变形的大小，与汽缸重量与总长、开档分布、管口布置等3个方面有关。

（1）汽缸重量越大，受重力越大。总长越长，支撑点间距相应增大。汽缸挠性变形越大，开档错位量越大。

（2）开档级数多少及分布情况。越远离定位环，即在前后汽封档，尺寸变化越大。靠近定位环的隔板套槽子或凸肩，离重心近，尺寸变化较小。且相应开档圆直径大，处于汽缸外形回转的主体部分，刚性好，变形小。

（3）管口多少则影响了汽缸的刚性。比如某些66万分缸结构的高压外缸上半，背部仅1只管口，汽缸刚性好，相应开档变形小，一般在0.05 mm内。

按这3个方面不同，把常加工的汽缸区分为如下6个类型 （见表2）。

表2 常见汽缸分型

4.2 初始经验值获得及使用中注意事项

按汽缸类型不同，在加工中搜集数据统计分析，可以得到不同汽缸的经验值。初始经验值一般采取首台获得、二台验证、三台优化确认的方式。即对无明显类似结构参考或未积累到经验值的新缸型，首台机组采用预合缸加工方式，测出错位量，作为后续加工的经验值使用。第二台机组可以不预合缸，分别加工准上下半开档 （下半按图纸加工准，机床打出开档实际尺寸，上半按经验值比下半加工 “短”），在钳工深坑合缸时验证经验值的准确性。若经验值有偏差，按偏差进行修正，在第三台机组上进一步验证优化，直至得出此类汽缸加工的成熟经验数据。

值得一提的是，经验值统计或使用过程中，需保证数据的准确性。可以从以下几方面来控制：

（1）控制上下半开档数据测量的准确性。数据准确性无论是在经验值确定还是使用中，都是错位控制的基础。注意不在汽缸受切向顶正力状态压活，避免松活、压紧状态汽缸尺寸变化大。还可以采取尺寸记录卡类似文件控制尺寸的准确性、规范性与完整性。

（2）开档数据统计是一个长期的过程，即使是成熟的机组，也应做好开档定位尺寸及左右差值的记录，以用做经验值验证优化及开档出现错位时的数据复查及原因分析。

（3）对高、中压内外缸合缸的单层缸结构，虽然此类缸一般刚性更好，开档变形小，但开档级数较多，难以一一控制，建议预合缸测错位量加工。

（4）钳工深坑合缸时，支撑状态需与龙门铣保证一致。即下半支撑在猫爪位置，猫爪有台阶的汽缸支撑在与中分面平行的猫爪面上。且应注意支撑实在，无虚接触。

（5）前面分析主要是针对高中压外缸前后汽封档变化情况。在长期的数据搜集中发现，常加工的15～60万汽缸结构，隔板套槽子或凸肩，开档尺寸变化不大， 约 0～0．03 mm， 一般不超过 0．05 mm。故加工中可以按经验值，上半适当加工短即可。

通过2014～2016年，统计得到部分缸型开档经验值见表3（前后汽封数据即上半加工时比下半“短” 的值）。

表3 常见汽缸开档控制错位经验值

5 加工效果对比

通过以上分析，将高中压外缸2种开档控制方式对比，结果如表4所示。

表4 加工效果对比

对比发现，在同样满足汽缸开档定位尺寸准确、错位受控的情况下，按成熟经验值加工，可有效减少龙门铣加工时间，降低中分面拉伤的质量风险，提高加工效率。

6 结束语

本文通过对常规高中压外缸结构特点与变形趋势进行分析，总结了预合缸开档错位控制方式的优劣。在经验数据收集与规律总结的基础上，提出了不预合缸，按开档错位经验值一次加工准上下半开档尺寸的方案，并提出了过程控制点，在实践中进行了验证。高中压外缸按经验值直接加工准的开档控制方案，为开档控制提供了一种新的有效方法。在保证汽缸开档尺寸及错位受控的基础上，还提高了加工效率，为类似结构部件的加工提供了参考。

Discussion on Controlling Dislocations of HIP Outer Casing's Axial Locating Surface

Xiong Yunlong，Zhang Shiguo
（Dongfang Turbine Co.,Ltd.,Deyang Sichuan,618000）

TK266

B

1674-9987（2017）03-0033-05

10．13808/j．cnki．issn1674-9987．2017．03．008

熊运龙 （1988-），男，工学学士，工程师，毕业于重庆大学机械设计制造及自动化专业，现从事汽轮机静子部件加工工艺工作。