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：大型汽轮机组一般指150MW以上的汽轮机组，现代设计都将整台机组分成高中压和低压两个部分，而机组高中压通流部分组装在高中压外缸之内。高中压外缸一般被设计成上下半结构，中分面通过连接螺栓组成一个整体内腔。高中压外缸由于内部压力很高，为保证中分面的密封性，连接螺栓一般都设计成大于M100直径的螺栓。所以，高中压外缸中分面连接孔的加工工艺，对于整个汽缸加工的质量和加工效率有着极大的影响。
关键词：大型汽轮机 高中压外缸 连接孔 加工工艺 效率和质量
一、高中压外缸结构和中分面连接孔的传统加工工艺描述
300MW汽轮机组是我公司的高端骨干机型，是我公司的最重点产品，对我公司的发展有着举足轻重的影响。而高中压外缸又是300MW汽轮机组上的一个重要零部件，同时也是我公司
所加工的最大最复杂的铸钢件。然而在加工上下半联接螺栓孔时采用传统工艺不但费时费工，而且严重影响生产进度。为了节省时间、提高进度、同时保质保量地完成300MW高中压外缸上的联接螺栓孔加工，我根据自己所掌握的实践经验在车间有关同事的协助下在工件的装夹、测量、刀具、夹具和程序编写等方面进行了技术攻关。 1防爆恒温恒湿、结构简述
3000MW汽轮机组高中压外缸为铸钢件，材料为ZG15Cr2Mo1。为上下半结构形式，中间无垂直法兰面，两头小中间大。上半重量约19吨，下半重量约23吨。工件总长5306mm，宽3360mm，高度3540mm，中间各档内径在Φ2000mm。见图（一）。汽缸上下半各有四五十个螺栓孔联接。通常上半为光孔：孔长395mm左右，反刮面Φ175mm左右。下半为螺纹孔：孔深205mm左右，螺纹有效深度180mm左右(也有上下半都为光孔结构)。具体结构见下图（二）。
2、传统加工工艺简述
高中压外缸在粗加工、热处理除应力后。在大型数控龙门铣上完成汽缸中分面精加工、中分面连接孔的加工，以及内腔隔板套安装环形凸台的加工。
对于中分面各孔的加工，采用高速钢钻头。由于高速钢麻花钻的特性所制约，以及孔深较长，故首钻钻头直径不能选择较大，通常在Φ25-Φ35mm之间。以Φ125孔为例：要经过钻Φ30钻头钻通，Φ45、Φ65、Φ80钻头扩孔，一般整体钻头直径最大就做到Φ80。然后采用套式扩孔钻，在经过Φ85、Φ93、Φ102、Φ110、Φ115.7、Φ120、Φ125等七道扩孔方可 完成，而整个一个孔的加工完成需要经过十一道工序。在光孔加工完成后，用反刮刀杆配上高速钢反刮刀头，加工出光孔端面的Φ175反刮窝子。对于下半缸中分面上的M120x4螺纹孔的加工，先是采用分步钻削进行钻孔，孔径比螺纹底孔直径小2至3mm，然后采用镗削方式将孔扩至螺纹底孔直径，提高孔的直线度和粗糙度，最后分粗精两步铣削方式加工出螺孔。
二、传统工艺的问题研究
用传统方法加工一套缸的中分面连接孔需要25~30个班，也就是最少需要三班制工作九天左右才能完成。耗费的时间实在太长，严重地影响了生产进度。特别是在我公司300MW汽轮机组在市场上的需求比较紧迫的情况下，对整个产品交货期都将产生较大影响，需要我们进行技术攻关，采用新的加工工艺，大量缩短加工周期而且保证加工质量。
经过仔细研究分析，我们认为传统加工方式的主要弊病在于:
1、方面由于孔深较长，冷却不充分，故而需要不断退出钻头排屑。
2、由于套装式扩孔钻自身的排屑功能很不好，造成加工出来的孔的孔壁粗糙度较差。
数字电视接收器3泡面碗、钻头钻出处和气缸外壁有较大的R过度半径，钻头和扩孔钻在钻出时形成单刃切削极易折断或绞死。有时实不能钻通，就要设法铣去多余部分，以保证钻头或扩孔钻的通过。
4、反刮面与气缸背面有较大圆角过渡段，使反刮时行程较长，达100mm-150mm，又由于反刮时使用单刃高速钢切削，故转速和走刀均不能大幅度提高，这样无疑又加重了反刮用时。
5、铣削螺纹时，粗铣完成后就要检测螺孔，确定精铣的切削量,非常费工费时。
三、新工艺加工和技术攻关
针对传统加工工艺所存在的各项问题，我主要在钻削刀具的选择和加工程序的编制及加工过程中的控制等方面作出了一系列的工艺改进和技术攻关。
刻字笔1、钻削刀具问题的解决
针对传统工艺中加工一个孔需要逐步扩孔这个最为影响加工效率的问题。我们决定放弃这种看似节省刀具费用的加工方式，采用国际上比较先进的内冷钻加工方式。为此，我们首先要求公司设备处人员为我们的龙门铣设备加装一套内冷液输送管道。然后，我们综合国内外的产品比较，最终选定德国的某一刀具制造厂家制造的高速内冷钻，它的优点在于具有：性能参数高，处理时间短，刀具寿命长，切削成本低；几乎任何一种材料都可实现可靠加工；模块化设计，高度灵活，适用于旋转、静止及垂直、水平应用场合；刀杆上特殊设计的排屑槽保证了排屑畅通，并有足够的刚性；钻杆与可交换的齿冠采用一种新型的连接结构，可传递更大的扭矩并保证很好的定心；两个作用在扭矩方向的锥头螺钉把齿冠紧固在传动块上，实现了可靠而精确的连接；钻冠的中心有一个中心钻，引导钻头准确地沿着孔的中心线钻入。 此外，齿冠四周的硬质合金导向块防止了钻头的摆动，精确的定心使中心钻和刀片寿命可大大提高。
图（三） 高速内冷钻实物
考虑到此深孔钻对钻头出口的表面平整度要求较高，出口表面应垂直于刀具中心线，不能有起伏和较大的角度变化。而孔钻出处和气缸外壁有较大的R过度面，即将钻出时会形成单边切削，损坏刀具。同时为了解决光孔加工完成后反刮面的加工量，我们自行设计制造了一种安装可转位刀片的套料钻，具体结构如下图（四）：
睫毛器 图（四） 套料钻实物 图（五） 套料钻加工示意图
这个套料钻的使用，主要是在中分面孔加工之前现在在背面加工切削掉一段管状材料，如图（五）所示。这样，可以保证高速内冷钻头的反面进行加工，钻穿的时候，钻头上所装的刀片接触到的是平整的表面，这样刀片就不会损坏。而且，整个孔加工完成后，采用反刮刀杆进行加工，只需要将套心钻所加工的平面修平并提高表面粗糙度即可，无需像原先那样要切削掉很长的一段圆角过渡段。
2、编制专用数控程序，解决螺孔切削加工中每个螺孔都要进行检测的问题。
我们开发出一个专用程序，使得螺纹铣削可以采用集加工，而不是传统的一孔一检测法。具体方法：首先用“子程序”进行加工编程。单边留0.1ｍｍ～0.2ｍｍ余量，逐个粗加工好各孔（只要刀具磨损不很剧烈，都不用更换），更换刀片，修改参数进行精加工，第一孔好后，用螺纹塞规进行检测，如有出入修改参数（一般先铣小点），继续加工，中间每隔数个检验一次，直至最后再检验一次。运用此法效率很高，省去了每个孔的检验时间；节省了刀片，降低了成本；显著提高了螺纹表面粗糙度。具体程序如下：
G54 G17 S600 M3 G64
TRANS X100 Y100
L120
TRANS X100 Y-100
L120
M2
L120；(子程序名)
R1=15.2二硝基甲苯
G90 G0 X0 Y0
Z-180
G3 X=R1 Y0 CR=R1/2 F200
G3 X=R1 Y0 I=-R1 J0 Z0 TURN=44 F500
G0 Z100
TRANS
M17
四、结语
通过我们的技术革新和工艺改进，使得汽缸中分面连接孔的加工效率提高了五倍左右，三班制工作两天左右即可完成。彻底解决了我公司对于大直径螺栓孔加工的瓶颈，为以后加工同类型汽缸积累了经验。同时颠覆了龙门铣的一些传统加工方法，增大了眼界、开拓了思路。 为公司的进一步发展打下了良好的基础。
参考文献
1、《SINUMERIK_840D_810Di_810D_FM_NC高级篇》，西门子公司
2、《机械制造工艺学》，机械工业出版社
3、《金属切削刀具》 ，上海科学技术出版社
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