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苗尾筒体加工制造工艺探讨

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  摘要:从以往的加工实践中证明,大中型筒体在加工中极易变形,而苗尾筒体做为大型筒体类的佼佼者,在加工制造中如何制定工艺措施,控制筒体变形,保证筒体最终加工质量是筒体加工制造中最核心的问题。
  关键词:制造工艺;薄壁件;变形;划检;监视
  苗尾水电站位于云南省大理白族自治州云龙县澜沧江河段上。电站装机4台单机额定功率325MW的混流式水轮发电机组,是澜沧江干流水电基地中下游河段一库七级开发方案中的最下游一个梯级电站。筒形阀简称筒阀,是混流式水轮发电机组重要部件,布置在活动导叶与固定导叶之间,在电站起到截流止水作用。其作用是通过筒阀的提升孔控制导水机构的关闭和开启。在关闭时落于底环上,截断水流并与顶盖和底环形成密封;开启时,位于水轮机座环和顶盖间的空腔室内,阀体底边与顶盖抗磨版板齐平,不干扰水流流态。筒体是构成筒阀的本体部件,东方电机作为国内最大的水力发电设备制造企业,为溪洛渡、小湾、瀑布沟等大型水电站设计制造了筒体,截止目前,东方电机设计制造的大型筒体统计见。
  从表一可看出,苗尾筒体是东电历史上设计制造的高度最高、壁厚最薄的筒体,制造系数难度达到壁厚/高度=0.0687。从以往的加工实践中证明,大中型筒体在加工中极易变形,而苗尾筒体做为大型筒体类的佼佼者,在加工制造中如何制定工艺措施,控制筒体变形,保证筒体最终加工质量是筒体加工制造中最核心的问题。
  一、苗尾筒体的结构特点及基本制造工艺
  (一)苗尾筒体的结构特点
  苗尾筒体为两瓣结构,其外径?8935mm,壁厚140mm,高2035mm,重61.46吨。其结构中圆周外圆含有12条不锈钢筒体导向条,底侧含有不锈钢堆焊层,用来在筒阀关闭时与底环上密封条接触,顶侧内圆也含有不锈钢堆焊层。根据对薄壁件工件的标准规定公式,将苗尾筒体壁厚h=140mm,高b=2035mm带入公式,符合薄壁件的标准。
  因此,影响筒体变形的主要结构因素是壁厚及高度。
  (二)苗尾筒体的基本制造工艺
  苗尾筒体含有主要尺寸20个,形位公差9个。上下平面平面度都为0.1mm,上下平面平行度0.10mm,外圆圆度0.2mm,外圆表面粗糙度为Ra3.2。尺寸精度、形位公差精度、粗糙度要求较高。根据筒阀的结构,其基本制造工艺为划检—加工堆焊层部位—堆焊不锈钢—划检—铣槽—焊不锈钢抗磨板—划检—铣合缝面,钻扩铰合缝面把合孔、销孔—组成整圆—粗车—失效—半精车—处理缺陷——精车。
  制造工艺特点为划检及返焊次数多、车序持续时间较长、起吊及转运过程复杂。
  二、苗尾筒体加工制造工艺分析
  (一)增加检查点检查加工余量
  筒体由钢板滚压而成,属薄壁件,除在滚压过程中本身误差外,在转运、起吊过程中会引起较大变形,造成筒体圆与理论圆存在偏差,致使外圆加工余量不均匀。苗尾筒体通过在过流面增加检查点数,尤其在变形较大区域更要增加检查点密度,在实际操作中,工艺要求圆弧方向检查点位不低于20点/瓣,高度不少于5个截面,当相邻两点数据相差超过4mm时,则在两者之间再增加划检点位,保证划检数据能较真实反映工件的形状。
  (二)组圆检查加工余量
  合缝面加工好后,在立车上将筒体组圆,由于第三次划检序与车序之间存在铣合缝面、钻扩铰孔等多道工序,又在转运、起吊过程中筒体变形量估算困难,导致在立车把合后加工量与之前划检数据偏差过大。因此在筒体把合后增加一道划检序,与第三次划检数据对比,同时对筒体整体余量在加工前根据对比数据通过校借圆心进行必要地调整。
  (三)抗磨板余量控制
  苗尾筒体在外圆表面壤嵌着12块不锈钢抗磨板,图样要求抗磨板精加工后的厚度≥5mm,但由于抗磨板是一端封装,精车后对厚度无法检查,再加上各环节筒体的变形,实际精车后抗磨板厚度与前序划检不符。为了避免精车后抗磨板厚度小于5mm,通过以下几种方式可有效控制抗磨板厚度要求:
  (1)在铣抗磨板槽时把深度加深3mm,并把抗磨板厚度增加。
  (2)划检时尽量控制外圆加工量在5–7mm。
  (3)检查抗磨板余量时检查相邻本体处的余量,通过控制两者差值控制精加工后抗磨板厚度。
  (四)用百分表监视变化量
  苗尾筒体厚度薄,刚性不足,在加工过程中监控筒体变形是防止筒体变形的措施之一。当一点受力会在圆周产生变化,仅观察1点的调整量,对筒体整体变化没有准确的把握,会导致筒体整体加工余量变化超过要求。用4块百分表以受力点为起点均布在90°方向,当受力点有变化时,观察其余3块表变化值,可以较准确反映出筒体的整体变化,而且调整时必须一次调整到位,如果进行反复调整,会导致筒体产生不规律的变化,达不到调整目标。
  做到以上几点,就可以保证各部位有充足的加工余量,然后进行粗精车各部位,最后可以保证设计要求。
  三、結束语
  筒体虽然是薄壁件,在加工过程中易变形,辩证的看待苗尾筒体在加工过程中的变形,客观的分析变形原因,科学合理的制定各环节预防措施,最后保证了各项尺寸精度、形位公差及表面粗糙度。
  苗尾筒体是东电历史上加工高度最高、厚度最薄的大型筒体,掌握科学加工制造工艺,固化成功经验对以后大型筒体加工制造具有指导意义,同时也对同类型大型回转类薄壁件加工制造借鉴经验方法。
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