薄壁类零件机械加工工艺研究

刘滨

（哈尔滨汽轮机厂有限责任公司工艺处，哈尔滨150046）

0 引言

当今我国发电行业迅猛发展，日新月异，各种各样的新型机组层出不穷。燃机、联合循环、空冷、超临界、超超临界的机型已经广泛应用。薄壁类零件以其结构简单、造价低等特点受到广大设计者的喜爱，现已经广泛地应用到汽轮机中。因此，对薄壁类零件的机械加工工艺进行研究尤为重要。

1 薄壁类零件加工中问题分析

薄壁类零件与其它类零件在机械制造中主要区别是，薄壁零件加工时易产生变形。变形将导致零件的尺寸公差、形位公差超出设计值范围，严重时可能导致零件报废。产生零件变形的主要原因有：

1）焊接变形。薄壁类零件大多为钢板焊接件，在装焊过程中，因焊接应力没有完全消除，在后续工序中残留应力释放，导致零件变形。

2）装夹变形。薄壁类零件从毛坯变成产品，需要多道工序的加工，每一次的加工都涉及到零件的装夹，不合理的装夹方式也是零件产生变形的主要因素。

3）加工变形。在加工过程中，刀具会对零件产生加工应力，局部应力集中，将影响工件力学性能。内应力释放后，导致工件变形，产生尺寸偏差。

4）其它变形。在汽轮机制造行业中，大部分的薄壁类零件会作为汽缸类或密封类零件使用，因此，此类零件在出厂前还要进行密封性的压力试验检查，压力试验也是使零件产生变形的主要原因之一。

2 工艺方案的研究

薄壁类零件在汽轮机行业制造中多用于压力及温度较低的地方，多用于低压部分。图1是某机组的低压汽缸，它的组成结构主要包括铸造内壳和外部焊接钢板，其中铸造内壳壁厚最薄处是20mm，焊接钢板厚度是15mm，产品在精加工后，还要进行0.8 MPa的水压试验，它是典型的薄壁汽缸类型零件。

首先分析图中零件的重要关键位置是：内、外壳体间安装导叶片凹槽的尺寸公差和平行度要求；大小法兰端面的尺寸公差和位置度要求。这些部位不但加工精度要求高，而且还易产生变形，采用常规的汽缸加工方法肯定是不合适的。经过讨论研究，制定的加工工艺是：

1）汽缸装焊、焊后进行热处理，消除焊接产生的应力。

2）划尺寸线，均匀各档余量，铣准汽缸上下半水平中分面尺寸，钻水平中分面的光孔。

3）合并汽缸上、下半，预钻、铰水平中分面的销孔，留2 mm余量，预钻铰销孔主要是为了弥补汽缸变形造成的汽缸错牙。

4）粗车。粗车所有的开档和内孔，单面留1 mm余量，粗车时要严格参照工艺给定的切削参数进行加工，这里根据汽缸的材料和选用机床的性能，制定了切削参数：切削深度不小于2 mm，机床花盘转速为2～4 r/min，进给量0.10 mm/r。

5）拆开上、下半汽缸，进行时效。拆汽缸和时效的目的主要是消除零件在各工序中的加工应力和装夹应力。

6）合并汽缸上、下半，将水平中分面销孔扩、铰到图纸尺寸。

7）精车。精车准所有的开档和内孔尺寸，导叶片凹槽不要加工，精车时要严格参照工艺给定的切削参数进行加工，参数与粗车相同。导叶片凹槽不加工，主要是因为导叶片与导叶片凹槽装配尺寸非常小，总间隙仅仅在0.02 mm以内，汽缸水压试验的试验压力是工作压力的3倍左右，有微小的变形就会造成导叶片安装不上。

8）汽缸水压试验，注意保持最大压力稳定性，不要超压产生变形。

9）车准导叶片凹槽，切削参数与粗车相同。

10）清理、转装配。

以上的加工工艺与常规的汽缸加工工艺的区别是：a.工序中间增加了汽缸时效处理，有效地消除了工件在加工过程中产生的应力；b.将工件的一次性精车分解成了3次，在粗车加工留有余量，有效地弥补了变形产生的尺寸变量；c.导叶片凹槽是整个工件中最重要的部分，将它移到泵水后进行加工，避免了变形产生的尺寸偏差，对后续的装配起到了保证作用。

3 结语

经过检测和试装配，汽缸的加工精度和装配尺寸完全满足设计要求，全面满足设计要求并达到质量指标，证明了工艺方法合理。现在类似的薄壁类零件加工工艺都已经进行了固化，为薄壁类零件在汽轮机行业中的广泛应用打下了良好的基础。标志着我公司此类零件的加工水平上升了一个新的台阶，制造水平进入一个崭新的领域，具有至关重要的意义。