汽轮机高压缸中分面联接螺栓内孔加工研究

刘现栋

（哈尔滨汽轮机厂有限责任公司，哈尔滨 150046）

0 引言

汽轮机高中压部分是汽轮机最为关键的部套，其中分面联接螺栓在汽轮机工作时承受着高温和高压荷载，在安装时要对联接螺栓使用液压扳手预紧，为保证足够的预紧力，高中压螺栓一般都采用加热后拉伸预紧工艺。为加热螺栓，在螺栓制造过程中必须在螺栓中间加工出一个φ29 mm，深1550 mm的内孔作为放置加热杆使用。

螺栓内孔有着严格的加工要求，表面粗糙度Ra3.2，孔偏心公差不超过0.3 m，材料型号为422（1Cr10NiMoW2VNbN-5），硬度275～310 HB，属于细长孔加工，细长孔加工是加工工序中难度较大的内容。厂内使用的机床是Z2120A型深孔钻床，比较老旧，刚性较差，如图1所示。

1 加工试验研究

试验采用BTA内排屑深孔钻，用于加工φ6～φ60 mm、长径比L/D大于100、精度H7～H9级、表面粗糙度Ra3.2的深孔，生产效率是外排屑的3倍以上。

1）钻孔注意事项：工件端面应与工件轴心线垂直，以保证端面密封可靠；正式加工前在工件孔位上预钻一个浅孔，引钻时可起到导向定心作用；为保证刀具加工寿命，最好采用自动进给走刀；进液器、活动中心支承中的各导向套如有磨损，应及时更换，以免影响钻孔精度。

图1 Z2120A型深孔钻床

2）深孔加工操作要点：主轴和刀具导向套、刀杆支承套、工件支承套等中心线的同轴度应符合要求；切削液系统应保证正常；工件的加工端面上不应有中心孔；切屑形状应保持正常，避免生成直带状切屑；采用较高速度加工通孔，当钻头即将钻通时，应降速或停机以防损坏钻头。

3）深孔加工切削液：深孔加工过程中会产生大量切削热并不易排出，需要供给充足的切削液润滑冷却刀具。一般选用1∶100乳化液或极压乳化液；最好选用极压乳化液或高浓度极压乳化液，可获得较高加工精度和表面质量，切削油的运动黏度通常选用（40℃）10～20 cm2/s，切削液流速为15～18 m/s；如果排油不畅，可适当选用黏度低的切削油；对于此类精度高的深孔加工，可选用切削油配比为40%的极压硫化油+40%煤油+20%氯化石蜡。

4 ）本次试刀一共试了3种规格的刀片。

a.C5材质、TICN 涂层、HI槽型（080918-504）4PCS。由于该设备较老，为保证安全，按照原先的转速和进给速度，按照原来的参数加工的Vc=47 m/min，f=0.08 mm/min。

结果是铁屑较长，易堵塞内排屑管道，且加工了2～3个零件后刀片切削刃靠外侧倒角处的磨损特别严重，寿命不长，性价比不好。针对出现的铁屑较长易堵塞的问题，经过排查后，决定把排屑管后部原来的的直角弯管改为圆弧弯管，应用后发现效果很好几乎不再堵塞。

图2

b.C2材质、TiCN 涂层、HI槽型（090417-531）4PCS。Vc=47 m/min，f=0.08 mm/min。

同样的涂层和槽型，同样的参数，但加工后发现寿命比C5高很多，6个新刀片刚做时铁屑较长几乎整根不断，每做一根铁屑就越短，做到最后第6根时断屑形状为C型，刀片切削刃磨损较均匀且轻微，可再做，但考虑到工件的安全性未在加工。

c.C2 材质、TiAlN 涂层、标准 T-A（1C22A-29）2PCS。Vc=47 m/min，f=0.08 mm/min。

加工完8个工件后发现铁屑从第1个到第8个几乎没有什么改变，切削刃磨损较090417-531小，均匀，前刀面上磨损也比090417-531小，分析估计连续加工时间长油温也较高，TiAlN涂层比TiCN涂层更耐磨，性价比较高，且换刀简单。

2 改进前后的加工参数对比总结

1）工艺改进前加工参数，加工效果及刀具损耗。刀柄：两根长1700 mm钻杆。刀片为单刃镶硬质合金钻头。材质为硬质合金，国产。冷却方式为油冷（高压）。切削速度VC=47.4 m/min。进给速度f=0.09 mm/r。切削长度为1550 mm。转速为521 r/min。刀具寿命为1～2/pcs。表面粗糙度很少能达到Ra3.2。

图3 深孔钻

2）工艺改进后加工参数，加工效果及刀具损耗。

刀柄：080806-47，080806-48，080807-3，非标 BTA的钻杆。刀片：a.C5材质，TiCN涂层，HI槽型（080918-504）；b.C2 TiCN HI （090417-531）；c.C2 TiAlN T-A（1C22A-29）。材质为 C5，C2。冷却方式为油冷（高压）。切削速度VC=47.4 m/min。进给速度f=0.09 mm/r。切削长度为1550 mm。转速为521 r/min。刀具寿命为6～8/pcs。表面粗糙度Ra3.2较好。

通过对比，显而易见，工艺及加工刀具改进后刀片损耗降低很多，同时孔的表面质量有所提高。

3 经济效益及意义

由于Z2120A深孔钻床老化，机床刚性差，加工螺栓内孔形位公差及表面质量达不到图样的设计要求，废品率多，严重影响交货期，而更换一台深孔钻设备成本要500万元左右，成本较高。通过改进刀具工装，改善加工参数，很好地解决了这个问题，节省了成本，提高了效率。

［1］ 陈日曜.金属切削原理［M］.北京：机械工业出版社，2002.

［2］ 王学义.工业汽轮机加工方法［M］.北京：中国石化出版社，2011.