蒸燃联合循环机组主汽阀、中压再热阀的加工研究

2013-07-15 胡金龙 哈尔滨汽轮机厂有限责任公司

1、立项背景

  GE公司产品GHQ01是蒸燃联合循环机组,其中GHQ01.301/306Z主汽阀、中压再热阀是首次国产化制造。该部套图纸的技术要求和规范同我公司要求不同,尤其材料特殊,更是首次遇到。要顺利地加工出该零件,并满足图样的要求,需要解决工艺总体方案、特殊刀具试验加工及采用合理的工艺加工参数,所以,申请立项进行了加工试验研究。

2、研制的内容

  GHQ01产品中的主汽阀杆和调节阀杆、汽封套筒等工件,采用的材料就是高温合金GH901,是典型的难加工材料。

2.1、GH901的化学成分(见表1)

  GH901是以Fe-43Ni-12Cr为基体,加入钛、铝及钼等强化元素的奥氏体型时效硬化合金,该合金在650℃以下具有较高的屈服强度和持久强度,760℃以下抗氧化性良好,长期使用组织稳定。

表1 CH901化学成分

CH901化学成分

2.2、GH901的力学特性

  常温下,经过毛坯性能热处理之后,Rm≥1035N/mm2,硬度HB302-388。

  参数引自B/HJ813-2006《GH901合金型材毛坯技术条件》。

2.3、GH901的加工特性

  (1)塑性好、韧性大,加工韧性强,高温强度高,切削大,切削温度高。刀具的刀尖边界磨损极其严重,副后刀面的沟纹磨损也极易发生。

  (2)强化元素含量高,在合金中形成大量研磨性很强的金属碳化物、金属间化合物等硬质点,对刀具有强烈的擦伤作用。

  (3)切屑与前刀面粘结现象严重,极易产生积屑瘤,从而降低加工表面质量和刀具的切削性能,而且容易造成刀具表面脱落。

  (4)导热性差,导热系数约为45钢的1/2~1/5,故切削温度高,切削刃在高温下磨损严重,甚至丧失切削性能。

  (5)切屑不易卷曲和折断,容易发生缠绕工件和刀具,从而引起打刀。尤其是对封闭及半封闭容屑的孔加工、切断等,容易造成切屑堵塞,从而降低加工表面质量和产生崩刃现象。

2.4、工件的加工难点

  汽封套筒:内孔的钻、镗加工比较困难,包括钻头的材料选择、合适的直径都很关键。另外,要提供内孔镗杆,连续镗孔的难度较大。

  主汽、调节阀杆:连续车削外圆,保证良好的表面光洁度和直线度,防止变形量过大是最大的难点。

3、创新点

  由于材质GH901的特殊性质,渗氮厚度很浅,氮化后不允许去除金属。套筒、阀杆均改变了我公司以往多年的成型工艺加工模式,去掉了在氮化之后的精磨工序,同时还要保证图样的技术要求。

4、工艺试验的技术方案

  汽封套筒的要求如图1。

蒸燃联合循环机组主汽阀、中压再热阀的加工研究

  工艺流程如图2。

蒸燃联合循环机组主汽阀、中压再热阀的加工研究

  主要难度在固溶处理之后的粗车,工艺要求如下:粗车外圆、端面、总长,每面留3mm余量,内孔车至Ф70。

  切削参数:

  单面余量>4mm时:f=0.1mm/r,ap<0.5mm,v=0.642m/s;

  0.5mm<单面余量<4mm时:f=0.1mm/r,ap<0.2mm,v=0.642m/s;

  单面余量<0.50mm时:f=0.1mm/r,ap<0.10mm,v=0.642m/s。

  由于材料很难加工,我们选择了铝高速钢钻头:Ф55接长钻2501-828,Ф70接长钻2501-789。

  结构如图3。

蒸燃联合循环机组主汽阀、中压再热阀的加工研究

  采用铝高速钢钻头加工比其它材料的钻头加工顺畅,保证了该产品顺利加工。

  外圆磨削加工参数:

  v砂轮=35m/s,ap=0.01~0.05mm,v工件=0.333~0.667m/s。

  主汽、调节阀杆的要求如图4。

蒸燃联合循环机组主汽阀、中压再热阀的加工研究

  工艺流程如图5。

蒸燃联合循环机组主汽阀、中压再热阀的加工研究

  严格控制该工件车削加工,包括严格控制车削参数、变形量等。粗车:按照P1H-AL-0900中4.1.1.3条检查,检查阀杆的偏心并作记录。以端面为基准,每英寸最大的偏心在0.10mmTIR以内。过度的偏心必须通过加工校正。精车:按照P1H-AL-0900中4.1.1.11条检查,阀杆最大的偏心每英尺不允许超过0.0508mmTIR。

  切削参数:

  单面余量>0.5mm时:f=0.1mm/r,ap<0.20mm,v=0.642m/s

  0.5mm>单面余量>0.2mm时:f=0.1mm/r,ap<0.10mm,v=0.642m/s

  单面余量<0.2mm时:f=0.1mm/r,ap<0.05mm,v=0.642m/s

  渗氮前磨削参数:

  v砂轮=35m/s,ap=0.01~0.05mm,v工件=0.333~0.667m/s。

  在每道工序之后,将工件保持垂直悬挂在存放架上。在工件的转运和在不同厂房之间运输时,采用了转运器具。这些手段可以有效地避免工件产生不必要的变形。

  经过试验加工,完全满足了图样的技术要求,证明该工艺方案是成功的。

5、经济效益

  采用了简单实用的设备和工具,加工出难加工高

  温合金材料GH901阀杆和套筒,保证了工件的精度要求。接长钻采用价格低廉的国产铝高速钢材料W6Mo5Cr4V2Al,车刀采用国产牌号YG8/YG813,既提高了切削效率又降低了成本,效益显著。为了提高套筒的镗孔效率,我们计划将来推广采用深孔镗铰工具模式,用浮动镗刀头加工内孔,加工效率可能进一步提高。