Чистовая механическая обработка поверхности горизонтального разъема корпусных деталей цилиндров высокого и среднего давления паровых турбин при их изготовлении на производстве

Паровая турбина (photo by Wistula / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) / commons.wikimedia.org)Чистовая обработка поверхности горизонтального разъема корпусных деталей цилиндров среднего и высокого давления паровых турбин осуществляется строганием или фрезерованием. Строгание проводится на продольно-строгальных станках. Для ускорения процесса строгание под последний проход выполняют проходными резцами, закрепленными в двух суппортах. Это позволяет вести одновременное строгание поверхностей с обеих сторон фланца. Точное совмещение вершин резца в одной параллельной поверхности стола плоскости достигают установкой по шаблону. Последние проходы осуществляют одним резцом с широкой режущей кромкой с соблюдением следующего режима обработки. Первый проход: t = 0,1 мм; s = 6 мм/двойной ход; второй проход: t = 0,05÷0,07 мм; s = 3÷3,5 мм/двойной ход.

Внутренние цилиндры паровых турбин, у которых поверхность горизонтального разъема перпендикулярна к поверхности вертикального разъема, могут быть обработаны строганием в одной операции за два установа. Вначале обрабатывается поверхность горизонтального разъема, а вслед за этим, после установки детали обработанной поверхностью на стол станка, строгается поверхность вертикального разъема. Так как процесс строгания поверхностей разъема резцами с широкой режущей кромкой все же не обеспечивает заданной чертежом неплоскостности и шероховатости, то на последующих стадиях обработки указанные поверхности отделываются шабрением.

Требуемая неплоскостность и шероховатость поверхностей горизонтального разъема может быть получена торцовым фрезерованием многолезвийными твердосплавными фрезами и последующим финишным проходом шабрящей фрезой. Шабрящее фрезерование осуществляется двумя способами: фрезой с одним жестко закрепленным резцом и ротационным фрезерованием ротационной фрезой.

Первый способ осуществляется при обработке корпусных деталей цилиндров турбин, горизонтальная поверхность разъема которых имеет относительно небольшую площадь, не превышающую 1,0—1,5 м2. Геометрия режущей части резца характеризуется широкой режущей кромкой, биение которой при вращении фрезы превышать не должно 0,01 мм. Режимы обработки определяются малой, не более 0,08—0,1 глубиной резания, а также подачей 0,5—0,8 мм/об. Шероховатость поверхности достигается не грубее Ra = 1,25÷0,63 мкм, а неплоскостность — не больше 0,01 мм на 1 м длины.

Процесс резания жестко закрепленным инструментом характеризуется скольжением одного и того же участка режущей кромки в контактной зоне. Ротационное же резание, осуществляемое поворачивающимся круглой чашечной формы резцом, характеризуется процессом качения, сопровождаемым проскальзыванием. Вследствие этого при резании происходит непрерывное обновление контактных поверхностей инструмента и обрабатываемой детали, непрерывным обновлением режущего лезвия. В связи с систематическим периодическим выводом участвовавшей в резании части режущей кромки из зоны резания повышается теплоотвод, снижающий общую тепловую напряженность процесса, что благотворно влияет на стойкость.

Однорезцовая фреза для торцового ротационного фрезерования

Рис. 1.25. Однорезцовая фреза для торцового ротационного фрезерования.

На рис. 1.25 приведена конструкция однорезцовой фрезы для торцового ротационного фрезерования поверхностей горизонтального разъема, используемая в течение длительного времени при обработке корпусных деталей. Фреза состоит из массивного корпуса диаметром 800 мм с диаметрально размещенными в нем резцовым блоком и противовесом. Отдельно резцовый блок изображен на рис. 1.26. Основные геометрические параметры поворачивающего резца блока при торцовом фрезеровании приведены на рис. 1.27.

Резцовый блок

Рис. 1.26. Резцовый блок.

Фрезерование осуществляется по схеме, при которой коническая часть чашечной формы резца является передней, а торцовая — задней поверхностями. Угол β (рис. 1.27, а) установки инструмента определяет наклон оси чашки относительно нормали к плоскости движения в направлении вектора скорости v главного движения. Еще один угол установки чашечного резца со (рис. 1.27, б), обеспечивающий самовращение, образуется путем наклона проходящей через ось чашечного резца диаметральной секущей плоскости вокруг оси O1O2 (рис. 1.27, а) в направлении, противоположном направлению вектора подачи. Его изменение при настройке осуществляется поворотом втулки 6 (рис. 1.26) с закрепленным в ней корпусом 5 резцового блока влево или вправо в полости корпуса фрезы.

Геометрические параметры чашечного резца фрезы для ротационного торцового фрезерования

Рис. 1.27. Геометрические параметры чашечного резца фрезы для ротационного торцового фрезерования.

Ниже в качестве примера даны значения параметров ротационной фрезы для конкретного случая обработки поверхностей разъема корпусных деталей, изготовленных из сталей марок 20ХМ, 20ХМФ, 20ХМЛ, 30Л. Угол β = 20° является постоянным для данной конструкции, угол ω определяют опытным путем и чаще всего, принимают равным 42°.

Геометрические элементы режущей части резца (рис. 1.27, в), рассматриваемого как отдельное тело, формируемые при заточке, имеют следующие значения.

Диаметр чашки d: 25—28 мм;
Угол заточки по передней поверхности γЗ: 20—25°;
Угол заточки фаски передней поверхности γФ: (-5) — (-10)°;
Угол заточки задней поверхности αЗ: 5—8°;
Ширина фаски f: 0,2 мм;
Материал резцов: ВК8, ВК6М, ВК60М;

При рассмотренных условиях установлены следующие режимы резания: глубина резания t > 0,3 мм, скорость резания v = 370 м/мин, подача s = 37,5 мм/мин.

Использование ротационной фрезы обеспечивает устойчивое получение шероховатости поверхности разъема в пределах Ra = 1,25÷0,63 мкм, а неплоскостность — не выше 0,03 мм на всей длине, т. е. позволяет значительно сократить трудоемкий процесс ручного шабрения.

Оба рассмотренных способа фрезерования кроме продольнофрезерного станка могут быть выполнены и на специализированном портальном расточном станке модели ЛР-190. На этом же станке в одной операции с фрезерованием возможна обработка не только отверстий под скрепляющие шпильки, но и обработка некоторых других поверхностей детали.

Станок модели ЛР-190 (рис. 1.28, а) представляет собой конструкцию с подвижным столом 1. На стойках портала помещены две отдельно стоящие бабки 4 и 11 с горизонтально расположенными шпинделями 3 и 10, предназначенными для фрезерования поверхностей, размещенных под углом к поверхности стола. Две другие бабки 5 и 7 установлены на перемещающейся в вертикальном направлении траверсе 6. Каждая из бабок траверсы снабжена фрезерным 9 и расточным (на рисунке не показан) вертикально ориентированными шпинделями, а также съемной планшайбой с суппортом радиального перемещения. На столе станка установлено приспособление, составленное из четырех крупных однотипных блоков 12. Станок показан настроенным на обработку корпусной детали цилиндра высокого давления паровой турбины.

Блок приспособления (рис. 1.28, б) представляет собой оригинальную конструкцию, обеспечивающую установку детали по заданным базам в автоматическом режиме. Основу его составляет стойка 1, на которой установлены домкрат 2, установленный в пиноль 8 рискоуказатель 7 с размещенным на его нижнем конце упором 4, выключатель 5, прижим 0 и кнопочная станция 6. В домкрате размещены шток 12 с самоустанавливающимся наконечником 10, пневмодвигатель 3, червяк 13. С червяком сцеплено червячное колесо 14, резьба в ступице которого свинчена с резьбовой частью штока 12. Последний мостиком 11 жестко связан с пинолью 8.

Специализированный портальный расточный станок модели ЛР-190: а — общий вид; б — блок приспособления.

Рис. 1.28. Специализированный портальный расточный станок модели ЛР-190: а — общий вид; б — блок приспособления.

Установка, выверка положения и закрепление детали на составленном из четырех блоков приспособлении осуществляется следующим образом. На домкраты 2, как это показано на рис. 1.28, а, устанавливается деталь. Лезвие рискоуказателя 7 (рис. 1.28, б) каждого из блоков совмещается либо с разметочной риской, либо с предварительно обработанной поверхностью горизонтального разъема. Вследствие наклона баз детали к поверхности стола станка упоры, связанные с рискоуказателем, расположатся на различных расстояниях от совмещенных в одной параллельной с поверхностью стола плоскости конечных выключателей. Нажимом на кнопку станции включают посредством реле и золотника (на рисунке не показаны) пневмодвигатель, который, вращая червячную пару, поднимает шток 12 совместно с деталью и рискоуказателем. Упор каждого из блоков независимо друг от друга, дойдя до плоскости срабатывания конечных выключателей, выключает пневмодвигатель. Расстояния от торцов упоров до лезвий рискоуказателя одинаковы, так же как и расстояния от плоскости срабатывания конечных выключателей до поверхности стола. Следовательно, будут равны между собой и расстояния от совмещенных с базой детали лезвий рискоуказателей до поверхности стола. Выполнение этого условия для всех четырех блоков указывает на то, что в автоматическом режиме деталь установлена в заданное положение относительно имеющейся поверхности стола станка. После произведения установки детали в заданное положение закрепление осуществляется вращением пневмодвигателем гайки винтовой пары прижима.

Инструментальная наладка станка модели ЛР-190 на обработку нижней корпусной детали цилиндров высокого и среднего давления паровых турбин показана на рис. 1.29. Для упрощения в наладке показаны только наиболее характерные инструменты.

Инструментальная наладка специализированного портального расточного станка модели ЛР-190

Рис. 1.29. Инструментальная наладка специализированного портального расточного станка модели ЛР-190.

Обработка поверхности горизонтального разъема выполняется за два перехода: переход I — получистовое фрезерование многозубой фрезой, переход II — ротационное фрезерование фрезой с вращающимся резцом. Основной металл при обработке отверстий выбирается при черновой обработке в переходах III и IV. В инструментальную наладку чистовой обработки включены: переход V — растачивание суппортом радиального перемещения, переход VI — нарезка резьбы резцом и прорезка метчиком и переход VII — раскатка. Отдельно на рисунке показана также наладка инструментов для выполнения гладких сквозных отверстий во фланцах верхних корпусных деталей. Следует отметить, что подрезание плоских торцовых поверхностей под колпачковые гайки резцом с подачей его суппортом радиального перемещения гарантирует соблюдение плоской формы. В связи с тем, что выполняется этот переход с одной установки с чистовой обработкой поверхности горизонтального разъема, то обеспечивается также и параллельность двух плоских поверхностей. С учетом того, что в процессе обработки нижней корпусной детали обеспечивается перпендикулярность оси резьбовых отверстий относительно поверхности горизонтального разъема, то вероятность пропаривания при испытании цилиндров и работе турбин почти исключается.

Для окончательной чистовой обработки резьбовых поверхностей применяются раскатки как с регулируемыми по диаметральному размеру роликами, так и с установленными постоянно на один размер диаметральный роликами. На рисунке 1.30 есть раскатка без регулирования местоположения роликов. Каждый из роликов имеет ряд кольцевых параллельных и отстоящих на шаг друг от друга выступов с размерами и формой, соответствующими профилю раскатываемой резьбы. Выступы наклонены к оси раскатки под углом, соответствующим углу наклона винтовой линии. Вершина и все элементы кольцевых выступов ролика (Вид А) смещены на 1/3 шага t по отношению к таким же элементам второго ролика (Вид Б) и на 2/3 по отношению к третьему ролику (Вид В).

Раскатка для обработки крупных резьб без регулирования положения роликов: 1 — корпус; 2 — стяжной винт; 3 — распорная втулка; 4 — ось; 5 — накатной ролик; 6 — щека.

Рис. 1.30. Раскатка для обработки крупных резьб без регулирования положения роликов: 1 — корпус; 2 — стяжной винт; 3 — распорная втулка; 4 — ось; 5 — накатной ролик; 6 — щека.

Процесс раскатывания обеспечивает получение 2-го класса точности резьб, шероховатость уменьшает (с доведением ее до Ra = 1,25÷0,63 мкм) и упрочняет поверхностный слой, что все вместе положительно сказывается на качестве соединений.

Проверка неплоскостности разъемов производится несколькими способами. По одному из них на проверяемую поверхность накладывается проверочная линейка, на которую наносится тонкий слой краски. По оставленным на проверяемой поверхности следам краски и определяют качество отделки поверхности.

Современным способом проверки неплоскостности поверхности горизонтального разъема является контроль оптическими приборами.

Закладка Постоянная ссылка.