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高束能镜面设备在汽轮机转子轴中的应用

来源:高束能镜面设备在汽轮机转子轴中的应用作者:李经理网址:http://www.waiyuanmocuang.com
文章附图

1 引言

转子是工业汽轮机中的核心部件,工作环境恶劣,旋转速度高、应力集中部位多。一旦出现裂纹,既不能用改变允许方式来阻止裂纹的继续扩展又不易修复,还容易造成转子转动的不平衡。转子的机械性能由材料决定,通过选择材料并采用相应的热处理工艺可得到不同的机械性能以满足设计要求。而转子的表面性能(形位公差、几何精度、表面粗糙度等)由机械加工来实现。表面精度低会影响安装精度,同时在使用过程中易出现磨损、剥蚀、融合粘结、表面材料转移或因加工应力造成的疲劳断裂源,从而使零件的使用寿命缩短。尤其是两端的轴颈部位,承受着整根转子的重量和连续的摩擦力,因此轴颈的加工是整台转子加工的重中之重。轴颈加工的质量直接影响到汽轮机组运行振动性能。按API612标准要求,转子轴颈加工的表面粗糙度应≤Ra0.4,圆柱度和电跳量应≤0.006mm

2 传统的轴颈表面加工方法

传统的轴颈表面加工方法有三种:一是轴颈精车后留磨的余量,上外圆磨床进行磨削;二是轴颈精车后,在车床上用砂带进行手工抛光。这两种方法只能使表面粗糙度达到Ra0.4~0.8之间,其表面质量不够理想。且手工研抛劳动强度大、安全性差,而磨削的方法受到外圆磨床规格配置的局限性,不可能所有大小的转子都能进行磨削。第三种方法是:轴颈精车后进行表面滚压。在车床上使用高硬度的光滑滚轮,对轴颈表面进行旋转挤压,使金属表面局部产生微小的弹性变形,滚压加工的轴颈表面粗糙度可达到Ra0.4以下,而且在加工硬化提高其耐磨性的同时疲劳强度大大提高。其缺点是,不可重复多次滚压,操作不慎会使表面硬化起皮、起皱,甚至剥落,且刚性的硬挤压会对精密机床的精度带来非常不利的影响。

3 高束能表面加工技术的原理及特点

高束能金属表面加工的工作原理是利用金属在常温状态下的冷塑性特点,运用高束能对金属零件的表面进行无研磨剂的研磨、强化和微小的变形处理,使零件表面达到更理想的表面粗糙度要求。同时在零件表面产生压应力,提高零件表面的显微硬度、耐磨性、疲劳强度和疲劳寿命。

高束能金属表面加工工具有以下特点:1)能量聚焦性好,密度大,能大幅度提高材料塑性;2)工作频带宽,可靠性好,适合不同生产工艺;3)靠能量而不是靠压力对工件进行加工,可以加工HRC65的所有材料;4)超声波直接深入到材料内部,反复加工业不会产生表层剥落;5)对工件的圆度有一定的修正;6)可以实现对细长件和薄壁件的加工;7)可以消除残余拉应力并预置压应力,强化工件表面,提高其尺寸稳定性;8)基本属于无切削加工,润滑油可反复使用,无废弃物排放,能耗低,符合绿色加工和可持续发展的要求。

高束能金属表面加工技术一次走刀就能将工件的表面粗糙度要求提高3级以上,使工件的使用性能--抗疲劳强度、耐磨性和耐腐蚀性都能得到显著改善。同时,工件的表层金属产生细微塑性残余变形,从而达到改善表面性能、形状和尺寸的目的。由于极微塑性变形的结果,不但工件表层的形状改变,而且表面层的金属结构和性能也发生变化,晶粒变细,并沿着变形最大的方向延伸呈纤维状,工件表面层内形成有利的残余应力分布。使工件加工后表层得到强化,强度极限和屈服极限增大,加工后的工件表面显微硬度提高20%以上,适合所有金属材料的加工。其效率大大高于磨削加工,且工艺操作简单。

4 高束能表面加工技术的应用实例

汽轮机转子轴颈由于其位置的重要性,加工要求高,因此一直以来存在加工效率低、加工周期长等问题。原加工工艺为:粗车→精车→滚压,加工后表面粗糙度为Ra0.8。但加工后表面会产生硬化现象,而且不能多次滚压,对机床也有一定的损伤。高束能表面加工设备使用后,能够大大提高转子轴颈档的表面质量,取得了显著的效果。

1.1 加工前准备

  机床主轴跳动小于0.01mm,尾座顶尖的跳动<0.01mm;机床纵向走刀稳定,横向进给时系统的间隙<0.01mm;转子前、后轴颈已留余量精车,表面粗糙度Ra3.2;转子材质和机械性能均匀一致,无竹节纹、毛刺;转子轴颈材料硬度HB250(材料牌号为:28CRMoNiV)。

1.2 加工过程

  高束能刀具总成部分装夹在机床的刀架上;输入单相电压220±10%,频率50Hz,打开控制箱,逐渐靠近轴颈,当听到高束能刀具前端滚珠电波打击金属的声音时停止;打开润滑油系统;开启机床主轴,线速度75m/min,走刀量0.3mm/r;在轴颈处光整处理。

1.3 加工后效果

1)加工后前、后轴颈粗糙度值Ra0.2μm,表面显微硬度提高20%以上;

2)加工后前、后轴颈径向跳动量变小,外圆尺寸基本不变,当材料和加工参数一定时该变化量为定值。

3)在已经光整过的表面,还可重复进行高束能光整处理,表面硬度基本不变,因此可以修复轴颈被拉毛的转子;

4)轴颈表层无裂纹和剥落现象,避免出现硬化疲劳的缺陷。

5   结语

  目前公司已推广使用高束能表面加工技术进行轴颈的光整处理,大幅降低了轴颈的表面粗糙度,同时提高了轴颈表面的显微硬度,能满足设计要求。而且高束能加工技术对机床损害小,不影响机床的性能,操作简单方便。




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