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電機[Jī]軸加工降低成本技術(Shù)攻關需要切削工藝▾關▾系

時(Shí)間:2016-11-03 11:47   作者:admin 點[Diǎn]擊: 次

可再生能源正在⋄全⋄面▽挑▽戰傳統能源的産出[Chū]方式,比如2016年光伏上網∇價∇[Jià]格和風電電▾價▾均已▲出▲台下調方案。雖然(Rán)趨勢如此,但國家(Jiā)能[Néng]源局近年來▾的▾統計數據表[Biǎo]明,發電量的七成仍源自[Zì]火電發電,包括水、風、∆核∆(Hé)電、太陽能等新能源并未對傳統能源形成強(Qiáng)勢沖擊。

可是,目前[Qián]國内電力市場已日趨飽和,在國▿家▿[Jiā]扶持新能源的政策下[Xià],火力發電等傳(Chuán)統發電形式“∇上∇大壓小(Xiǎo)”,采用大功率設[Shè]備已成[Chéng]為電▾力▾行業的共識。 

“大[Dà]”帶來的挑戰

作為我國(Guó)制(Zhì)造大型電力(Lì)設備的[De]◆主◆力▲廠▲商,上海電氣▲電▲(Diàn)站設備有限公司發電機廠(SEPC)隸屬于▽上▽海電氣集團股份有限公司電站集團,是與(Yǔ)德國西門[Mén]子公[Gōng]司合資的企業,主要從事火電、核電(Diàn)、燃機(Jī)領域的(De)大型發(Fā)◈電◈機成套産品的研發和制造。

從2004年開始,上海發電機廠(Chǎng)火○力○發電機組的生産、銷(Xiāo)售、以及訂單數量連續保持世界第一。近幾◇年◇公司1000MW等級水氫(Qīng)冷機組每年的訂單量基(Jī)本穩定在9000MW~13000MW範圍[Wéi]内,國内市場占有率約[Yuē]80%,600MW等級水氫冷機組[Zǔ]年訂單量本穩定在6000MW~9000MW,國内市場占有率約60%,産品遠銷多個國家。

我國現有的300MW、600MW、1000MW水氫∇冷∇[Lěng]汽[Qì]輪發電機效率、年運(Yùn)行小時(Shí)等參數均已達[Dá]到國際先進水平,近年國家規定▾國▾[Guó]内能生◇産◇的亞[Yà]臨∇界∇600MW及以下容量[Liàng]機組▿一▿[Yī]般不再進口,這加快[Kuài]了對我國電站建設制造業的發展。電站制造業是國家重要的[De]基礎工業之▿一▿[Yī],法國[Guó]、▽德▽國、日本、俄羅斯[Sī]、美國的大型核電站、火電站的(De)絕大部分機組都是本國制造(Zào)的。

⋄随⋄着“上大壓(Yā)小”政策的實施,SEPC目(Mù)前已經(Jīng)形成完善的空冷50MW~200MW◊等◊[Děng]級、雙水内水冷(Lěng)60MW~340MW等◊級◊(Jí)、水氫冷200~1000MW等級等系列産品[Pǐn],在超超臨界1000MW級火電、核電(Diàn)及燃氣輪發[Fā]電機等(Děng)重大[Dà]項目上實現了曆史性突破,目前正在研發國際上最大容量的1800MW級核電發電機、1200MW級火電(Diàn)發電機等産品[Pǐn],以形成◇新◇▲的▲發電機核◇心◇(Xīn)技術,不斷提高企業核心競[Jìng]争力。走進SEPC的[De]廠房,可看到:主[Zhǔ]◊廠◊房長312米,寬36米,高34米[Mǐ],吊重能力可達500噸,具備了可加工目[Mù]前世界[Jiè]∇上∇最大容量——1800MW四極核電(Diàn)發電機和(Hé)年産◇量◇3000萬千瓦的生産能力。

随着等級的提升,發電[Diàn]設備尺寸也随之加(Jiā)大,動辄上百[Bǎi]噸、幾▽十▽[Shí]米的大型[Xíng]設備給加工帶來(Lái)的不僅(Jǐn)僅⋄是⋄不便,加工難度也⋄随⋄之提升。

由于發電設備産品▿的▿特性,對設備的可▿靠▿性有着嚴格的要求。◇比◇如轉子是大型電力設備—發電機中的核心部件,其加工質量的好壞[Huài]影響了發電機的運行質量。且轉子○胚○件尺寸大,成本不[Bú]菲,供[Gòng]∆應∆有限,雖加工要求高(Gāo),但(Dàn)也必須加工零失誤率。

∆此∆(Cǐ)外發電設[Shè]備中其他一些典型(Xíng)關鍵零部(Bù)件如轉子(Zǐ)輪槽[Cáo]以及◊轉◊子嵌線(Xiàn)鸠尾槽等的切[Qiē]削加工,由于被加[Jiā]工材料屬于耐熱高◈強◈[Qiáng]度合金鋼、不鏽鋼等難◈加◈[Jiā]工材料,切削量大、切削負荷重,對數控刀(Dāo)具[Jù]的切削性能,諸(Zhū)如高溫紅硬性、彎曲剪切強度、抗磨損性、抗(Kàng)粘接性、摩擦▿系▿數等有◈很◈(Hěn)高(Gāo)的要求。

 

 

⋄發⋄電設◆備◆[Bèi]中⋄典⋄[Diǎn]型[Xíng]關鍵零部件如轉子輪槽以(Yǐ)及轉子嵌線鸠尾槽,屬▽于▽耐[Nài]熱高強度合金鋼、不鏽鋼等難加工材料,切(Qiē)削量大、切削負荷重,對(Duì)數控刀具的切⋄削⋄性能(Néng)有很高的要求(Qiú)

對1000MW及以(Yǐ)上[Shàng]的二級發電機轉◊子◊[Zǐ]來說,其本體嵌線槽由(Yóu)于槽深深[Shēn]度大(100mm以上),槽壁薄[Báo](15mm左右)如下[Xià]圖所示(Shì),剛性差,易引[Yǐn]起◆加◆工(Gōng)變形,加工困[Kùn]難。

 

對1000MW及以[Yǐ]上[Shàng]▽的▽▿二▿級發電機轉子來說,整體(Tǐ)靜态撓[Náo]度大,其本(Běn)體嵌線槽∆由∆于槽深深度(Dù)大,槽[Cáo]壁薄,剛性差,易引起[Qǐ]加工變形,加工[Gōng]困難

但難點正(Zhèng)是[Shì]關鍵點。控制和減少二極轉子嵌線(Xiàn)槽的切削變形,是[Shì]提高轉子運轉精(Jīng)度、保證▿發▿電機運行品質的[De]關鍵。一般來說嵌▽線▽槽在加工中發生變形(Xíng),嵌線槽[Cáo]槽口變形量可達到(Dào) 0.5mm。要減小變形,必須選擇合(Hé)适的切削◇力◇并減小降低殘餘應力。這(Zhè)不僅對工藝工程師和操作[Zuò]人員提出了高要求,其高精度複雜(Zá)型○面○的切削對數控刀▾具▾[Jù]本[Běn]身的精度也提出了◈更◈高的要求。

難點[Diǎn]重重

機加工是發電機組生産的重要環(Huán)節,發[Fā]電機轉○子○、定子[Zǐ]、機座等部件切削◆量◆很大,對機床和刀具要求都很高。汽輪⋄發⋄電機轉軸嵌線槽是采用專用可轉位◈轉◈[Zhuǎn]子槽盤銑刀,在數控轉子(Zǐ)槽銑床上加工[Gōng]而[ér]成。由◊于◊轉軸材質為高強◈度◈[Dù]合(Hé)金鋼,切削槽深、銑刀直徑[Jìng]大(Dà)、切削速快,對刀具綜[Zōng]合性(Xìng)能要求很高。

●以●(Yǐ)轉子加工為例,鍛造出的原材料工件首(Shǒu)先要經過車削,然◆後◆是銑削加工。銑削分粗銑和精銑,每(Měi)個工序分兩步又(Yòu)分兩步走[Zǒu]。“銑槽必須要分段(Duàn),因為牽扯到轉子的動平衡。”這▾是▾每個[Gè]工[Gōng]藝操作人員都所熟(Shú)稔的(De)。

轉子(Zǐ)本體外圓有一[Yī]圈軸向方向的(De)嵌線槽,業内也稱▽之▽[Zhī]為轉子縱(Zòng)樹型輪槽,有時每個轉子▾的▾嵌[Qiàn]線槽會多[Duō]達30多條。發(Fā)電機轉子[Zǐ]槽形整體(Tǐ)加○工○要求較高:整▿槽▿(Cáo)寬度公差[Chà]要∆求∆≤0.2mm、等分度要求≤0.02°、粗糙[Cāo]度要求≤Ra3.2,其次工藝要求的加工效率要高,需要兼顧機床加[Jiā]工性能及刀具切削性能。

 

 

 

 

要提(Tí)高産[Chǎn]品的性能一般有兩種▿途▿徑,一是加大資金投⋄資⋄▿購▿買設備,或者求[Qiú]助外協;還有一種辦法就是對刀具[Jù]切削工藝進行改進——這(Zhè)是最直接的(De)手段,如⋄果⋄刀具的切削效率能夠(Gòu)提高一倍,就相當于[Yú]增加了一台(Tái)機床,它帶來的效果立竿見影,事半功倍。SEPC的轉子槽加工▲工▲序∇中∇大[Dà]量◆使◆用了[Le]各種(Zhǒng)盤銑刀和鸠尾銑刀[Dāo],所用刀具以德國◊瓦◊爾特公司提供的可轉位盤銑刀(Dāo)和(Hé)可轉⋄位⋄[Wèi]鸠尾銑刀▲為▲[Wéi]▿主▿。

國内發(Fā)電機制造技[Jì]術發展經曆了⋄三⋄[Sān]個階段,制造工藝也從手工、機械、數[Shù]顯加工為主,逐步發展到數控智能(Néng)化加工,轉子嵌線槽[Cáo]内鸠尾槽[Cáo]的加工刀具從之◇前◇高速鋼材(Cái)質演(Yǎn)變到[Dào]可轉位刀片刀具。起初,SEPC和原來合作的刀(Dāo)具供應商也已将部分[Fèn]方案▿做▿[Zuò]成(Chéng)了硬質合金可(Kě)轉位刀片◇方◇[Fāng]案。但[Dàn]其中一款刀具從定方[Fāng]案[àn]到制造、試加工、修改方案,幾(Jǐ)次反複試加工◊總◊共花了近兩年(Nián)的時(Shí)間,最[Zuì]終仍然不符合技術要求,最(Zuì)主要的原因在于整體加工性●能●不好,工◆件◆[Jiàn]的表面質量無法保證。了[Le]解▾到▾相關發電行業的一(Yī)些成功案例[Lì]後,具有較豐富經驗的瓦爾特進入了[Le]SEPC的備選名∇單∇。

應用在300MW等級上▾的▾粗齒型粗銑盤銑▲刀▲是(Shì)瓦爾特和SEPC的首個合作成果。因為轉子槽粗加[Jiā]工◆加◆[Jiā]工餘量大,要求良好的排屑功能,此(Cǐ)外關鍵還不能出現拉鐵圈、磨痕。300MW的[De]嵌線槽槽寬38mm,粗銑[Xǐ]刀選用的(De)切寬是36mm,單邊留1個毫米左右精銑餘量。常規的加工(Gōng)工[Gōng]藝是:第一步盤銑刀粗銑後(Hòu)鸠尾槽粗[Cū]銑,接着盤(Pán)銑刀第二(èr)、三…刀粗銑,結束後◆再◆[Zài]進行盤銑刀◇精◇銑,一般都是整(Zhěng)槽[Cáo]形一▲刀▲[Dāo]到底,然後再進行◊鸠◊尾精銑。這[Zhè]其中所使用的粗[Cū]銑盤銑刀就是▾瓦▾(Wǎ)爾特牌号為WF341-6092000▿的▿盤銑刀,它采用卡口式刀座設計,極适合(Hé)用于電機[Jī]轉子[Zǐ]槽粗/精加工,刀體剛性極好,加工效[Xiào]率⋄高⋄,特别是在精加工時,表面無明顯刀痕,粗糙度非常好。

 

 

 

改(Gǎi)變看得見(Jiàn)

現在看起來∇一∇切都(Dōu)很順∇利∇,但實際上雙方在設計這款[Kuǎn]刀具時,也是一波三折。

由于轉子槽底比(Bǐ)較大(Dà),因此(Cǐ)刀具加工(Gōng)時受(Shòu)到的阻力比較大,▿刀▿(Dāo)盤的抗震性也會∆差∆一點。瓦爾特定制的[De]刀具最初被設計成(Chéng)波浪形,效果并不理想,前後實(Shí)驗了3次:第一次把刀座[Zuò]做了調整,第二次是●把●刀具運回到德(Dé)國改進,但還有小缺陷,第[Dì]三次[Cì]又重新訂做了一套(Tào)新的◊刀◊▽座▽[Zuò]。但是雙方都有着“不達目的不罷休的(De)勁頭”,數次在加(Jiā)工現場商讨[Tǎo]試驗(Yàn),最終提供出幾近○完○[Wán]美的解決方案。現在瓦爾特刀(Dāo)具[Jù]在SEPC的應(Yīng)用已經越來▲越▲多,隻要有新◆的◆産品設計都會在第一時間看到瓦爾特資深技術人員的參與。

同時,降本增效∆也∆是SEPC選[Xuǎn]擇刀具的重要條[Tiáo]件。比如(Rú)600MW鸠尾槽由[Yóu]高速鋼刀(Dāo)具更換為瓦爾特的刀具後粗糙度由原[Yuán]先的Ra6.3提[Tí]高至不大于Ra3.2,◇加◇工效率由原先使用高速鋼刀具加工每個槽[Cáo]需90分鐘,提高到使[Shǐ]◇用◇硬(Yìng)質合金刀具後隻需30分鐘。雖然刀片[Piàn]消耗成本(Běn)略高▾于▾高速鋼刀具方案[àn],但由于加工工時減[Jiǎn]少,且加工進給(Gěi)量由[Yóu]于(Yú)比原先[Xiān]提(Tí)高不少:可以(Yǐ)從原來的不∆足∆[Zú]100mm/min提高到240~280mm/min,綜合計算下來,實際▲加▲工成本◇的◇降低依然可(Kě)觀。

目前[Qián],1000MW水氫冷、600MW水氫冷[Lěng]III型、300MW水氫冷是SEPC訂單最[Zuì]多(Duō)的拳頭産品,年産台份[Fèn]數在(Zài)25~35台,每年總的産品制造容量穩定在2000~3000萬千瓦(3000∆萬∆千瓦機組(Zǔ)一年發電量可達2400億(Yì)度)。此外水(Shuǐ)冷機組也(Yě)是SEPC另一◇項◇引(Yǐn)以為傲的自主開發産品,至(Zhì)今已累積制造的水◇冷◇機組台(Tái)份◈數◈超◇過◇650台。目(Mù)前,SEPC也已經在研發(Fā)世界660MW最大水冷發電⋄機⋄(Jī)組及1200MW等級世界最大二極發(Fā)電機機組。

随着中國裝備制(Zhì)造業的發展,未來▾生▾産企業對機床和刀具的[De]要求也越來越高。金屬切削機床▽和▽(Hé)刀具作為切削(Xuē)加(Jiā)工的基礎工藝裝備,◆被◆稱為 “孿生兄弟”,機床依靠優良的“牙齒”才能發(Fā)揮最佳作用。可[Kě]以說刀具性能和質[Zhì]量直接影響到整▿體▿(Tǐ)生産效率的高低、加工質量的好∆壞∆,以及[Jí]生産技術[Shù]水平和經(Jīng)濟效益,所[Suǒ]以國外企業才有[Yǒu]“企業的紅利在刀刃上”◆的◆說法。SEPC正[Zhèng]緻力于此。

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