大型给水泵中开式内壳体的加工技术.doc

大型给水泵中开式内壳体的加工技术内壳体是大型给水泵的主要件和关键件，装夹/定位，内部各级流道型线对正，立式车削加工是制造工艺的技术难点。本文介绍了内壳体的工艺方案及关键技术创新点，解决加工难题，保证了大型给水泵机组国产化的开发和研制大型给水泵是一种高温高压泵，它最大出口压力为51.7MPa，最大工况点183.3，最大联接螺纹为M133x3，最大外径为1240mm。在结构上采用抽头在吸入盖上，水力密封或机械密封均在吸入盖、吐出盖内孔部位，这样结构更加紧凑。是近几年来，大型火电机组国产化重要的设备之一。而做为该泵核心零部件的中开式内壳体的加工，是决定该泵能否国产化的关键。因此我们开发研究该件的加工工艺。内壳体结构及作用大型给水泵属于双壳体、多级离心泵结构。内壳体属于泵的第二层壳体，位于泵的转子工作部与外部定子壳体之间，属于定子件。但由于结构特殊，却跟转子一起成套，不可分割，与转子工作部一起成为泵的芯包部件。内壳体分上体/下体两部分，中开式、基本对称结构。毛坯是铸造成形，是常规双壳体泵第二层壳体与导叶两件的统一体，起到把各级叶轮压出的介质收集并转送到下一级叶轮入口（或者是泵出口）的作用。内壳体加工难点分析内壳体结构复杂，设计要求精度高，它的设计/制造，一直以来都是世界同行业的前沿技术。要实现它的制造国产化，从加工工艺角度来讲，主要突出以下几方面的技术难点：外形无法装夹的状态下，如何实现加工中开面时装夹/定位；上/下体分半粗加工后，怎样保证合装精加工时，内部型线对正；为保证内/外部各定位止口同轴度和提高生产率，能否实现内壳体立式车削加工代替卧式镗削加工；以及立式车削加工时，零件怎样避免出现大小半的关键技术点。工艺方案设计针对以上加工技术难点，认真分析零件结构特点，并结合现场实际加工能力，设计如下工艺实施方案，并在产品制造过程中，成功的进行了方案的验证。3.1.加工中开面时装夹/定位的工艺方案设计：内壳体粗/精加工中开面时，需在镗铣加工中心上进行铣削加工。但内壳体的外形为不规则的圆形曲面，无法实现中开面背向机床工作台的装夹方式。为了实现内壳体的装夹/定位，在毛坯铸造时，增加工艺辅助基准（以后简称为泵膀）。中开面加工时，用泵膀来实现装夹/定位，并在精加工时去除。泵膀在内壳体加工制造过程中的使用方法和作用如下：3.1.1.在内壳体每次实施加工前，先加工泵膀，再利用泵膀配合专用装夹工装，来实现中开面粗/精加工的装夹定位。3.1.2.4个泵膀上各钻一个光孔，来做为上/下体中开面法兰上孔没钻出时，合装粗加工把合用。3.1.3.在对角2个泵膀上，分别设计一个定位销，上/下体合装进行中开面法兰上把合孔钻削时，保证配对孔的位置精度。3.2.上/下体合装精加工时，内部形线对正工艺措施；内壳体加工过程中，内部形线对正与否，直接影响到泵的效率和性能，是至关重要的。而且，铸件在铸造过程中，由于其特殊的流道型线结构，导致铸造成型后的内壳体，内部流道出现轴向位置的偏移量很大。为了保证精加部位与非加工涡室/流道型线相对的余量均匀，工艺方案创新使用了以下的工艺措施，确保上/下体合装后内部型线的对正：3.2.1.立式划线：上/下体共同并列立式放置，进行设计基准面及内部各涡室/流道中心线的划线。3.2.2.上/下体分半加工基准统一：均以设计基准面为加工基准，分别进行内部各流道/涡室在中开面上型线的加工，然后钳工进行流道/涡室加工与非加工部位的过渡修磨。3.2.3.上/下体合装中开面把合螺栓孔的配制：先加工上体中开面上把合孔。然后，上/下体设计基准对正，4个泵膀上螺栓把合，并在对角线位置的2个泵膀上销定位，最后，配制下体把合孔。3.3.内壳体立式车削代替卧式镗削加工的工艺方案创新：以往中开式结构零件的加工，多为卧式镗削加工。但内壳体由于其内/外部定位尺寸多，又属于细长结构，外型尺寸为D6500/D230x1260，各关键尺寸表面粗糙度要求Ra1.6。卧式镗削加工时出现以下不可接受的问题：3.3.1.由于镗杆发颤及设备精度问题，达不到设计要求，尤其是表面粗糙度无法保证；3.3.2.由于设备的精度原因，内部定位尺寸出现微量错牙，影响配合精度；3.3.3.内部定位尺寸多，镗杆加工对刀次数多，且外圆还需立车加工，加工中生产周期长；而用数控立式车削加工内壳体，有以下的优点：3.3.3.1.由于设备精度高，上/下体合装一起加工内孔、外圆、内部密封槽，容易保证各定位尺寸的尺寸公差、表面粗糙度以及同轴度、垂直度等形位公差的要求；3.3.3.2.车削加工比镗削加工效率高，可以缩短生产周期，解决了公司长期以来内壳体生产周期长的困扰，从而使产品在同行业市场上占有更高的竟争力。鉴于以上两种加工方法的优势对比，由镗削加工改为数控立车加工势在必行。如何实现立式车削加工，针对现有设备的加工能力和内壳体的结构特点，采取了如下工艺手段：3.3.4.专用加长刀杆制作：由于设备滑枕不能通过内孔，设计制作150mm，长700的专用刀杆，并在刀杆上增加了内冷系统，使之在加工260内孔及内孔处宽9H7密封槽时，刀杆在接近刀尖处喷出雾状冷却液，以提高刀具的使用寿命，保证260H7内孔及9H7密封槽的加工。3.3.5.设计科学合理的工艺基准，来避免合装加工出现大小半现象：工艺基准一：精加工中开面时，在零件的设计基准面（吐出端端面）加工工艺基准，做为零件立式车削时，平面找正基准。工艺基准二：精加工中开面时，在靠近吐出端两侧泵膀的侧面，加工工艺基准，来做为零件立式车削时，中心找正基准。工艺基准三：上/下体在靠近吐出/吸入两端的外型上方，加工工艺基准，来做为零件立式车削时，中心找正的校验基准。3.3.6.立式车削时，装夹找正工艺方法：3.3.6.1.吸入端端面三点支承，高爪卡吸入端外形，利用工艺基准一找平，保证内壳体回转中心线与工作台垂直；3.3.6.2.利用工艺基准二和工艺基准三，形成圆周方向四点找圆基准，来保证内壳体的轴线与工作台回转中心重合；3.3.6.3.工艺基准三的上、下基准面，理论上形成一个垂直于工作台的大平面，用来校验内壳体的轴线与工作台的垂直；通过对此大型给水泵中开式内壳体各项关键加工制造技术的研究，使其加工制造得以实现，从而使大型给水泵的国产化成为可能，填补了公司乃至国家这一领域的空白。不仅将国内泵行业科技发展向前推进一步，而且将参与国际市场的竞争，以质量可靠，价格低廉的优势赢得市场。第 5 页 共 5 页