蒸燃联合循环机组主汽阀-中压再热阀的加工研究

    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

    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。

图1

    工艺流程如图2。

图2

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    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。

图3

    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。

图4

    工艺流程如图5。

图5

    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。