摘要：汽轮机高中压部分是汽轮机最为关键的部套，其中分面联接螺栓在汽轮机工作时承受着高温和高压荷载，在安装时要对联接螺栓使用液压扳手预紧，为保证足够的预紧力，高中压螺栓一般都采用加热后拉伸预紧工艺。为加热螺栓，在螺栓制造过程中必须在螺栓中间加工出一个准29mm，深1550mm的内孔作为放置加热杆使用。基于此，本文主要对汽轮机高压缸中分面联接螺栓内孔加工进行分析探讨。
关键词：汽轮机；高压缸；分面联接螺栓；内孔加工
1、前言
螺栓内孔有着严格的加工要求，表面粗糙度Ra3.2，孔偏心公差不超过0.3m，材料型号为422（1Cr10NiMoW2VNbN-5），硬度275~310HB，属于细长孔加工，细长孔加工是加工工序中难度较大的内容。通过加工试验，改进刀具及加工工艺，在不改变设备的情况下，很好解决了汽轮机高压缸中分面联接螺栓内孔难加工问题。
2、加工试验研究
试验采用BTA内排屑深孔钻，用于加工准6～准60mm、长径比L/D大于100、精度H7～H9级、表面粗糙度Ra3.2的深孔，生产效率是外排屑的3倍以上。
1）钻孔注意事项：工件端面应与工件轴心线垂直，以保证端面密封可靠；正式加工前在工件孔位上预钻一个浅孔，引钻时可起到导向定心作用；为保证刀具加工寿命，最好采用自动进给走刀；进液器、活动中心支承中的各导向套如有磨损，应及时更换，以免影响钻孔精度。
2）深孔加工操作要点：主轴和刀具导向套、刀杆支承套、工件支承套等中心线的同轴度应符合要求；切削液系统应保证正常；工件的加工端面上不应有中心孔；切屑形状应保持正常，避免生成直带状切屑；采用较高速度加工通孔，当钻头即将钻通时，应降速或停机以防损坏钻头。
3）深孔加工切削液：深孔加工过程中会产生大量切削热并不易排出，需要供给充足的切削液润滑冷却刀具。一般选用1:100乳化液或极压乳化液；最好选用极压乳化液或高浓度极压乳化液，可获得较高加工精度和表面质量，切削油的运动黏度通常选用（40℃）10～20cm2/s，切削液流速为15～18m/s；如果排油不畅，可适当选用黏度低的切削油；对于此类精度高的深孔加工，可选用切削油配比为40%的极压硫化油+40%煤油+20%氯化石蜡。
4）本次试刀一共试了3种规格的刀片。
a.C5材质、TICN涂层、HI槽型（080918-504）4PCS。由于该设备较老，为保证安全，按照原先的转速和进给速度，按照原来的参数加工的Vc=47m/min，f=0.08mm/min。结果是铁屑较长，易堵塞内排屑管道，且加工了2～3个零件后刀片切削刃靠外侧倒角处的磨损特别严重，寿命不长，性价比不好。针对出现的铁屑较长易堵塞的问题，经过排查后，决定把排屑管后部原来的的直角弯管改为圆弧弯管，应用后发现效果很好几乎不再堵塞。
b.C2材质、TiCN涂层、HI槽型（090417-531）4PCS。Vc=47m/min，f=0.08mm/min。同样的涂层和槽型，同样的参数，但加工后发现寿命比C5高很多，6个新刀片刚做时铁屑较长几乎整根不断，每做一根铁屑就越短，做到最后第6根时断屑形状为C型，刀片切削刃磨损较均匀且轻微，可再做，但考虑到工件的安全性未在加工。
c.C2材质、TiAlN涂层、标准T-A（1C22A-29）2PCS。Vc=47m/min，f=0.08mm/min。加工完8个工件后发现铁屑从第1个到第8个几乎没有什么改变，切削刃磨损较090417-531小，均匀，前刀面上磨损也比090417-531小，分析估计连续加工时间长油温也较高，TiAlN涂层比TiCN涂层更耐磨，性价比较高，且换刀简单。
3、改进前后的加工参数对比总结
1）工艺改进前加工参数，加工效果及刀具损耗。刀柄：两根长1700mm钻杆。刀片为单刃镶硬质合金钻头。材质为硬质合金，国产。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆冷却方式为油冷（高压）。切削速度VC=47.4m/min。进给速度f=0.09mm/r。切削长度为1550mm。转速为521r/min。刀具寿命为1～2/pcs。表面粗糙度很少能达到Ra3.2。
2）工艺改进后加工参数，加工效果及刀具损耗。刀柄：080806-47，080806-48，080807-3，非标BTA的钻杆。刀片：a.C5材质，TiCN涂层，HI槽型（080918-504）；b.C2TiCNHI（090417-531）；c.C2TiAlNT-A（1C22A-29）。材质为C5，C2。冷却方式为油冷（高压）。切削速度VC=47.4m/min。进给速度f=0.09mm/r。切削长度为1550mm。转速为521r/min。刀具寿命为6～8/pcs。表面粗糙度Ra3.2较好。通过对比，显而易见，工艺及加工刀具改进后刀片损耗降低很多，同时孔的表面质量有所提高。
4、螺栓伸长量的实际测量方法
4.1基本原理
图1所示为典型结构的螺栓伸长量测量仪。
图1 螺栓伸长量测量仪
该工具由百分表1、套筒2、压缩弹簧3、圆柱销4、测量杆5、导向座6、定位套筒7、隔热管8和接长管9构成。利用汽缸中分面螺栓具有中心通孔的特点，用螺栓内孔及螺栓端面定位件;用压缩弹簧2通过测量杆与百分表1联动，达到测量目的;为降低测量杆5的加工难度，将该件加工成阶梯轴;通过隔热管8把因加热产生的热量隔绝，以免对测量结果产生影响;通过更换隔热管8和接长管9来测量不同规格的螺栓，并将件9采用空心结构以减轻重量;将测量杆5分体(件9)，并采用螺纹联接以降低加工难度;测量触头采用圆球面线接触，提高接触的均匀性;将带有测量头的接长管9和定位套筒7按不同规格的螺栓和螺母做成相应的规格，以实现通用性。
4.2测量步骤
(1)首先根据技术要求在常温状态下用力矩扳手紧固中分面螺栓罩螺母，按上述1(3)的方法加热螺栓。并按上述1(5)的方法拧紧罩螺母。
(2)将伸长量测量仪装配后置入空心螺栓并按图1固定各件，并将百分表1置于≥0.78mm位置并记录百分表示数为Δ1。
(3)取出螺栓伸长量测量仪，并在螺栓冷却过程中，不断用伸长量测量仪测量伸长量并读取百分表示数Δ2(多次测量的目的在于，尽量避免把螺栓的热量传递给伸长量测量仪的测量杆5，使之产生热膨胀)，当百分表1的示数达到Δ1-Δ2=Δl=0.4mm时，用力矩扳手紧固罩螺母，装配完成。
伸长量的理论算法通常用于校核螺栓伸长量的工程值 ，以确保批量装配螺栓的应用伸长量小于该值 ;测量仪的使用使装配中的螺栓形成批量测量的目的 ， 大大提高了生产效率 ;同时伸长量可直接通过已有的机械设计方法由预紧力的大小要求折算出来 ， 为同种规格及相同技术参数的螺栓装配提供参数数据 ;通过设计测量仪不同规格的连接件 ， 实现测量仪的通用性和简便性 ;在保证预紧力和伸缩量的要求时 ，根据材料弹性模量这一金属材料本质属性 ， 把复杂的力学问题转化为长度测量问题 ， 由于百分表的精度为 0.01mm， 使伸长量测量仪的精度至少可达到 0.02mm[ 2 ] ;F0 正比于 Δl， 通过计算 ， 预紧力产生的应力远小于螺栓材料的许用应力 。
5、经济效益及意义
由于Z2120A深孔钻床老化，机床刚性差，加工螺栓内孔形位公差及表面质量达不到图样的设计要求，废品率多，严重影响交货期，而更换一台深孔钻设备成本要500万元左右，成本较高。通过改进刀具工装，改善加工参数，很好地解决了这个问题，节省了成本，提高了效率。
参考文献：
[1]彭建东.大型齿轮箱体精度及关键工艺分析[J].江苏冶金，2008，36(1):64-66.
[2]董学朱.环面蜗杆传动设计和修形[M].北京:机械工业出版社，2004:15-16.
论文作者:刘鹏
论文发表刊物:《电力设备》2018年第21期
论文发表时间:2018/12/12
标签：螺栓论文; 加工论文; 测量论文; 中分论文; 刀具论文; 量仪论文; 汽轮机论文; 《电力设备》2018年第21期论文;