謝龍飛 劉祥 吳攀 張斌 鞏麗

(東方電氣集團(tuán)東方汽輪機(jī)有限公司，四川 德陽 618000)

自主核電汽輪機(jī)是公司的拳頭產(chǎn)品，目前已進(jìn)入中、小批量生產(chǎn)階段，國內(nèi)市場(chǎng)穩(wěn)定，國外市場(chǎng)樂觀。核電作為國家重點(diǎn)布局的清潔能源，發(fā)展前景良好。自主機(jī)型是在消化、吸收引進(jìn)技術(shù)基礎(chǔ)上，結(jié)合技術(shù)進(jìn)步與新的使用要求發(fā)展起來的。由于時(shí)間短，研制經(jīng)驗(yàn)不足，以及受國外知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)的制約，其客觀層面總會(huì)存在一些設(shè)計(jì)與制造方面的問題，需要不斷改進(jìn)、完善。從已完工機(jī)組的共10個(gè)低壓內(nèi)缸來看，設(shè)計(jì)工藝性差、加工余量大、加工變形大、制造成本高、生產(chǎn)效率低是目前生產(chǎn)中存在的主要問題。就實(shí)際情況分析，有效解決這些問題需從設(shè)計(jì)和工藝兩方面同時(shí)入手，互相兼顧，并重實(shí)施。

1 低壓內(nèi)缸總體結(jié)構(gòu)

低壓內(nèi)缸是自主核電汽輪機(jī)的核心重要部件，在公司在制的三種機(jī)型中，通常有二至三個(gè)低壓模塊，各機(jī)型所用的低壓內(nèi)缸完全相同。圖1為電廠安裝中的首臺(tái)自主核電汽輪機(jī)。

如圖1所示，該機(jī)組有一個(gè)高中壓、兩個(gè)低壓模塊。高中壓是單層缸、低壓是內(nèi)外缸結(jié)構(gòu)，低壓內(nèi)缸在機(jī)組中的安裝位置參見圖1中的低壓模塊一。

圖1 電廠安裝中的自主核電汽輪機(jī)

缸的總體結(jié)構(gòu)如圖2、圖3所示，它由上下半、軸向三段、橫向三段共八個(gè)部件組成，各部件間的聯(lián)接方式為法蘭、緊固件結(jié)構(gòu)，均為板料焊接毛坯，材料為Q345C和不銹鋼兩類。八個(gè)部件組合后的外型尺寸(長×寬×高)為7.8 m×13.2 m×10.2 m，總重約268.1 t，實(shí)重約270 t，毛坯總重約297.3 t、實(shí)重約300 t。從毛坯到精加工完，實(shí)際去量約30 t，其占比達(dá)毛坯重量的10%。

圖2 低壓內(nèi)缸上半

圖3 低壓內(nèi)缸下半

2 低壓內(nèi)缸存在的設(shè)計(jì)問題

一般情況下，低壓內(nèi)缸的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足機(jī)組的性能要求和使用所需。除此之外，良好的制造工藝性也是設(shè)計(jì)層面需兼顧的重點(diǎn)。由于自主機(jī)型低壓內(nèi)缸的設(shè)計(jì)須回避引進(jìn)機(jī)型的成熟結(jié)構(gòu)，這當(dāng)中最大的變化是，缸的支撐方式由軸向變橫向、轉(zhuǎn)子的支撐方式由落缸變落地，外加設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)有限，故低壓內(nèi)缸在制造過程中暴露出不少設(shè)計(jì)方面的問題。

2.1 加工余量大

低壓內(nèi)缸各部件的加工余量落實(shí)于設(shè)計(jì)所出的焊接毛坯圖中，存在的主要問題是單面加工余量過大：

(1)中分面與內(nèi)孔均15 mm；

(2)大端面20～22 mm；

(3)支撐裝置接配面焊前25 mm、焊后15 mm共40 mm；

(4)低壓內(nèi)缸中部下半接配面20 mm；

(5)中分面法蘭與大端面、接配面法蘭螺栓通孔的刮面分別為8 mm與5 mm；

(6)內(nèi)缸貓爪15 mm。

2.2 材料消耗多

由于加工余量大，導(dǎo)致材料消耗多：

(1)例如支撐裝置接配面法蘭選用的是板厚140 mm的鋼板，加工后只有100 mm；

(2)低壓內(nèi)缸中部中分面法蘭選用的是板厚200 mm的鋼板，加工后只有177～185 mm；

(3)接配面法蘭選用的是板厚120 mm的鋼板，加工后只有100 mm；

(4)低壓內(nèi)缸中部、導(dǎo)流環(huán)大端面法蘭各自選用的是板厚220 mm與100 mm的鋼板，加工后只有200 mm與80 mm。

2.3 定位結(jié)構(gòu)欠佳

如圖4、圖5所示，低壓內(nèi)缸中部與導(dǎo)流環(huán)大端面的聯(lián)接方式采用的是螺栓把合、周向環(huán)形凸凹止口與上下半各4-?70/?36/?30偏心銷復(fù)合定位結(jié)構(gòu)。

圖4 凸凹止口定位

圖5 ?70/?36/?30偏心銷定位

偏心銷結(jié)構(gòu)復(fù)雜，裝配煩瑣。凸凹止口加工余量大、加工變形大，又不便進(jìn)行準(zhǔn)確的尺寸測(cè)量。為保證裝配時(shí)凸凹止口不至干涉，止口小徑單側(cè)間隙按0.5～1 mm、大徑按1～1.5 mm設(shè)計(jì)，相對(duì)導(dǎo)流環(huán)?6721.6 mm±0.25 mm內(nèi)孔與低壓轉(zhuǎn)子末級(jí)動(dòng)葉葉頂?6697.6 mm±0.3 mm外圓的通流值12 mm±1 mm來講，間隙過大，定位效果差。導(dǎo)流環(huán)在凹止口內(nèi)的可竄動(dòng)范圍已不低于±1 mm通流公差，加上平放車削止口、立放裝配、加工中的裝卡變形、加工應(yīng)力釋放變形等多種因素的影響，在裝配時(shí)要保證12 mm±1 mm的通流要求難度較大，同時(shí)大大增加了裝配工作量。

如圖6，這種復(fù)合定位結(jié)構(gòu)起實(shí)際定位作用的是單薄的偏心銷。兩接配面支撐裝置上的大法蘭(長×寬×厚)尺寸為3200 mm×2700 mm×140 mm，低壓內(nèi)缸中部上的小法蘭(長×寬×厚)尺寸為3200 mm×2640 mm×120 mm。兩法蘭加工后成“L”形下鉤止口，由于止口定位面長度達(dá)3200 mm，受加工精度有限的影響，設(shè)計(jì)層面只得將其原要求的接觸75%、間隙0.03 mm降為不檢查接觸、間隙0.07 mm，導(dǎo)致定位效果較差。

圖6 “L”形下鉤止口定位

2.4 緊固件的選擇不夠合理

如圖7所示，中分面與接配面法蘭四角均選用的是?50/1∶50螺尾錐銷定位，中分面上的尺寸偏小，承載能力偏弱，裝拆過程中定位面容易拉傷。接配面上的為盲孔結(jié)構(gòu)，水平布置，接配面以下小端的定位長度只有60 mm，定位效果不理想。

圖7 ?50/1∶50螺尾錐銷定位

大端面選用的是M42標(biāo)準(zhǔn)六角頭螺栓，接配面選用的是M52標(biāo)準(zhǔn)六角頭螺栓與螺母，由于螺栓、螺母壓緊面未加平墊圈，又是大扭矩?cái)Q緊，故把緊過程中常出現(xiàn)將螺栓通孔的刮面拉傷或咬住的情況，并導(dǎo)致把緊扭矩不達(dá)標(biāo)，更難判斷實(shí)際扭矩與設(shè)計(jì)值的符合程度。通常是將力矩扳手的顯示值與設(shè)計(jì)值一致判定為合格來處理，實(shí)為不合格。另外，除去螺紋倒角，接配面上的螺栓與螺孔的配合長度不到螺紋直徑的一倍，材料Q345C接配面法蘭上的螺孔與35CrMoA螺栓的強(qiáng)度又相差一倍以上，故螺紋的配合長度明顯不夠，需按正常設(shè)計(jì)加大螺紋規(guī)格與配合長度，以提高把緊效果。

3 低壓內(nèi)缸存在的制造工藝問題

現(xiàn)工藝存在的主要問題凸現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是設(shè)計(jì)工藝性差帶來的制造工藝問題。二是制造工藝自身的不合理，這當(dāng)中主要包含焊接與加工工藝脫節(jié)、加工與焊接工藝在細(xì)節(jié)層面考慮不周不細(xì)等問題。

3.1 焊接毛坯現(xiàn)狀

總結(jié)已產(chǎn)出的十套低壓內(nèi)缸毛坯質(zhì)量，其幾何尺寸、形位精度與焊縫質(zhì)量相對(duì)穩(wěn)定，但仍有一定的提質(zhì)空間。

支撐裝置接配面是焊接與加工的基準(zhǔn)，加工時(shí)按對(duì)角找等高后的平面度誤差一般都<2.5 mm，實(shí)際加工余量一般按不超過13 mm確定。

導(dǎo)流環(huán)本體各焊接件的板厚、焊縫大小、材質(zhì)等差異性大，有一定的焊接難度。焊后，大端面的平面度誤差往往較大，個(gè)別臺(tái)份，大端面上凸止口頂部所留10 mm加工余量已不夠加工，需局部補(bǔ)焊，同時(shí)造成大端面所留20～22 mm加工余量嚴(yán)重不均、加工后法蘭厚度與螺栓孔刮面深度差異大、導(dǎo)流環(huán)加工后變形大、外觀質(zhì)量差等一系列問題。分析原因，主要是設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)不合理和焊工技術(shù)水平的差異所致。

低壓內(nèi)缸中部上下半中分面、內(nèi)孔軸向中心線、大端面是焊接與加工的工藝基準(zhǔn)，接配面法蘭最后裝焊。中分面是加工中最先加工的工藝基準(zhǔn)。一般情況下，加工前的首道劃線工序，是將中分面按對(duì)角找等高后做負(fù)荷分配，接著再劃中分面線，以此確定中分面的加工位置。中分面與接配面加工時(shí)，各自按對(duì)角找等高后的平面度誤差一般都≤4 mm，如接配面按已選定的中分面找水平、按已確定的內(nèi)孔軸向中心線找平行來加工，則在此狀態(tài)下，總的形位誤差一般都≤7 mm。實(shí)際加工余量中分面一般按最大不超過13 mm確定；在鏜床回轉(zhuǎn)工作臺(tái)上平放加工接配面時(shí)，為了減少裝卡時(shí)間，目前是按中分面找水平、軸向中心線找平行操作，此時(shí)接配面加工余量按最大不超過18 mm確定。目前，內(nèi)孔的實(shí)際單面加工余量遠(yuǎn)大于圖示所留的15 mm，中分面部位實(shí)為18～24 mm，頂部實(shí)為16～20 mm。上下半大端面法蘭各自由三弧段對(duì)焊而成，大端面平面度誤差一般≤10 mm，實(shí)際最大加工余量一般為15～25 mm，徑向?qū)挾?80～1493 mm，加工費(fèi)時(shí)費(fèi)事，經(jīng)分析，主因是與導(dǎo)流環(huán)相配的凹止口設(shè)計(jì)不夠合理。

3.2 加工變形大

考慮到制造成本、生產(chǎn)周期等因素，支撐裝置與導(dǎo)流環(huán)均直接從焊接毛坯開始精加工。低壓內(nèi)缸中部上下半分粗加工、堆焊內(nèi)孔進(jìn)汽側(cè)隔板定位面以及精加工三個(gè)階段，前兩個(gè)階段后未安排去應(yīng)力熱處理工序。存在的問題都是加工余量大導(dǎo)致加工變形大。加工中看似合格的工件，變形后只實(shí)為接近合格或不合格，組裝后的合缸精度也非常有限。由于加工應(yīng)力的釋放是一個(gè)緩慢過程，最終將對(duì)機(jī)組的運(yùn)行帶來不利影響。對(duì)于這種加工余量大、精度要求高的焊接結(jié)構(gòu)件，合理的制造工藝應(yīng)是粗加工后進(jìn)行去應(yīng)力熱處理，或盡量減少加工余量，否則，就應(yīng)將堆焊前的粗加工合并到堆焊后的工序中，以降低加工成本、提高加工效率、縮短生產(chǎn)周期。

3.3 加工效率低、加工成本高

加工余量大對(duì)制造工藝的影響是全方位、多層面的，除影響工件的制造精度外，還會(huì)降低加工效率、推高制造成本。

3.4 毛坯焊接與加工和裝配要求脫節(jié)

低壓內(nèi)缸各部件的焊接、加工與裝配是制造過程中緊密聯(lián)系并相互影響的三個(gè)階段。毛坯焊接除需滿足相關(guān)各項(xiàng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)要求外，還應(yīng)充分考慮加工和裝配需要。目前低壓內(nèi)缸各部件毛坯焊接存在的主要問題有：一是各部件的尺寸與形位公差未按組合件要求整體考慮；二是對(duì)焊前件的下料尺寸、焊縫收縮量、焊接變形量等指標(biāo)的把控力度不夠，未做到將加工余量控制在設(shè)計(jì)值之內(nèi)，個(gè)別部位的實(shí)際加工余量更遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)留量，設(shè)計(jì)留量本來就偏大。對(duì)加工過程而言，希望能將最大加工余量控制在設(shè)計(jì)留量以內(nèi)，夠加工即可，越小越好。

3.5 加工工序安排不夠合理

各部件主要工序加工流程如下：

(1)導(dǎo)流環(huán)上下半：毛坯驗(yàn)收→去工藝?yán)睢?fù)荷分配、劃線→鏜床半精銑中分面→校形、割導(dǎo)流板缺口→立車車裝卡基準(zhǔn)→鏜床精銑中分面、銑找正基準(zhǔn)→合并、搭焊上下半→立車精車內(nèi)孔、大端面→龍門銑鉆大端面螺栓孔、銷孔→鉆床刮面→拆開上下半→鏜床收尾→鉆床收尾→鉗工收尾→裝配。

(2)支撐裝置：毛坯驗(yàn)收→負(fù)荷分配、劃線→鏜床精銑接配面、鉆銑螺栓孔→與低壓內(nèi)缸中部下半把合→萬向鉆預(yù)鉆鉸接配面錐銷孔→后繼組合加工見低壓內(nèi)缸中部下半加工流程。

(3)低壓內(nèi)缸中部上半：毛坯驗(yàn)收→負(fù)荷分配、劃線→負(fù)荷分配，龍門銑半精銑中分面、銑找正基準(zhǔn)→鏜床在汽機(jī)側(cè)大端面銑立車找平基準(zhǔn)→上下半組合狀態(tài)立車精車隔板堆焊面、半精車內(nèi)孔和大端面→堆焊隔板定位面→根據(jù)工藝基準(zhǔn)和已加工面做負(fù)荷分配、劃線→負(fù)荷分配，龍門銑精銑中分面、銑找正基準(zhǔn)、鉆螺栓通孔→鏜床在汽機(jī)側(cè)大端面銑立車找平基準(zhǔn)→合并上下半、組合加工、拆開上下半等工序見中部下半加工流程→鏜床鉆銑大端面螺孔、精銑進(jìn)人孔法蘭等部位→鉗工收尾→裝配。

(4)低壓內(nèi)缸中部下半：毛坯驗(yàn)收→負(fù)荷分配、劃線→負(fù)荷分配，龍門銑半精銑中分面、銑找正基準(zhǔn)→鏜床半精銑接配面、在汽機(jī)側(cè)大端面銑立車找平基準(zhǔn)→上下半組合立車精車隔板堆焊面、半精車內(nèi)孔和大端面→堆焊隔板定位面→根據(jù)工藝基準(zhǔn)和已加工面做負(fù)荷分配、劃線→負(fù)荷分配、龍門銑留量精銑中分面、銑找正基準(zhǔn)→鏜床精銑接配面、鉆銑螺栓孔→把合支撐裝置→萬向鉆預(yù)鉆鉸接配面錐銷孔→負(fù)荷分配，龍門銑精銑中分面、銑找正基準(zhǔn)→臨床用上半號(hào)劃中分面螺孔線→龍門銑按線鉆銑中分面螺孔→鏜床在汽機(jī)側(cè)大端面銑立車找平基準(zhǔn)→合并上下半，鉆床鉆鉸中分面錐銷孔→拆下支撐裝置→立車精車各內(nèi)孔、大端面→拆開上下半，把合支撐裝置→萬向鉆精鉸接配面錐銷孔→鏜床鉆銑大端面螺孔、精銑內(nèi)缸貓爪→鏜床鏜背部管口、鏜銑隔板定位面、支撐槽面等部位→鉗工收尾→裝配。

從各部件的加工流程可看出，導(dǎo)流環(huán)與支撐裝置因結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，其加工部位相對(duì)較少，故在設(shè)計(jì)與工藝層面需重點(diǎn)優(yōu)化的地方也相對(duì)少一些。低壓內(nèi)缸中部上下半工序長、雜，堆焊前的工序與堆焊后的前段工序幾乎完全一致，同一部位的工序重復(fù)，增加了加工工作量、生產(chǎn)周期和生產(chǎn)成本。中分面、接配面與內(nèi)孔的粗加工分別選用的是27米龍門銑、?260鏜床與?12.5米立車這類大型加工設(shè)備，會(huì)帶來工件的轉(zhuǎn)運(yùn)、起吊翻身、裝卡等輔助工序成倍增加，引發(fā)了一系列生產(chǎn)、安全等問題。

3.6 工藝方法的選擇不夠合理

低壓內(nèi)缸中部上半中分面螺栓通孔的加工由27米龍門銑完成，工位為中分面向上，四主支點(diǎn)在大端面法蘭四吊耳處，缸的變形趨勢(shì)為徑向向內(nèi)，與下半合缸后，中分面向下，缸的變形方向又變成了徑向向外。低壓內(nèi)缸中部下半中分面螺孔的加工方法與上半類似，四主支點(diǎn)是工作支點(diǎn)的內(nèi)缸貓爪，當(dāng)與上半合缸后，會(huì)因上半的重力作用而產(chǎn)生徑向向內(nèi)的變形。若上下半均不考慮變形因素而直接按理論位置加工中分面螺栓孔，上下半的螺栓孔會(huì)出現(xiàn)超出設(shè)計(jì)與使用要求的錯(cuò)位。故采用的工藝方法是：在龍門銑臨床扣合上半號(hào)劃下半中分面螺孔線，號(hào)孔后，吊開上半，按線單孔找正鉆銑螺孔。這種工藝方法不但效率低，同時(shí)還存在高位作業(yè)的安全風(fēng)險(xiǎn)，見圖8。

圖8 內(nèi)缸中部下半中分面螺孔

考慮到導(dǎo)流環(huán)下立車后會(huì)出現(xiàn)內(nèi)孔和端面變形、低壓內(nèi)缸中部上下半拆開后會(huì)出現(xiàn)徑向變形的實(shí)際情況，其大端面上?46通孔與M42螺孔的加工分別安排27米龍門銑與?260鏜床來完成。這種工藝方法的出發(fā)點(diǎn)是，用高精度的數(shù)控機(jī)床來減小工件變形誤差對(duì)孔位的影響。這種加工方式不但成本高，而且孔位精度有限，已多次出現(xiàn)部分螺栓孔需擴(kuò)偏孔才能擰上螺栓的情況。

4 低壓內(nèi)缸結(jié)構(gòu)優(yōu)化

低壓內(nèi)缸結(jié)構(gòu)優(yōu)化是保證制造精度、降低制造成本的關(guān)鍵。

4.1 大端面定位止口的優(yōu)化

原大端面相配合的凸凹止口徑向?qū)挾确謩e為48.25 mm與50 mm。如圖9所示，優(yōu)化時(shí)將導(dǎo)流環(huán)大端面法蘭內(nèi)外圓的加工精度，提高至定位精度、定位效果都在原凸凹止口與偏心銷復(fù)合定位以上，法蘭厚度由80 mm增至90 mm，相應(yīng)將?46 mm螺栓通孔深度由75 mm加至92 mm±3 mm，以此代替原有凸止口?？紤]到焊接變形可能導(dǎo)致大端面加工余量局部不足的實(shí)際情況，在保證定位要求的前提下，將大端面需加工出的最小區(qū)域規(guī)定為：螺栓孔的節(jié)圓內(nèi)外兩側(cè)和各螺栓孔徑向中心線兩側(cè)的法蘭寬度區(qū)間寬度均2×25 mm的區(qū)域，另要求未加工出部位的最低點(diǎn)≤3.5 mm。這樣設(shè)計(jì)既可減小加工余量、加工應(yīng)力，又便于測(cè)量與裝配。低壓內(nèi)缸中部大端面法蘭上的凹止口徑向、深度尺寸和精度根據(jù)導(dǎo)流環(huán)大端面法蘭相關(guān)尺寸確定，凹止口以外區(qū)域不加工。

圖9 大端面定位止口優(yōu)化圖

按圖9優(yōu)化后，凹止口的定位深度由原來的10 mm增至30 mm，相應(yīng)取消M42螺孔孔口深15 mm沉孔，M42螺栓增裝標(biāo)準(zhǔn)平墊圈。由于凸凹止口的定位精度已滿足設(shè)計(jì)要求，故取消偏心銷。大端面原徑向加工寬度980～1493 mm將減為350 mm，其加工余量與加工時(shí)間將減少近三分之二，同時(shí)減小了加工應(yīng)力，增加了缸的整體剛性。

凹止口加寬加深后，低壓內(nèi)缸軸向?qū)驐U安裝面需加深5 mm至與凹止口底面齊平，導(dǎo)向桿的長度相應(yīng)增加5 mm。

4.2 接配面定位方式的優(yōu)化

如圖10所示，低壓內(nèi)缸中部接配面法蘭原尺寸(長×寬×厚)3200 mm×2640 mm×120 mm不變，支撐裝置接配面法蘭尺寸(長×寬×厚)3200 mm×2700 mm×140 mm減至與低壓內(nèi)缸中部接配面法蘭尺寸一致。將接配面“L”形下鉤止口與4-?50/1∶50螺尾錐銷復(fù)合定位結(jié)構(gòu)改為18-?57/1∶50雙頭錐銷螺栓定位。將各把合螺栓的規(guī)格由M52加大至M56，螺栓擰入深度由原來的不到1.06倍螺紋直徑加大至1.38倍，螺栓、螺母壓緊面增加標(biāo)準(zhǔn)平墊圈。這種定位方式提高了定位精度與聯(lián)接剛性，并將由止口的集中受力改變?yōu)樵谡麄€(gè)接配面分散受力。

圖10 接配面定位方式優(yōu)化圖

4.3 加工余量的優(yōu)化

根據(jù)支撐裝置毛坯現(xiàn)狀，以及接配面法蘭與內(nèi)缸貓爪位于支撐裝置長度方向兩端，其加工余量互補(bǔ)、可互借的結(jié)構(gòu)，將接配面與內(nèi)缸貓爪的加工余量由原來設(shè)計(jì)的15 mm減至5 mm與10 mm。在4.1條中，導(dǎo)流環(huán)大端面的加工余量已從22 mm減至10 mm。

根據(jù)低壓內(nèi)缸中部下半毛坯現(xiàn)狀，將接配面的加工余量減至7 mm，若出現(xiàn)7 mm不夠加工，則先調(diào)整接配面與內(nèi)孔軸向中心線的平行度，若還不夠，則再調(diào)整中分面水平，直至滿足加工要求。中分面與中分面螺栓通孔刮面的加工余量互補(bǔ)，綜合考慮，將中分面螺栓通孔刮面的加工余量由原來的8 mm減至2 mm、中分面的加工余量由原來的15 mm減至8 mm，中分面螺栓通孔的深度由原來的177 mm增至190 mm，螺栓相應(yīng)加長13 mm。此外，中分面?50/1∶50錐銷孔結(jié)構(gòu)形式不變，將尺寸增大至?57/1∶50。內(nèi)孔的設(shè)計(jì)與實(shí)際單面加工余量較大，均減至8 mm。大端面的加工余量在前面4.1條中已減少三分之二。

4.4 支撐裝置徑向尺寸的調(diào)整

由于加工余量的減小，低壓內(nèi)缸中部下半接配面至汽缸中心線的尺寸增加了13 mm，支撐裝置接配面至內(nèi)缸貓爪的尺寸增加了15 mm，就內(nèi)缸橫寬而言，徑向單面增加了13 mm+15 mm=28 mm。在不降低工件剛性的情況下，要做到既省材料、又不能改變現(xiàn)有相對(duì)成熟的焊接工藝，只需將支撐裝置接配面法蘭與矩形支撐板之間的撐桿和筋板在水平方向長度減少28 mm即可，見圖8。

5 制造工藝改進(jìn)

在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備與其它制造條件，進(jìn)行了如下工藝改進(jìn)。

5.1 焊接工藝優(yōu)化

低壓內(nèi)缸中部下半與支撐裝置按配作方式裝焊、焊接，以保證加工過程中的橫寬尺寸。即先焊中部下半，并實(shí)測(cè)接配面法蘭的位置與形位公差，再配焊支撐裝置。對(duì)于導(dǎo)流環(huán)，焊后詳細(xì)檢測(cè)大端面的平面度，若加工余量不夠，則選用校形或局部補(bǔ)焊方式補(bǔ)救。

5.2 合并加工工序

將低壓內(nèi)缸中部上下半內(nèi)孔隔板定位面堆焊前的加工直接安排在首道劃線后，選用鏜床分缸加工，其步驟如下：

(1)上下半均保持劃線時(shí)中分面向下工位，單半就位于?260鏜床回轉(zhuǎn)工作臺(tái)；

(2)主支點(diǎn)選中分面四角，按中分面線找平，負(fù)荷分配合格后壓緊；

(3)在設(shè)計(jì)堆焊圖尺寸基礎(chǔ)上，單面再多加工2 mm，走圓弧插補(bǔ)銑各檔內(nèi)孔進(jìn)汽側(cè)隔板定位面，銑工藝基準(zhǔn)。接下來按焊接工藝堆焊隔板定位面，按圖、工藝基準(zhǔn)與焊前劃線直接精加工。

5.3 大端面凸凹止口的加工方法及精度保證

鑒于現(xiàn)有內(nèi)徑千分尺不能滿足大端面凸凹止口測(cè)量精度的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)了圖11所示的專用內(nèi)徑尺。尺子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，閑置時(shí)，注意將尺子的一端擰上M20吊環(huán)螺釘，垂直吊放，以防彎曲。

圖11 專用內(nèi)徑千分尺

大端面凸凹止口的加工方法與精度保證工藝措施如下：

(1)在導(dǎo)流環(huán)大端面內(nèi)孔部位均布點(diǎn)焊四只測(cè)量塊，徑向間距與低壓內(nèi)缸中部靠大端面內(nèi)孔的毛坯尺寸相同。兩部件測(cè)量基準(zhǔn)孔的大小尺寸按完全一致保證，加工與測(cè)量方式也完全相同，以保證凸凹止口的加工精度和裝配要求。

(2)導(dǎo)流環(huán)或低壓內(nèi)缸中部在立車就位后，先半精車，量具用現(xiàn)有8 m內(nèi)徑千分尺與止口單側(cè)環(huán)寬相吻合的內(nèi)、外徑千分尺。

(3)先精車?6830 mm測(cè)量基準(zhǔn)孔，要求低壓內(nèi)缸中部與相配導(dǎo)流環(huán)的基準(zhǔn)孔尺寸一致，允差0.03 mm?；境叽缬矛F(xiàn)有8 m內(nèi)徑千分尺控制，尺寸的一致性用專用內(nèi)徑尺保證。專用內(nèi)徑尺使用方法：將尺子橋放在已車平的內(nèi)孔端面，兩尺頭測(cè)點(diǎn)調(diào)至與內(nèi)孔直徑重合，擰量桿去撓度微調(diào)螺釘消除量桿撓度，然后將固定測(cè)頭與基準(zhǔn)孔接觸，再將微調(diào)測(cè)頭旋至與基準(zhǔn)孔接觸，記錄微調(diào)測(cè)頭量值，后繼同部位相對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)孔按此量值加工即可。

(4)圖11中的?6830 mm測(cè)量基準(zhǔn)孔加工后，順次加工導(dǎo)流環(huán)350 mm、349.65～349.75 mm兩尺寸，然后順次加工低壓內(nèi)缸135 mm、349.95～350.05 mm兩尺寸。

(5)凸凹止口加工后，用圖12所示的雙面定位半圓鉆模試裝，同時(shí)號(hào)劃?46 mm通孔線、M42螺孔線，然后下活。

圖12 雙面定位半圓鉆模

5.4 工序優(yōu)化

低壓內(nèi)缸中部下半中分面上螺孔，目前采用臨床號(hào)孔、按線加工方式，荒費(fèi)了27米龍門銑加工優(yōu)勢(shì)，經(jīng)過分析、探究，制定了行之有效的工藝方案：

(1)上半中分面向上，在龍門銑精銑中分面、鉆螺栓通孔時(shí)，在內(nèi)孔、大端面等部位銑出與下半相對(duì)應(yīng)的合缸基準(zhǔn)。

(2)下半中分面向上，在龍門銑精銑完中分面后，在與上半相對(duì)應(yīng)的位置銑合缸基準(zhǔn)。

(3)臨床扣合上半，對(duì)正合缸基準(zhǔn)，同時(shí)要求下半中分面四角水平與合缸前一致。由于上半是中分面向上、四主支點(diǎn)在大端面法蘭四吊耳處加工的中分面和合缸基準(zhǔn)，故合缸后，上下半會(huì)出現(xiàn)相反的徑向變形，造成同部位的合缸基準(zhǔn)不能對(duì)齊的情況，此時(shí)將各自對(duì)應(yīng)的合缸基準(zhǔn)調(diào)至錯(cuò)位量相等即可。另外，為了避免上下半中分面的平面度誤差、導(dǎo)致中分面接觸不均或接觸部位不對(duì)稱、進(jìn)而出現(xiàn)上下半非對(duì)稱變形對(duì)號(hào)孔位置精度的影響，扣合上半前，按圖13在下半中分面四角、兩側(cè)中點(diǎn)和正反第二檔內(nèi)孔共十處對(duì)稱墊入0.2 mm厚的涂油銅皮墊片，以實(shí)現(xiàn)中分面對(duì)稱部位趨于等量變形的預(yù)期，加放墊片還有利于防止推缸過程中拉傷中分面。

圖13 中分面螺孔墊片放置圖

(4)鉗工用專用劃線工具號(hào)劃出下半中分面螺孔線。

(5)吊開上半。

(6)檢查下半串位情況，按中分面和合缸基準(zhǔn)恢復(fù)下半位置至合缸前狀態(tài)。

(7)根據(jù)螺孔線鉆銑各螺孔，同時(shí)記錄孔位坐標(biāo)。

(8)由于汽缸結(jié)構(gòu)和孔位徑向、軸向都對(duì)稱，在整理孔位坐標(biāo)時(shí)，每個(gè)孔的二維坐標(biāo)按與其對(duì)稱的四個(gè)孔的平均值選取。

(9)將測(cè)得的孔位坐標(biāo)，直接用于后繼相同缸的加工，即不再號(hào)孔。

低壓內(nèi)缸中部下半大端面上M42與導(dǎo)流環(huán)大端面上?46螺栓通孔的加工目前分別選用的是?260鏜床與27米龍門銑，其加工成本是?125搖臂鉆床的5～10倍，為降低加工成本，制定了用鉆模加工的工藝方案：

(1)用?125搖臂鉆床替代?260鏜床和27米龍門銑加工大端面上的?46/M42螺栓孔。

(2)設(shè)計(jì)圖12所示的雙面定位半圓鉆模，按最小實(shí)體制作。

(3)鉆模使用時(shí)，凸止口與低壓內(nèi)缸中部大端面上的凹止口相配、凹止口與導(dǎo)流環(huán)大端面法蘭內(nèi)外圓相配來完成螺栓孔的加工。方法1：用鉆模號(hào)劃出孔線，移開鉆模，按線加工螺栓孔；方法2：直接用鉆模定位刀具加工螺栓孔。

6 結(jié)論

低壓內(nèi)缸通過設(shè)計(jì)優(yōu)化與制造工藝的完善，取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果，具體體現(xiàn)在三個(gè)方面：

(1)通過大端面、接配面定位止口與把合方式的優(yōu)化，提高了缸的設(shè)計(jì)質(zhì)量和長期工作條件下的可靠性。

(2)通過結(jié)構(gòu)與加工余量的優(yōu)化，使優(yōu)化部位總的加工余量減少了近60%，約14.5 t。原各部位總的加工余量約為工件毛重的10%，優(yōu)化后約為5%，減少了材料消耗。加工余量的優(yōu)化，還減少了加工應(yīng)力，保證了制造過程中缸的尺寸穩(wěn)定性，以及長期工作條件下缸的精度不至因加工應(yīng)力的釋放而逐步下降。

(3)經(jīng)過優(yōu)化，加工效率提高了約35%，制造周期縮短了約30%，減少工序近1/3。特別是將轉(zhuǎn)運(yùn)、起吊、翻身和高位作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)大的工序減少了1/4以上。按目前的成本計(jì)算，一套低壓內(nèi)缸可降低近150萬元的制造費(fèi)用。