電機軸(zhóu)加工降低(di)成本技術(shu)攻關需要(yao)切削工藝(yì)關系
可再生(shēng)能源正在(zai)全面挑戰(zhàn)傳統能源(yuán)的産出方(fang)式，比🌈如2016年(nián)光伏上網(wǎng)價格和風(fēng)電電價均(jun)已出台下(xià)調🛀方案🙇♀️。雖(suī)然趨勢如(ru)此，但國👉家(jiā)能源局近(jìn)年來的統(tǒng)計數據表(biǎo)明,發電量(liàng)的七成仍(réng)源自火電(dian)🐅發電，包括(kuò)水、風、核電(diàn)、太陽能等(děng)新能源并(bìng)未對傳統(tǒng)能源形成(cheng)強🧑🏾🤝🧑🏼勢沖擊(ji)。
“大(dà)”帶來的挑(tiao)戰
作為我(wǒ)國制造大(da)型電力設(shè)備的主力(li)廠商，上海(hai)電氣♉電站(zhàn)設備有限(xiàn)公司發電(dian)機廠（SEPC）隸屬(shu)于上海電(dian)氣集團股(gǔ)份有限公(gong)司電站集(jí)團，是與德(dé)國西門子(zǐ)公司合資(zī)的企業，主(zhǔ)要從事火(huǒ)電🚩、核電、燃(ran)機領域的(de)大型發電(diàn)機成套産(chan)品的研發(fa)和制造。
從(cong)2004年開始，上(shàng)海發電機(jī)廠火力發(fa)電機組的(de)生産、銷售(shou)、以及訂單(dān)數量連續(xù)保持世界(jiè)第一。近幾(jǐ)年公司1000MW等(deng)級水氫冷(leng)機組每年(nián)的訂單量(liang)基本穩定(dìng)在9000MW～13000MW範圍内(nei)，國内市場(chang)占有率約(yue)80%，600MW等級水氫(qīng)冷機組年(nian)訂單量本(běn)穩定在6000MW～9000MW，國(guo)内市場占(zhàn)有率約60%，産(chǎn)品遠銷💁多(duō)個國家。
随着“上大(dà)壓小”政策(ce)的實施，SEPC目(mu)前已經形(xing)成完善的(de)空冷50MW～200MW等級(ji)、雙水内水(shuǐ)冷60MW～340MW等級、水(shui)氫冷200～1000MW等級(ji)等系列産(chan)品，在超超(chāo)臨界1000MW級火(huǒ)電、核電及(jí)燃氣輪發(fā)電機等重(zhòng)大項目上(shàng)實現了曆(lì)史性突破(pò)，目前正在(zai)研發國際(ji)上最大容(rong)量的1800MW級核(he)🈲電發電機(jī)、1200MW級火電發(fā)電機等産(chan)品，以形成(chéng)新的發電(dian)機核心技(jì)術，不斷提(tí)高企業核(hé)心競争力(lì)。走👄進SEPC的廠(chǎng)房，可看到(dào)🆚：主廠房長(zhǎng)312米，寬36米，高(gao)34米，吊重能(neng)🤩力可達500噸(dūn)，具備🙇♀️了可(kě)加工目前(qian)世界上最(zuì)大容量——1800MW四(sì)極核電發(fā)⭐電機和年(nián)産量3000萬千(qiān)瓦的生産(chan)能力。
随着(zhe)等級的提(tí)升，發電設(shè)備尺寸也(ye)随之加大(da)，動辄上㊙️百(bai)噸、幾十❄️米(mǐ)的大型設(she)備給加工(gong)帶來的不(bu)僅僅是不(bú)便，加⁉️工難(nán)🈲度也📐随之(zhī)提升。
由于(yú)發電設備(bei)産品的特(te)性，對設備(bei)的可靠性(xing)有着🔞嚴格(ge)的🈚要🌍求。比(bi)如轉子是(shi)大型電力(li)設備—發電(dian)機中🙇♀️的核(hé)心部件，其(qí)加工質量(liang)的好壞影(yǐng)響了發電(dian)機的運行(háng)質量。且轉(zhuǎn)🈲子胚件尺(chi)寸大，成本(ben)不菲，供應(yīng)有限，雖加(jiā)工要♍求高(gāo)，但也㊙️必須(xū)加工零失(shi)誤率。
此外(wài)發電設備(bei)中其他一(yi)些典型關(guān)鍵零部件(jiàn)如轉子輪(lun)槽以🔞及轉(zhuan)子嵌線鸠(jiu)尾槽等的(de)切削加工(gōng)，由于被加(jiā)工材料屬(shu)🌈于耐熱高(gāo)❗強度合金(jin)鋼、不鏽鋼(gang)等難加工(gōng)材料，切削(xue)量大、切削(xue)負荷重，對(dui)數✌️控刀具(jù)的切削性(xing)能，諸☀️如高(gao)溫紅硬性(xìng)、彎曲👌剪切(qiē)強度❌、抗磨(mo)損性💃、抗粘(zhān)接性、摩擦(ca)系數等有(you)很高的要(yao)求。
發電設(shè)備中典型(xíng)關鍵零部(bù)件如轉子(zǐ)輪槽以及(jí)轉子嵌線(xiàn)鸠尾槽，屬(shǔ)于耐熱高(gāo)強度合金(jin)鋼、不鏽鋼(gang)等難加工(gōng)材料，切削(xuē)量㊙️大、切削(xuē)負荷重，對(dui)數控刀具(ju)的🚶切削性(xing)🙇🏻能有很高(gāo)的要求
對(duì)1000MW及以上的(de)二級發電(dian)機轉子來(lai)說，其本體(ti)嵌線槽由(yóu)于📧槽深🔞深(shēn)度大（100mm以上(shang)）,槽壁薄（15mm左(zuǒ)右）如下圖(tu)所示，剛性(xìng)差，易引起(qǐ)加💘工變🚩形(xíng)，加工困難(nán)。
對1000MW及以上(shang)的二級發(fa)電機轉子(zi)來說，整體(ti)靜态撓度(dù)大，其本體(tǐ)嵌線槽由(you)于槽深深(shēn)度大,槽壁(bì)薄，剛性差(chà)，易引起加(jia)工變形，加(jia)工困難
但(dàn)難點正是(shì)關鍵點。控(kòng)制和減少(shǎo)二極轉子(zǐ)嵌線槽的(de)🔴切削變形(xing)❤️，是提高轉(zhuan)子運轉精(jīng)度、保證發(fā)電機運行(háng)品質的關(guān)鍵🔞。一般來(lai)說嵌線槽(cáo)在加工中(zhong)發生變形(xing)，嵌線🏃🏻♂️槽槽(cáo)口🈲變形量(liang)可達到 0.5mm。要(yào)減小變形(xíng)，必須選✉️擇(zé)合适的切(qiē)削力并減(jiǎn)小降低殘(can)餘應力。這(zhe)不僅對工(gong)藝工程師(shī)和操作人(ren)員提出了(le)高要求，其(qí)高精度💘複(fú)雜型面的(de)切✊削對數(shu)控刀具本(běn)身的精度(du)也🏃♀️提出了(le)更高的要(yao)求。
以轉(zhuǎn)子加工為(wéi)例，鍛造出(chū)的原材料(liào)工件首先(xiān)要經過車(che)削😍，然後是(shi)銑削加工(gōng)。銑削分粗(cu)銑和精銑(xi)，每個工序(xù)分兩步又(you)分兩步走(zou)。“銑槽必須(xū)要分段，因(yīn)為牽扯到(dào)轉子的動(dòng)平衡。”這是(shi)每個工藝(yì)操作人員(yuán)都所熟稔(rěn)的。
轉子本(běn)體外圓有(yǒu)一圈軸向(xiàng)方向的嵌(qian)線槽，業内(nei)也稱之為(wéi)轉子縱樹(shù)型輪槽，有(you)時每個轉(zhuan)子的嵌線(xiàn)槽會多達(da)30多條。發電(diàn)機轉子槽(cao)形整體加(jiā)工要求較(jiao)高：整槽寬(kuān)🐆度公差要(yào)求≤0.2mm、等分度(du)要求≤0.02°、粗糙(cao)度要求≤Ra3.2，其(qi)次工藝要(yao)求的加工(gong)效率要高(gāo)，需🙇♀️要兼顧(gu)機床加工(gōng)性❤️能及刀(dao)具切削性(xing)能。
要提高(gao)産品的性(xing)能一般有(you)兩種途徑(jing)，一是加大(da)資👄金投資(zi)購買設備(bèi)，或者求助(zhu)外協；還有(yǒu)一種辦法(fǎ)就是對刀(dāo)具切削工(gōng)藝進行改(gǎi)進——這是最(zui)直接的手(shou)段，如果刀(dāo)具的切削(xue)效率能夠(gou)提❗高一倍(bei)，就相當于(yú)增加了一(yī)台機床，它(ta)帶來的效(xiao)果立竿見(jian)影，事半功(gōng)倍。SEPC的轉子(zǐ)槽加工工(gong)序中大量(liang)使用了各(ge)種盤銑刀(dao)和🔞鸠尾銑(xǐ)刀，所用刀(dao)具以德國(guó)瓦爾特公(gong)司提供的(de)可轉位盤(pán)銑刀和可(ke)轉位鸠尾(wěi)銑刀為主(zhǔ)。
國内發電(dian)機制造技(jì)術發展經(jīng)曆了三個(gè)階段，制造(zao)工藝也從(cóng)🧑🏾🤝🧑🏼手工、機械(xiè)、數顯加工(gōng)為主，逐步(bu)發展到數(shù)控智🥵能化(huà)加工☂️，轉子(zi)㊙️嵌線槽内(nèi)鸠尾槽的(de)加工刀具(ju)㊙️從之前高(gāo)速鋼材質(zhi)演變到可(kě)轉位刀片(pian)刀具。起初(chu)，SEPC和原來合(he)作的刀具(ju)供應商也(yě)已将部分(fen)方案做成(cheng)✉️了硬質合(hé)金㊙️可轉位(wei)刀片方案(an)。但其中一(yi)款刀具從(cong)定方案到(dao)制造、試加(jia)工、修改方(fang)案，幾次反(fǎn)複試💯加工(gong)總共花了(le)⛷️近兩年的(de)時間，最終(zhong)仍然不符(fu)合技術要(yào)‼️求，最主要(yào)的原因在(zài)👌于整體加(jiā)工性能不(bu)好，工件的(de)表面質量(liàng)💰無法保證(zhèng)。了解到相(xiàng)💁關發電行(háng)業的一些(xiē)成功案例(li)後，具有🔞較(jiào)豐富🍉經驗(yan)的瓦爾特(tè)進入了SEPC的(de)備選名單(dan)。
應用在300MW等(deng)級上的粗(cu)齒型粗銑(xǐ)盤銑刀是(shi)瓦爾特和(hé)SEPC的🤞首個合(he)作成果。因(yīn)為轉子槽(cáo)粗加工加(jia)工餘量大(dà)，要求良好(hao)的排屑功(gōng)能，此外關(guan)鍵還不能(néng)出現拉鐵(tiě)🍓圈、磨痕。300MW的(de)嵌線槽槽(cáo)寬38mm,粗銑刀(dāo)選用的切(qie)寬是36mm，單邊(biān)⚽留1個毫米(mi)左右精銑(xǐ)餘量。常規(guī)的加工工(gong)✌️藝是：第一(yī)♍步盤銑刀(dao)粗銑後鸠(jiu)尾槽粗銑(xǐ)，接着盤銑(xǐ)刀第二、三(sān)🐪…刀粗銑，結(jie)束後再進(jin)行盤銑刀(dao)精銑，一般(ban)都是整槽(cáo)形一刀到(dao)底，然後再(zài)進行鸠尾(wěi)精銑。這其(qi)中所使用(yòng)✊的粗銑盤(pan)銑刀就是(shi)瓦爾特牌(pái)号為WF341-6092000的盤(pán)銑刀，它采(cǎi)用卡口式(shi)刀座設計(ji)，極⭐适合用(yòng)于電機轉(zhuǎn)子槽粗/精(jing)加工，刀體(tǐ)剛性極好(hǎo)，加工效率(lǜ)高，特别是(shì)在精加工(gōng)💜時，表面無(wu)明顯刀痕(hén)，粗糙度非(fei)常好。
改變(bian)看得見
現(xiàn)在看起來(lái)一切都很(hen)順利，但實(shi)際上雙方(fang)在設計🔆這(zhe)🍓款刀具時(shí)，也是一波(bō)三折。
由于(yu)轉子槽底(dǐ)比較大，因(yīn)此刀具加(jia)工時受到(dào)的阻力比(bǐ)較大，刀盤(pán)的抗震性(xìng)也會差一(yi)點。瓦爾特(te)定制的刀(dao)具最初被(bei)設計💯成波(bō)🌏浪形，效果(guǒ)并不理想(xiang)，前後實驗(yàn)了3次：第一(yi)次把刀座(zuo)做了調整(zhěng)，第二次是(shi)把刀具運(yun)回到德國(guo)改進，但還(hai)有小缺陷(xiàn)，第三次又(you)重新訂做(zuo)了一套新(xīn)的刀座。但(dan)是雙方都(dou)有🧡着“不達(da)目的☁️不罷(ba)休的勁🤟頭(tou)”，數次在加(jia)工現場商(shāng)讨試驗，最(zuì)終提供出(chū)幾近完美(měi)的解決方(fāng)案。現在瓦(wa)爾特刀具(ju)在SEPC的應❗用(yong)已經越來(lai)越多，隻要(yao)有新的産(chǎn)品🥰設❌計都(dōu)會在🐅第一(yi)時間看到(dào)瓦爾特資(zī)深技術人(ren)員的參與(yǔ)。
同時，降本(ben)增效也是(shi)SEPC選擇刀具(jù)的重要條(tiao)件。比如600MW鸠(jiu)尾槽由高(gāo)速鋼刀具(jù)更換為瓦(wa)爾特的刀(dāo)具後粗糙(cāo)度由原先(xiān)的Ra6.3提高至(zhì)不大于Ra3.2，加(jiā)工效率由(you)原先使用(yòng)高速鋼刀(dao)具加工每(měi)個槽需90分(fen)鐘，提高到(dao)使用硬質(zhi)合金刀具(ju)後隻需30分(fèn)鐘。雖然刀(dao)片消耗成(chéng)本略高于(yu)👨❤️👨高速鋼刀(dao)具方案，但(dàn)由于加工(gong)工時減少(shǎo)，且加工進(jin)🔞給量由于(yú)比原先提(tí)高不少：可(ke)以從原來(lai)的不足100mm/min提(ti)🏃高到240～280mm/min，綜合(he)計算下♌來(lai)，實際加工(gong)成本🏃🏻的降(jiàng)低依然可(ke)觀。
目前，1000MW水(shui)氫冷、600MW水氫(qing)冷III型、300MW水氫(qing)冷是SEPC訂單(dān)最多的拳(quan)頭産品，年(nián)産台份數(shù)在25～35台，每年(nián)總的産品(pǐn)制造容量(liang)穩定在2000~3000萬(wàn)千瓦（3000萬💛千(qiān)瓦機組一(yi)年發電量(liang)可達2400億度(du)）。此外水冷(lěng)🈲機組也是(shì)SEPC另一🌈項引(yin)以為傲的(de)💚自主開發(fa)産🏃♀️品，至今(jīn)已🎯累積制(zhi)造的水冷(lěng)機❄️組台份(fen)數超過650台(tai)。目前，SEPC也已(yi)經在🈲研發(fa)世界660MW最大(dà)水冷發電(diàn)機組及1200MW等(deng)級世界最(zuì)大二㊙️極發(fā)電機機組(zu)。
随着中國(guo)裝備制造(zào)業的發展(zhǎn)，未來生産(chǎn)企業對機(ji)床和😘刀🐅具(jù)🛀的要求也(ye)越來越高(gao)。金屬切削(xue)機床和刀(dāo)🔞具作為切(qie)削加工的(de)基礎工藝(yi)裝備，被稱(cheng)為 “孿生兄(xiōng)弟”，機床✂️依(yi)靠優良的(de)“牙齒”才能(neng)發揮最佳(jiā)作用。可以(yǐ)說刀具性(xing)能和質量(liang)直接影響(xiang)到整體生(sheng)産效率的(de)高低、加工(gong)質量的好(hǎo)壞，以👄及生(sheng)産技術🙇♀️水(shuǐ)平和經濟(ji)效益，所以(yǐ)國外🐉企業(ye)才有“企業(yè)的紅利在(zai)刀刃上”的(de)📐說法。SEPC正緻(zhì)力于此。
