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φ1240mm。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Ф150mm，长700的专用刀杆，并在刀杆上增加了内冷系统，使之在加工Ф260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Ф260H7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。