2010年,我公司為山東潤銀生物化工股份有限公司40萬t尿素裝置製作回流冷凝(níng)器一台。該設備的管板外徑為1 960mm,厚度150mm,材質為00Cr17Ni14Mo2。圖樣要求管板按照JB4728-2000《壓力容器用不鏽鋼鍛件》規定的Ⅱ級鍛件進行製造和驗收。該設備共2件管板,9件折流(liú)板,折流板尺寸(cùn)φ1 790mm×20mm。每件管板上管孔數為2 576個(gè),管孔尺寸如圖1所示。管孔呈正三角形排列,如圖2所示。
圖樣要求,管板鑽(zuàn)孔後,96%的孔橋寬度必須≥5.77mm,允許的最小孔橋寬(kuān)度為3.48mm;管孔應嚴格(gé)垂直於(yú)管板密封麵,其(qí)垂(chuí)直度公差為0.08mm。由於管孔的長徑比為6,屬於深孔加工範疇(chóu)。當時我公司沒有數控鑽床(chuáng)和(hé)深孔鑽床,隻能采用現有的Z3080搖臂(bì)鑽床進行鑽孔。而管板加工的精度,特(tè)別是管孔(kǒng)間距和管徑(jìng)公差(chà)、垂直度、表(biǎo)麵粗糙度都極大地影響換熱器的組裝和使用性能。因此,我(wǒ)們使用普通搖臂鑽床鑽(zuàn)孔存在較大的風險,稍有控製不慎就有可能造成尺寸超差。為了在現有裝置下高質量地完成(chéng)管板的鑽孔任務,我們對加工難點進行分析並製訂了(le)詳細的加(jiā)工方案。
1. 加工難點分析
(1)管孔(kǒng)數量多,且對孔橋寬度要求(qiú)嚴格,因此,對劃線精度要求非常嚴格。
(2)鑽孔時對管(guǎn)孔的垂直度要求非常嚴格,管板厚,鑽(zuàn)孔時稍有偏斜,在管板背麵的誤差就會被放大許多,最終造成位置(zhì)尺寸和垂直度超差。
(3)折流(liú)板層數(shù)多,對(duì)管板、折流板管(guǎn)孔的同心(xīn)度要求嚴格(gé),一旦不能保證同心度,則在設備製作中將(jiāng)會大大增加(jiā)換熱管穿管的難度。
(4)管板材(cái)料為00Cr17Ni14Mo2,Ⅱ級鍛件,材(cái)料塑性高、切削抗力大,且在鍛造過程中材(cái)料組織更加致密,進一步增強(qiáng)了材(cái)料的韌性,材料本身就有加工硬(yìng)化現象,因(yīn)此,鑽削時鑽頭的粘附磨損大;加之不(bú)鏽鋼的導熱性能差,鑽孔深度又非常深,切削熱不易散出,以(yǐ)致鑽頭磨損加劇,鑽頭的壽命很低。
(5)不鏽鋼材料切屑呈帶狀排出,不易折斷,甚至會纏繞在鑽頭上,劃傷管孔(kǒng)內壁,影響管孔的表(biǎo)麵粗糙度。
2. 加工方(fāng)案及注意事項
鑒於以上加(jiā)工(gōng)難點的分析(xī),我們決定用先鑽後擴的加工工藝,具體(tǐ)如下:
(1)劃線:為保證管板(bǎn)、折流板鑽孔後的同心,我們采用在一塊(kuài)折流板上劃線,檢驗合格以後用φ 6mm鑽頭鑽(zuàn)定位孔,使用該折流(liú)板(bǎn)作為模板分別套(tào)鑽兩塊管板和其他8塊(kuài)折流板的加工工藝。即把(bǎ)待劃線的折流板在立車上先加工外圓,然後整平,再進行劃線(xiàn)。劃線時先將(jiāng)折流(liú)板(bǎn)放置(zhì)水平,對其待劃線表麵做著色處理,以使(shǐ)劃(huá)線部位清晰醒目。手(shǒu)工劃線由於劃(huá)針(zhēn)劃(huá)出的線條具有一定的寬度,因此不可避免地存(cún)在(zài)一定的累積誤差(chà)。由於管孔(kǒng)呈正三角形排列,如果從中心向外開始劃,隨著正三角形交叉(chā)線向外延伸,原始誤差就會逐步被擴散(sàn)放大(dà),造(zào)成外部管孔中心的偏移和中心距誤(wù)差超差。
為避免這一情況,我們采用由外向內的劃線方法。具體做法是(shì):先使用劃規找出折流板的中心,劃出十字線,注意務必保(bǎo)證(zhèng)十字線的精確和相互垂直。然後以折流板中心為中心(xīn),以最外麵頂點上的管孔中心距離折流板中心的理論數值為半徑劃圓,做圓內切正六邊形(xíng),先劃出位於(yú)正六邊形的各個邊上的(de)管孔中心點,然後按照圖樣把各個邊上的管孔中心點分別與對應的邊上的管孔中(zhōng)心點劃線連接(jiē)起來,連接線與連接線的交點就是其他管孔的(de)中心(xīn)。
劃完線以後首(shǒu)先校核各管孔(kǒng)的中心距誤差,檢(jiǎn)驗(yàn)合格後方可打樣衝眼,鑽定位孔。采用這種方法劃線,外部管孔的位置(zhì)誤差可以(yǐ)控(kòng)製不超過0.2mm,內部管孔的位置誤差控製在0.2mm之內。注意必須保證(zhèng)劃針和樣(yàng)衝的尖銳鋒利,以最大可能的降低誤差。
(2)鑽孔:鑽孔前先將作為鑽模(mó)的折流板固定在一(yī)塊待鑽孔的管板上,檢查折流板與管(guǎn)板的同心度和貼(tiē)合度,合(hé)格後先用φ 6mm鑽(zuàn)頭將折流板上的定位孔(kǒng)引鑽到管板上,鑽孔深度為8~10mm。完成後將(jiāng)折流板拆掉,使用φ 23mm的錐柄麻花鑽鑽孔。注意鑽孔時必須(xū)將管板放在工作台上固定好(hǎo),嚴格保證管板的水平度(dù),從而保證鑽孔後管孔的垂直度。另外鑽削φ 23mm底孔時,每(měi)孔應進行2~3次提(tí)鑽返屑工作,這對切屑的順利排出,以及(jí)鑽頭切削刃(rèn)部分的冷卻都是非常有利的。
(3)擴孔:使用φ 23mm的麻花鑽完成第一遍鑽(zuàn)孔後,我們再使用φ 25.4mm的(de)擴孔鑽進行(háng)擴孔(kǒng)。
由(yóu)於第一(yī)次鑽孔已經使管孔尺寸達到了φ 23mm,因而在擴孔過程中,切削量相對較小(xiǎo),從而使管孔表麵質量有(yǒu)了較大的保(bǎo)證。擴孔時注意檢查鑽頭磨損情況,必須保持鑽頭切削刃的鋒利。
(4)切削液的選擇:在不鏽鋼深孔管孔的加工中,潤(rùn)滑不是主要矛盾,主要矛(máo)盾是管板和鑽頭的散熱問題。我們使用(yòng)10%的乳化液(yè)作為切(qiē)削液,將其加大流量注入到切削刃上,將(jiāng)切削熱盡量多的帶走,以延長鑽頭的使用壽命,提高管孔的表麵質量。
(5)切削用量的選擇:合理的切削用量有利於管孔精度的提高。鑽孔時(shí),轉速設置為105r/min,進給量為0.32~0.4mm/r;擴孔時轉速為200r/min,進給量為0.45~0.6mm/r。實踐證明,選擇這樣的切削用量(liàng),既可提高工作(zuò)效率,又能保證鑽孔質量。
3. 結語
采用上述工藝方(fāng)案(àn)加工的(de)管孔,經檢查,滿足管板的各項技術(shù)要求。加工時要注意以下幾點:
(1)在滿(mǎn)足鑽孔深度要求的(de)前提下,應盡量縮短鑽頭的長度,以獲得鑽頭較高的剛度。
(2)鑽頭必(bì)須裝正,保持鑽頭鋒(fēng)利,用鈍(dùn)後及時修(xiū)磨。
(3)鑽削過程及時觀察切屑排出狀況,若發現切屑雜亂卷結應立即退刀(dāo)檢查,以防止切屑堵塞。
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