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器一台。該設備的管板外徑為1 960mm,厚度(dù)150mm,材質為00Cr17Ni14Mo2。圖樣要(yào)求管板按照JB4728-2000《壓力容器用不鏽鋼鍛(duàn)件》規定的Ⅱ級鍛件進行製造和驗收。該設備共2件管板,9件折流板,折流(liú)板尺寸φ1 790mm×20mm。每(měi)件管板上管孔數為2 576個,管孔(kǒng)尺(chǐ)寸如圖1所示(shì)。管孔呈正三(sān)角形排列,如圖2所示。
圖樣要求,管板鑽孔後,96%的孔橋寬度必須≥5.77mm,允許(xǔ)的最小孔橋寬度為(wéi)3.48mm;管孔應嚴格垂直於管板密封麵,其垂直度公(gōng)差為0.08mm。由於管孔的(de)長徑比為(wéi)6,屬於深孔加工範疇(chóu)。當時我公司沒有數控鑽床和深孔鑽床,隻能(néng)采用現有的Z3080搖臂鑽床進行鑽孔。而管板加工(gōng)的精度,特別是管孔間(jiān)距和管徑公差、垂直度、表麵粗糙度都極大地影響換(huàn)熱器的組裝和使用性能。因此,我們使用普通搖臂鑽床鑽孔存在較大的風(fēng)險,稍有控製不慎就有(yǒu)可能造成尺寸超差。為了在現有(yǒu)裝置下高質量地完成管板的鑽孔任務,我們對加(jiā)工難點進行分析並製訂了(le)詳細的加工方案。
1. 加工難點(diǎn)分析
(1)管孔數量多,且對孔橋寬(kuān)度要求嚴格,因此(cǐ),對劃線精度要求非常嚴格。
(2)鑽(zuàn)孔時對管孔的垂(chuí)直度要求(qiú)非常(cháng)嚴格,管板厚,鑽孔時稍有(yǒu)偏斜,在管(guǎn)板背麵的誤差就(jiù)會被放大許多,最(zuì)終造成位置尺寸和垂直度超差。
(3)折流板層數多,對管板、折流板管孔的同心度要(yào)求嚴格,一旦不能保證同心度,則在設備製作中將會大(dà)大(dà)增加換熱管穿管的難度。
(4)管板材(cái)料為00Cr17Ni14Mo2,Ⅱ級鍛件,材料塑性高、切削抗力大,且在(zài)鍛造過程中材料組織更加(jiā)致密,進(jìn)一步增強了材料的韌性,材料本身就有加工硬化現(xiàn)象,因此,鑽削時鑽(zuàn)頭的粘附磨損大;加之不鏽鋼的(de)導熱性能差,鑽孔深度又非常(cháng)深,切(qiē)削熱不易散出,以致鑽頭磨損加劇,鑽頭(tóu)的壽(shòu)命很低。
(5)不鏽鋼材料切屑(xiè)呈帶狀排出,不易折斷,甚至會纏(chán)繞在鑽頭上,劃(huá)傷管孔內壁,影響管孔的表麵粗糙度。
2. 加工方案及注意事項
鑒於以(yǐ)上加工難點的分析,我們決定用先鑽後擴的(de)加工工藝,具體如下:
(1)劃線:為保證管板、折流板鑽孔後的同心,我們采用(yòng)在一塊折流板上劃線(xiàn),檢驗合格以後用φ 6mm鑽頭鑽定位孔,使(shǐ)用(yòng)該折流板作(zuò)為模板(bǎn)分別套鑽兩塊管(guǎn)板和其他8塊折流(liú)板的加工(gōng)工藝。即把待劃(huá)線(xiàn)的折流板在立車上(shàng)先加工外圓,然後整平(píng),再進行劃線。劃線時先將折流板放置水(shuǐ)平(píng),對(duì)其待劃線(xiàn)表麵做著色處理,以使劃線部位清晰醒目。手工劃線由於劃針劃出的線(xiàn)條具有一定的寬度(dù),因此不可避免地存(cún)在一定的累積誤(wù)差。由於管孔(kǒng)呈正三角形排列,如果從中心向外開始劃,隨著正三角形交叉線向(xiàng)外延伸,原始(shǐ)誤差就會逐步被擴散放大,造成外部管孔中心的偏移和中心距(jù)誤差超差。
為避免這一情況,我們采用由外(wài)向內的劃線(xiàn)方法。具(jù)體做法是:先使用劃規找出折流板的中心,劃出十字線,注(zhù)意務必保證十字線的精確和相互垂直。然後(hòu)以折流板中心為中心,以最外麵頂(dǐng)點上的管孔中心距離折流板中心的理(lǐ)論數值(zhí)為半徑劃圓,做(zuò)圓內切正(zhèng)六(liù)邊形,先劃出位於正六邊形(xíng)的各個邊(biān)上的管孔中心點(diǎn),然後按照圖樣把各(gè)個邊上的(de)管孔中心點分別與對應的邊上的(de)管孔中心點劃線連接(jiē)起來,連接線與連接線的交點就是其他管孔(kǒng)的中心。
劃完線以後首先校核各管孔的中心距誤差,檢驗合(hé)格後方可打樣衝眼(yǎn),鑽定位孔。采用這種方法劃線(xiàn),外(wài)部管孔的(de)位置(zhì)誤差可以控製不超過0.2mm,內部管孔的(de)位置(zhì)誤差控製在0.2mm之內。注意必須保證劃針和樣衝的尖銳鋒利,以最大可能的降低誤差。
(2)鑽孔:鑽孔前先將作為鑽模的折流(liú)板固定在一塊待鑽孔的管板上,檢查折流板與管板的同心度和貼合(hé)度(dù),合格後先用φ 6mm鑽頭將折(shé)流板上的定位孔(kǒng)引鑽到管板上,鑽孔深度為8~10mm。完成後將折流板拆掉,使用φ 23mm的錐柄麻花鑽(zuàn)鑽孔。注意鑽孔時必須將管板放在工作台上固定(dìng)好,嚴格保證管板的水平度,從而保證鑽孔後管孔的垂直度。另外鑽(zuàn)削φ 23mm底孔時,每孔應進行2~3次提鑽返屑工(gōng)作,這對切屑的順(shùn)利排出,以及鑽頭切削(xuē)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(wán)成第一遍(biàn)鑽孔後,我們再使用φ 25.4mm的擴孔鑽進行擴孔。
由於第一次鑽孔已經使管孔尺寸達到了(le)φ 23mm,因而在擴孔(kǒng)過程中,切削量相對較(jiào)小,從而使管孔(kǒng)表麵質量有了較大的保證。擴孔時注意檢查鑽頭磨損情況,必須保(bǎo)持鑽頭切削刃的鋒(fēng)利。
(4)切削液的選擇:在不鏽鋼深(shēn)孔管孔的加工中,潤滑不是主要矛盾,主要矛盾是管板和鑽頭的散熱問題。我們使用10%的乳化液作(zuò)為切削液,將其(qí)加大流量注入到切削刃上,將切削熱盡量多的帶走(zǒu),以延長鑽頭的使用壽命,提高(gāo)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,轉速設置為(wéi)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(zhèng)明,選擇(zé)這樣的切削用量,既可提高工作效(xiào)率,又(yòu)能保證鑽孔質(zhì)量。
3. 結語
采用上述工藝方案加(jiā)工的管孔,經檢查,滿足(zú)管板的各項技術要求。加工時(shí)要注意以下幾點:
(1)在滿足鑽(zuàn)孔深度要求的前提下(xià),應盡量縮短鑽頭的長度,以獲(huò)得鑽頭較高的剛(gāng)度。
(2)鑽頭必須裝正,保持鑽頭鋒利,用(yòng)鈍後及時修磨。
(3)鑽削過程及時觀察切屑排出狀況,若發現切屑雜亂卷結(jié)應立即退刀檢查(chá),以防止切屑堵塞。
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