仿形加工在壓力容器制造中的應(yīng)用

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序言仿形加工是以事先制成的型模為依據(jù)，加工過(guò)程在一定的壓力作用下，使觸頭對(duì)型模工作表面緊密接觸，并沿其表面移動(dòng)，通過(guò)仿形機(jī)構(gòu)完成信息傳遞，使刀具或工件的運(yùn)動(dòng)軌跡作同步仿形動(dòng)作進(jìn)行切削加工的方法。按照工作原理，仿形加工可分為機(jī)械式、液壓式、電控式、電液式和光電式等。由于機(jī)械式仿形加工操作簡(jiǎn)單、接觸力小、加工效率高、質(zhì)量穩(wěn)定可靠及加工精度高，因此被廣泛應(yīng)用于核電、醫(yī)藥和精密制造等中、高端制造領(lǐng)域。同時(shí)，因其適用性強(qiáng)、安全性能高而逐漸在化工裝備、壓力容器等制造業(yè)中大型非標(biāo)批量零部件的加工中被廣泛使用。2

裙座基礎(chǔ)環(huán)板U型缺口及其加工工藝選擇裙式支座（簡(jiǎn)稱(chēng)裙座）是壓力容器的主要部件之一，用來(lái)支承塔器或者比較大、重的立式容器。裙座底板加工的重要技術(shù)指標(biāo)為外形尺寸和定位尺寸。裙座基礎(chǔ)環(huán)板如圖1所示，均布34個(gè)R36mm的U型缺口，表面粗糙度值Ra=3.2μm。地腳螺栓中心圓直徑公差、相鄰兩孔弦長(zhǎng)公差和任意兩孔弦長(zhǎng)公差為±2mm。U型缺口的主要作用為連接地腳螺栓的工藝過(guò)孔，加工技術(shù)要求不高。按原有工藝方法，采用劃線→以上環(huán)板配鉆螺栓工藝孔→銑缺口的機(jī)械加工方法，加工質(zhì)量穩(wěn)定可靠，但加工周期較長(zhǎng)，效率較低，不能滿足實(shí)際生產(chǎn)需要。若采用氣割修磨，則加工質(zhì)量好壞全憑操作人員的經(jīng)驗(yàn)和技能水平，加工質(zhì)量不穩(wěn)定，割后修磨工作量較大，僅適用于單件、小批量生產(chǎn)；若采用水切割、激光切割等方法，則均由于零件外形較大、費(fèi)用較高等原因而不能滿足生產(chǎn)需要。根據(jù)設(shè)計(jì)圖樣加工技術(shù)要求和使用工況條件，決定采用仿形加工。圖1裙座基礎(chǔ)環(huán)板3

設(shè)備選用零件材料為普通碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235-B，是裙座部件常用材料。根據(jù)零件的加工特點(diǎn)和技術(shù)要求，選用CG2-150型仿形切割機(jī)進(jìn)行加工，它是一種利用仿形原理生產(chǎn)的高效率、半自動(dòng)氣割低碳合金鋼板的專(zhuān)用切割設(shè)備。采用機(jī)械式結(jié)構(gòu)，適用于常見(jiàn)的低合金材料中、厚板的切割和批量生產(chǎn)。設(shè)備采用高強(qiáng)度鋁錠精密鑄制而成，主要由機(jī)身、主軸、仿形機(jī)構(gòu)、型板裝夾裝置、割炬和底座等部件組成，具有設(shè)備體積小、自重輕、切割表面質(zhì)量好、切割精度高、切割范圍大及生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)[2]。4

工藝過(guò)程4.1型模加工由于仿形加工主要以型模為依據(jù)，因此必須制造符合要求的型模。在一般機(jī)械加工或線切割加工中，樣板厚度＞8mm，材料選用普通碳素結(jié)構(gòu)鋼，以加強(qiáng)磁性。型模表面粗糙度值比工件表面粗糙度值略大一些，保證觸頭與型模接觸有足夠的摩擦力（10～50N）。若型模接觸表面粗糙度值小，則容易打滑。磁滾輪與樣板接觸面必須配合良好，否則會(huì)減少樣板的吸附力。U型型模如圖2所示，表面粗糙度值Ra=6.3μm，外形尺寸公差按照GB/T1804—2000《一般公差未注公差的線性和角度尺寸的公差》中的下差進(jìn)行加工。為保證質(zhì)量和進(jìn)度，采用線切割方式進(jìn)行加工，并在工件中心位置加工φ10mm安裝工藝孔，便于在仿形切割機(jī)上安裝。圖2U型型模4.2操作前的準(zhǔn)備工作為保證設(shè)備平衡，將配重平衡錘的兩個(gè)平衡棒插入變速箱下部的孔內(nèi)，用螺釘固定；連接上AC220V電源，保證設(shè)備動(dòng)力需要；分別將氣體分配器用φ8mm橡膠管通過(guò)減壓閥連接上氧氣、乙炔，接口處用卡箍密封，防止漏氣。由于待切割板材厚度為50mm，因此選用3號(hào)割嘴裝到割炬上，擰緊螺帽，使接觸部分能很好地貼合，保證密封和聯(lián)接強(qiáng)度。檢查割炬的射吸性能、風(fēng)線是否良好，調(diào)節(jié)預(yù)熱火焰的能率。4.3設(shè)備定位

為防止設(shè)備偏移造成加工失誤，需將機(jī)器平衡地固定在切割材料上。利用機(jī)座4個(gè)角上安裝的能夠自由活動(dòng)的球形螺柱調(diào)整平面度，通過(guò)調(diào)節(jié)螺釘使機(jī)器穩(wěn)定及保持水平，以保證切割加工表面與工件垂直。4.4樣板固定樣板固定的具體操作步驟為：①卸下原有長(zhǎng)螺栓，將固定樣板清潔，去除表面污漬、毛刺等，從下往上用螺栓由工藝孔插入。②在樣板上面放一個(gè)專(zhuān)用墊圈，與設(shè)備套筒聯(lián)接。③把六角頭螺栓從下部裝入帶孔的螺栓孔。④在六角頭螺栓上放另一墊圈，然后擰緊螺母，防止樣板橫向偏移。4.5加工步驟裙座基礎(chǔ)環(huán)板U型缺口的具體加工步驟如下。1）清理待切割表面油污、鐵銹等雜質(zhì)，將內(nèi)、外圓加工好的型模水平放置在離地面100～150mm處，使工件下面留有一定的間隙，以利于熔渣的吹出。由于工件較大，因此采用劃線定位，確定加工中心和外形尺寸?；A(chǔ)環(huán)板厚50mm，選用3號(hào)管嘴，調(diào)整各項(xiàng)切割技術(shù)參數(shù)。氧氣壓力為0.8～1.0MPa，乙炔壓力為0.06Mpa。2）連接至機(jī)頭，先開(kāi)乙炔閥門(mén)，再微開(kāi)氧氣閥門(mén)點(diǎn)火，調(diào)節(jié)高壓氧，觀察風(fēng)線是否良好，風(fēng)線從割炬口噴出來(lái)有一定長(zhǎng)度，焰心呈淡藍(lán)白色，具有很高的溫度，是能否順利切割的決定性因素。

3）起割。起割點(diǎn)選擇在割件邊緣，先用預(yù)熱火焰加熱金屬，待預(yù)熱呈亮紅色時(shí)，將火焰移至邊緣以外，同時(shí)慢慢打開(kāi)切割氧氣閥門(mén)，用風(fēng)線找正定位準(zhǔn)確后進(jìn)行加工。操作人員在安全區(qū)域目視檢查對(duì)正位置是否在中心位置，誤差控制在±1.5mm。根據(jù)零件材料和加工要求選用合適的切割速度，若切割速度過(guò)快，則切割不透鋼板；若切割速度過(guò)慢，則切割后容易粘連在一起。由于工件切割面相對(duì)較小，因此切割速度選30～50mm/min[3]。加工過(guò)程嚴(yán)密觀察切割線與定位線是否完全重合，出現(xiàn)偏差時(shí)及時(shí)調(diào)整。對(duì)首次加工的U型缺口進(jìn)行自檢、互檢及專(zhuān)檢檢測(cè)，外形尺寸和公差符合要求后再進(jìn)行后續(xù)加工。若存在偏差則需及時(shí)調(diào)整技術(shù)參數(shù)，保證加工質(zhì)量。基礎(chǔ)環(huán)板加工完成后，關(guān)閉電源、氣源等，清理工作現(xiàn)場(chǎng)。

U型缺口單件加工時(shí)間為20min，實(shí)踐表明，34個(gè)φ36mm的U型缺口加工質(zhì)量穩(wěn)定可靠，與傳統(tǒng)工藝方法相比節(jié)省了大量加工時(shí)間。用游標(biāo)卡尺和卷尺分別對(duì)U型缺口的外形尺寸和相關(guān)聯(lián)尺寸進(jìn)行檢測(cè)，完全符合設(shè)計(jì)要求。5

結(jié)束語(yǔ)仿形加工技術(shù)在壓力容器領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，證明它是一種加工質(zhì)量可靠、效率高的工藝方法。其設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便