金窩水輪發(fā)電機組進(jìn)水球閥閥體的劃線(xiàn)加工

　　本文以CAD繪圖軟件三維造型為基礎，對金窩水電站大型進(jìn)水球閥閥體的劃檢劃線(xiàn)序進(jìn)行探討，并形成一套完整的劃檢劃線(xiàn)方法，為后續球形閥閥體的金加工基準提供了可靠的依據。

1、引言

　　隨著(zhù)計算機技術(shù)應用的飛速發(fā)展，越來(lái)越多的復雜零部件，設計人員利用計算機進(jìn)行CAD三維設計和制圖。但鑄件的鑄造技術(shù)還沒(méi)有跟上設計要求，其毛坯尺寸誤差大，尤其是對曲面鑄件這類(lèi)復雜程度很高的工件，很多空間曲面的尺寸精度和形狀精度難以達到圖紙設計要求，那么在劃線(xiàn)檢查時(shí)，對基準的選擇，多點(diǎn)基準的校借勢必帶來(lái)影響。金窩水輪發(fā)電機組球閥的大型前(后)閥體，就是一個(gè)代表性的鑄件。因此我們把計算機繪圖軟件(CAD)三維造型應用到劃檢劃線(xiàn)當中，解決了鑄件毛坯自身基準不準，又相互矛盾這一問(wèn)題，攻克了劃線(xiàn)過(guò)程中的“瓶頸”，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

2、球閥概況及加工要求

　　2.1、球形閥概況

　　金窩電站水輪發(fā)電機組為我公司設計制造的國內單機容量及轉輪直徑最大的高轉速沖擊式水輪發(fā)電機組，該球閥是為金窩水輪發(fā)電機組配套的進(jìn)水球閥，也是我公司目前設計和制造的最高水頭下的大直徑球閥，球閥設置在上游壓力鋼管與水輪機之間，其作用是在機組出現事故的情況時(shí)，能夠緊急關(guān)閉，將水流斷開(kāi)，防止事故擴大。另外，在機組檢修或長(cháng)期停機時(shí)，截斷進(jìn)水，保護機組。

　　球閥形閥體是球閥的主要部件，由前、后閥體兩部分組成，該閥體采用斜分瓣法蘭把合結構，把合面與活門(mén)軸孔成33°夾角，其形狀如圖1、圖2所示。

圖1 前閥體三維造型

圖2 閥體裝配簡(jiǎn)圖

　　球閥的相關(guān)參數：

　　球閥最大工作水頭：620m

　　升壓水頭：775m

　　水壓試驗壓力：11.65MPa

　　球閥直徑：1900mm

　　閥體外徑：3070mm

　　閥體內徑：2880mm

　　把合法蘭直徑：3850mm

　　閥體材料：鑄鋼 ZG20SiMn

　　閥體重量：42.9t

　　2.2、閥體的加工要求

　　閥體毛坯為鑄件，劃線(xiàn)后按圖紙要求加工。其閥體內徑，分瓣法蘭面，進(jìn)出水端，活門(mén)軸孔等均要 求加工，并且各部位有嚴格的尺寸公差和形位公差要求。由于閥體為空間曲面，且鑄件毛坯誤差大， 加工時(shí)尺寸及形位公差精度要求高，要求劃檢劃線(xiàn)必須提供較準確的基準及余量數據，為后續金加工提供可靠保證。

3、傳統劃檢劃線(xiàn)方法及誤差分析

　　3.1、劃線(xiàn)工具

　　劃線(xiàn)過(guò)程是一個(gè)復雜的過(guò)程，因此劃線(xiàn)前，我們應準備相關(guān)的劃線(xiàn)工具。在此只說(shuō)明劃球閥時(shí)所用到的工具。劃線(xiàn)工具有等高塊、千斤頂、劃針、樣沖、鐵錘、劃線(xiàn)盤(pán)、劃卡、劃規、地規、連接規、油杯、尼龍繩、計算器;劃線(xiàn)過(guò)程的用到的測量工具有卷尺、鋼直尺、鋼板尺;同時(shí)還需要一些輔助工具有木條(主要是找中心或劃圓所用)、劃線(xiàn)用的涂料等。

　　3.2、傳統的劃線(xiàn)方法

　　以前閥體為例：

　　(1)把進(jìn)水法蘭面(P向平面)向下(如圖3)，放在劃線(xiàn)平臺上，制作一個(gè)33°的鐵皮樣板，以樣板為基準，檢查調整把合面角度(Q向平面)，再按活門(mén)軸孔(K向平面)法蘭外圓求圓心O3，以O3中心點(diǎn)進(jìn)行校借(Q向平面)斜面。

圖3

　　(2)在把合面(Q向平面)法蘭內腔安裝活動(dòng)中 心，以?xún)葓A為基準求圓心(O1)，并投影到平臺上，再以進(jìn)水法蘭(P向平面)外圓求圓心并標記在平臺上(O2)，檢查(O1、O2)兩圓心的差值，進(jìn)行校 借，確定(O1、O2)兩個(gè)圓心點(diǎn)在一條垂線(xiàn)上。

　　(3)以活門(mén)法蘭(K向平面)外圓為基準求軸孔中心得O3點(diǎn)，再把活門(mén)中心用角尺投到平臺上a點(diǎn)，以02為圓心劃一圓線(xiàn)，連接 a、O2。在圓線(xiàn)上取一點(diǎn)d，以d點(diǎn)為基準，在該圓線(xiàn)上做4等份 d、d1、d2、d3。并將 d、d1、d2、d3 四點(diǎn)，投到P向法平 面蘭外圓上。以 O1、O3 為基準線(xiàn)，并在(P向平面)法蘭平面上，劃P向端面加工線(xiàn)。以 d、d1、d2、d3十字線(xiàn)為基準，劃(K向平面)法蘭面平面加工線(xiàn)。

　　(4)將工件翻身，按d1、d3點(diǎn)為基準，找左右正，以(K 向平面)圓心點(diǎn)找上下正，在以 d1、d3 點(diǎn)為基準，劃(Q向平面)把合面加工線(xiàn)。

　　3.3、誤差分析

　　上述劃線(xiàn)方法，最大問(wèn)題在于求出的O1點(diǎn)，是不準確的，按毛坯求出的圓心，與用CAD軟件三維造型，在電腦上劃出來(lái)的中心誤差較大，按毛坯求出的圓心，與加工去掉后的圓心，成33 °的夾角(如圖4)，我們通過(guò)計算機三維造型，了解到我 們在劃線(xiàn)過(guò)程中所出現的問(wèn)題，同時(shí)也更加精確地找到了劃線(xiàn)的方法。用計算機三維造型，可以直接 得到 O1、O2、O3圓心點(diǎn)的幾何尺寸。使劃線(xiàn)的結果更加準確，更加方便，效率更高。

圖4

4、針對傳統劃檢劃線(xiàn)方法的不足采取的措施

　　4.1、目前的劃線(xiàn)方法

　　4.1.1、圖樣的技術(shù)分析及劃線(xiàn)前的準備

　　對圖樣的技術(shù)分析，三個(gè)法蘭面的圓心點(diǎn)是前(后)閥體的設計基準。但都在立體空間中，角度線(xiàn) 無(wú)法劃出,按照毛坯所求的圓心,有一個(gè)面與水平始終存在一個(gè)夾角，中心點(diǎn)無(wú)法確定。需要解決的問(wèn) 題就是如何消除這個(gè)夾角所帶來(lái)的尺寸誤差。工件的擺方方向,是保證基準的選擇要點(diǎn)。三個(gè)圓心的幾何位置，是閥體的設計基準，要求基準在劃線(xiàn)時(shí)盡量與圖樣保持一致。工具準備，除正常的劃線(xiàn)工具外，還須準備三個(gè)活動(dòng)中心。

　　4.1.2、找正、檢查、借料

　　如圖5所示，先測量出(Q向平面)法蘭面毛坯板厚，確定法蘭面加工余量，確定水平高度，把三個(gè)活動(dòng)中心分別調整到鑄件內孔處，以(Q向平面)內腔為基準，在活動(dòng)中心上求出圓心O1，并打上洋沖 眼。同樣以(K向平面)和(P向平面)內腔求圓心，分別投影到活動(dòng)中心上，檢查三個(gè)圓心點(diǎn)是否在同一條線(xiàn)上，若不在，只需要調水平左右進(jìn)行效借。

圖5

　　當三個(gè)圓心在一條直線(xiàn)上時(shí)，證明左右水平正已找好。在用呢絨線(xiàn)以O1點(diǎn)為基準，按CAD所劃出的尺寸，作O2、O3圓心點(diǎn)的射線(xiàn)。方法以O1點(diǎn)為基準點(diǎn)，用呢絨線(xiàn)作圖樣理論上的射線(xiàn)，檢查K向平面和P向平面上下內腔兩點(diǎn)圓的加工量，最后在對三個(gè)中心點(diǎn)進(jìn)行前后、上下進(jìn)行效借，調借到滿(mǎn)足設計要求為止，最終確定圓心點(diǎn)O1、O2、O3。

　　4.1.3、劃線(xiàn)

　　如圖5所示，Q平面向下放置于劃線(xiàn)平臺上，以O2、O3 圓心點(diǎn)，分別劃出各自法蘭圓的加工圓線(xiàn)，按H1、H2 的高度尺寸，在K 向平面和P 向平面的法蘭外圓定出法蘭水平基準線(xiàn)，同時(shí)在Q 向平面法蘭外圓劃端面加工線(xiàn)和看線(xiàn)。在平臺上以O1 點(diǎn)圓心為基準，O3 點(diǎn)為基準點(diǎn)劃坐標線(xiàn)，再分別投到Q 向平面法蘭外圓上，分別與Q 向法蘭外圓有四個(gè)交點(diǎn)Q1、Q2、Q3、Q4。然后再作L1、L2的水平線(xiàn)，并分別投到K 向平面和P 向平面的法蘭外圓上，與P、K 平面水平線(xiàn)相交得P1、P2、K1、K2 點(diǎn)。P1 和P2 是P 向平面法蘭面加工量的基準點(diǎn)，K1 和K2 是K向平面法蘭面加工量的基準點(diǎn)。

　　將工件翻身，P向平面向下放置于劃線(xiàn)平臺上(如圖6所示)，以P1、P2 兩點(diǎn)為基準找水平，再以P1、P2 高度為基準，劃上H3 尺寸，同時(shí)以K1、K2、Q1、Q2 四點(diǎn)找出整個(gè)工件的水平正。以P1、P2 兩點(diǎn)高度為基準，劃P向平面法蘭面最終加工線(xiàn)及看線(xiàn)。分別將P1、P2 兩點(diǎn)，投到劃線(xiàn)平臺上，作L3 的水平線(xiàn)，劃出K 向平面法蘭面加工線(xiàn)及看線(xiàn)。

　　4.1.4、檢查

圖6

　　按圖樣尺寸，檢查所有劃線(xiàn)尺寸，確定無(wú)誤后，在加工線(xiàn)、看線(xiàn)上打上洋沖眼和相關(guān)標識。

　　4.2、針對傳統劃檢劃線(xiàn)方法的不足采取的措施

　　對于高水頭的沖擊式水輪機組，由于水頭較高，對球閥的要求比較嚴格，閥體較多的采用斜分瓣結構，即前后閥體的把合面與進(jìn)出水口軸線(xiàn)帶角度，使劃線(xiàn)和加工更加復雜。

　　傳統的劃線(xiàn)方法不足之處：

　　(1)劃線(xiàn)時(shí)基準選擇誤差大�；鶞蕬�該是三個(gè)軸的法蘭中心點(diǎn)為基準，把合面法蘭中心點(diǎn)選擇錯了，會(huì )造成把合面法蘭中心點(diǎn)，不能垂直于進(jìn)(出)水端法蘭中心點(diǎn)。同樣，活門(mén)法蘭中心點(diǎn)，與把合面法蘭中心點(diǎn)，也將有一個(gè)夾角，就會(huì )使活門(mén)軸孔法蘭加工量前后不均勻，進(jìn)出水口內腔加工量偏移較大，造成工件內腔補焊打磨。

　　(2)不能找到鑄造時(shí)的第一基準。鑄造時(shí)的基準也是三個(gè)法蘭的中心點(diǎn)，基準選擇錯了，會(huì )造成在球閥總裝時(shí)，因內腔本體干涉，活門(mén)不能完成開(kāi)關(guān)動(dòng)作，就必須進(jìn)行補焊、吹爆、打磨。嚴重時(shí)，會(huì )使前后閥體把合面變形產(chǎn)生間隙，這時(shí)就必須重新上機臺加工把合面和內外止口。

　　針對加工中反映出的問(wèn)題，推動(dòng)劃線(xiàn)的改革創(chuàng )新。通過(guò)利用計算機CAD 制圖軟件知識，在電腦上發(fā)現了出現問(wèn)題的原因，也找到了合理的劃線(xiàn)方法。這種方法，總體來(lái)講就是在工件中，找到基準點(diǎn)，用圖樣和計算機制圖提供的尺寸，用平尺、交尺、呢絨線(xiàn)、劃針盤(pán)等劃線(xiàn)工具，來(lái)作射線(xiàn)的方法，進(jìn)行多點(diǎn)基準的效借，來(lái)保證工件的所有角度，保證整個(gè)坐標系的相對位置，以達到加工的要求。

　　上述最大的創(chuàng )新點(diǎn)在于傳統劃線(xiàn)是在工件上進(jìn)行劃檢劃線(xiàn)，用劃線(xiàn)的手段來(lái)對工件進(jìn)行效借，也就是說(shuō)，基準在工件上。而以CAD 三維造型為依托用射線(xiàn)的方法，是把坐標線(xiàn)先作好(也就是先作好基準線(xiàn))，再用工件對照基準線(xiàn)進(jìn)行調整效借。

　　此方法用在金窩水輪發(fā)電機組球閥前后閥體上，消除了內腔補焊、吹刨這些質(zhì)量問(wèn)題，更沒(méi)有出現過(guò)返修合縫面這一情況。

5、結語(yǔ)

　　從金窩球閥閥體的所有加工工序，到該球閥的總裝情況來(lái)看，雖然直徑和高度較大，但與同類(lèi)型的其它球閥相比所用的加工時(shí)間最短，將計算機技術(shù)應用于球閥前(后)閥體的劃線(xiàn)工作中，提高了工作效率及劃線(xiàn)的準確度，更加合理的分配了各加工部位的余量，消除了后續加工工序中內腔補焊、吹刨、修磨這些嚴重質(zhì)量問(wèn)題，其效率的提高是非常明顯的，不但為公司贏(yíng)得了生產(chǎn)周期，也為我公司今后生產(chǎn)大型球閥時(shí)，改進(jìn)和提高球閥閥體劃線(xiàn)工作做了有益的嘗試，儲備了相關(guān)劃線(xiàn)技術(shù)。