Механическая обработка кольцевых деталей

1.     В стыках секторов не допускаются сквозные клиновые зазоры. В зависимости от размеров деталей и действующего напора допускаются местные зазоры до 0,05—0,2 мм и протяженностью не более 50—150 мм.

Технологический процесс должен обеспечить выполнение следующих требований (кроме вытекающих из характеристики ответственных сопряжений, изложенных выше).

2.     Непараллельность плоских поверхностей, обрабатываемых с разных установок, не должна быть более 0,1—0,2 мм для всего диапазона размеров деталей: волнистость плоскостей — не более 0,05—0,1 мм.

3.     Несовпадение осей отверстий под крепежные детали в стыках вертикальных разъемов детали не должно превышать диаметрального зазора, допускаемого по действующим нормам грубой сборки. Это требование обусловливает собираемость деталей в цехе и при монтаже турбины без пригоночных работ.

Основные операции технологического процесса механической обработки кольцевых деталей изложены ниже применительно к верхнему кольцу из четырех частей (рис. 9.11).

Рис. 9.11. Верхнее кольцо направляющего аппарата.

1.     Комплект заготовок секторов верхнего кольца устанавливается на разметной плите (одновременно). Это позволяет более точно нанести риски одноименных высотных и радиальных размеров. При разметке наносятся круговые риски обработки плоскостей Т, S, К и Р и радиуса R расположения осей отверстий под подшипники лопаток, а также риски обработки торцев стыковых фланцев. Базами для разметки сектора являются необрабатываемые поверхности наружного 1 и внутреннего 5 фланцев, цилиндрических обечаек 3 и 4.

2.     Обработка плоскостей торцев стыковых фланцев 2 секторов производится таким образом, чтобы исключить возможность образования сквозных зазоров. С этой целью сначала обрабатываются сопрягаемые стыки смежных секторов А—Б и В—Г. Установку сектора у горизонтально-расточного станка производят по рискам разметки. Правильность положения сектора в вертикальной плоскости проверяют по круговым рискам, нанесенным на цилиндрической поверхности внутреннего фланца 5. Установку сектора в плане выверяют по круговой риске радиуса R (рис. 9.12) с помощью установочного центра, закрепляемого в шпинделе станка, и штангенциркуля. Строго вертикально выставленная игла центра совмещается с пересечением круговой риски радиуса R и риски обработки торца фланца. Затем колонку станка перемещают на расстояние R и соответствующим раствором штангенциркуля из углубления на центре описывают дугу радиуса R. При правильной установке сектора прочерчиваемая штангенциркулем дуга должна совпадать с круговой риской разметки.

Использование такой большой установочной базы позволяет свести к минимуму диаметральную погрешность полукольца после соединения секторов. Этот процесс особенно эффективен в случае обработки кольцевой детали из шести или восьми частей, так как позволяет избежать чрезмерных отклонений в результате суммирования погрешностей. Фрезерование плоскости осуществляется многорезцовыми головками с диаметром обработки до 800 мм.

Рис. 9.12. Схема установки сектора верхнего кольца для обработки плоскости стыка на горизонтально-расточном станке


Рис. 9.13. Зеркальный шаблон для разметки отверстий на стыковых фланцах секторов верхнего кольца.

3.     Разметка отверстий под болты и штифты производится по зеркальному шаблону (рис. 9.13) без снятия детали со станка. Для этого на плоскости стыка с помощью чертилки, закрепленной  в шпинделе станка, наносятся вертикальная риска, соответствующая радиусу R, и горизонтальные, соответствующие опорным поверхностям Т и К фланцев. Шаблон выполненными на нем вырезами совмещается с рисками, после чего положение отверстий переносится на плоскость стыка. Применение шаблона [17] позволяет! производить независимую полную обработку сопрягаемых стыковых секторов с одной установки на станке. Применяется также метод переводки отверстий с фланца одного сектора на смежный. Существенный недостаток этого способа — необходимость промежуточной сборки секторов и вторичной установки их на станок. При этом значительно возрастает загрузка производственных площадей и увеличивается цикл изготовления направляющих аппаратов.

4.     После обработки сопрягаемых плоскостей фланцев секторы попарно собираются в полукольца и скрепляются болтами. Затем производится развертывание отверстий под штифты, которые фиксируют взаимное расположение секторов.

5.     При разметке половин кольца на разметной плите уточняется положение круговых рисок, нанесенных на отдельных секторах.

6.     По рискам разметки производится установка половины кольца и фрезерование плоскости разъема на обоих стыковых фланцах на горизонтально-расточном станке, имеющем постель протяженностью 15—20 м. На обработанных плоскостях по описанной выше методике размечаются и сверлятся отверстия под болтовые соединения и под штифты. На отверстиях под болты со стороны необрабатываемой поверхности фланцев выполняются подрезки под головки болтов и гайки.

7.     Сборка кольца из половин осуществляется аналогично сборке отдельных секторов.

Такой метод обработки плоскостей стыков разъемных кольцевых деталей обеспечивает соединение секторов без сквозных клиновых зазоров, так как имеет технологический компенсатор угловых погрешностей. Вместе с тем ведутся поиски возможности обработки обоих стыков секторов на специализированном оборудовании с требуемой точностью (по углу), что позволит отказаться от сборки полуколец и обработки плоскости разъема на станках с постелью длиной 15—20 м.

8.     Собранное и закрепленное на болтах и штифтах верхнее кольцо устанавливается на разметной плите, где производится окончательная разметка детали под механическую обработку на токарно-карусельном станке.

9.     Обработка верхнего кольца на токарно-карусельном станке производится с двух установок, в рабочем и перевернутом положении детали.

В первом положении деталь выставляется на подставках и выверяется по рискам разметки с помощью клиновых подкладок. При первой установке протачиваются плоскости S и К (см. рис. 9.11) и внутренний диаметр фланца 5. Затем на плоскости К фланца 5 резцом наносится круговая риска I расположения осей отверстий под крепежные детали для соединения с крышкой турбины. Диаметральный размер круговой риски фиксируется в бланке замеров. Затем кольцо разбирается на половины, каждая из которых кантуется отдельно. Собранное вновь кольцо устанавливают на планшайбе токарно-карусельного станка на подставки, предварительно проточенные в один размер по высоте. Это обеспечивает горизонтальность опорной плоскости, а следовательно, позволяет свести к минимуму непараллельность плоскостей детали, обрабатываемых с разных установок.

Во втором положении протачиваются наружный фланец 1 и плоскость нижнего листа 6 (см. рис. 9.11). На плоскости Т фланца наносится круговая риска f с отклонением ±0,5 мм от формулярного размера аналогичной риски на сопрягаемом фланце статора турбины. На плоскости Р протачивается кольцевая канавка для установки резинового шнура уплотнения закрытого направляющего аппарата.

10.    Обработка отверстий под подшипники лопаток производится на горизонтально-расточном станке в половинах кольца или отдельных секторах в зависимости от размеров детали (рис. 9.14), которая устанавливается плоскостью Р перпендикулярно к шпинделю станка. Точность установки проверяется индикатором. Для обработки каждого отверстия шпиндель станка с помощью иглы расцентровывается по рискам разметки.

Рис. 9.14. Обработка отверстий под подшипники лопаток в крышке турбины.

Рис. 9.15. Шаговый зеркальный шаблон для разметки отверстий во фланцах кольцевых деталей.

11.    Сверление отверстий во фланцах 1 и 5 (см. рис. 9.11) производится на радиально-сверлильных станках по разметке с помощью шаговых зеркальных шаблонов или кондукторов [17]. Базами для установки шаблона (рис. 9.15) служат круговая риска, нанесенная при обработке кольца на токарно-карусельном станке, и радиальные лучи разметки. Количество радиальных лучей соответствует или кратно количеству секторов кольца, а их расположение одинаково для сопрягаемых деталей. Достаточное совпадение круговых рисок обеспечивается технологически, как описано в операции 9. Чтобы шаблон не был слишком громоздким, его выполняют для обработки пяти-шести отверстий. После разметки первой группы отверстий шаблон перемещают до совмещения первого отверстия в нем с последним из размеченных ранее. Аналогично наносят разметку следующей группы отверстий. По шаблону можно вести разметку в обе стороны от луча, так как он зеркальный. Этот метод позволяет обеспечить необходимую точность расположения отверстий во фланцах соединяемых деталей. В некоторых случаях применяется также метод переводки отверстий с одной детали на другую. Однако его технико-экономические показатели значительно ниже. Резьбовые отверстия нарезают на тех же радиально-сверлильных станках с помощью специальных машинок. Для выполнения крупных резьб (больше М64) применяют машинки с фрикционными дисками конструкции объединения ЛМЗ.

При механической обработке нижнего кольца должно быть учтено требование соосности отверстий для подшипников лопаток с соответствующими отверстиями в верхнем кольце. Разноосность для наиболее крупных турбин не должна превышать 0,2—0,3 мм. Для небольших по размерам направляющих аппаратов требуемая соосность может быть обеспечена совместной расточкой отверстий в соединенных между собой кольцевых деталях.

Для турбин, в которых совместная обработка отверстий неприменима, в объединении ЛM3 разработана технология с применением установочных колец. На рис. 9.16 приведена схема, отражающая сущность этого метода. Верхнее кольцо 1 после расточки отверстий устанавливается на нижнее кольцо 3 и расцентровывается с ним в радиальном направлении (по величине а) и рискам осей в плане. В обработанные отверстия верхнего кольца 1 устанавливаются кольца 2. Диаметральный зазор между отверстиями и кольцами определяется посадкой А3/Д и не превышает 0,15— 0,2 мм. Установочные кольца в трех точках прихватываются электросваркой 4 к нижнему кольцу 3, после чего верхнее кольцо снимается. Последующая обработка отверстий в секторах нижнего кольца производится аналогично изложенной выше с выверкой шпинделя станка по установочным кольцам с помощью индикатора с точностью до 0,03 мм. Новая технология позволила обеспечить требование соосности отверстий в указанных выше пределах. Применявшийся ранее метод переводки отверстий путем обчерчивания и выверки шпинделя станка чертилкой по полученной таким образом риске не обеспечивал требуемой точности.

Рис. 9.16. Схема перевода отверстий под подшипники лопаток на нижнее кольцо с помощью установочных колец

Порядок обработки плоскостей стыков для нижних колец из шести или восьми частей несколько меняется при сохранении общей методики. Оба стыка секторов, расположенных в средней части полуколец, обрабатываются окончательно. Стыки крайних секторов полуколец и сами полукольца в сборе обрабатываются аналогично изложенному ранее.

Нижние кольца и крышки высоконапорных радиально-осевых гидротурбин защищают со стороны проточной части, а также в местах установки колец лабиринтных уплотнений листовой нержавеющей сталью марки 08Х13. В этом случае на состыкованном кольце вначале протачивается облицовываемая поверхность. Затем на отдельных секторах устанавливаются и притягиваются к ней листы (или обечайки) облицовки, которая затем крепится электрозаклепками и электросваркой по контуру. Отверстия в облицовке выполняются заранее. Сварка выполняется электродами марки ЭА-395/9. Обработка нижнего кольца на токарно-карусельном станке производится в соответствии с общими принципами обработки кольцевых деталей.