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P91、T91材料机械加工中刀具存在问题的改进

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发表于 2010-10-22 08:32:27 | 显示全部楼层 |阅读模式

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0 引言

' S: Q, ]& z0 b* O& Z6 s' H0 Z
P91、T91材料耐热钢,具有较高的持久强度,良好的高温抗氧化性和抗腐蚀性,已大量应用于300MW、600MW锅炉产品中。由于P91、T91材料属于马氏体钢,硬度很高,其机械加工性能差,因而对切削刀具提出了更新的要求。本文针对P91、T91材料集箱在机加过程中刀具存在的问题加以分析,并提出了改进方法。 3 W4 L0 [9 t% l" Q

1 P91、T91材料集箱机械加工流程

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在集箱车间锅炉集箱的机械加工主要有3道工序:筒身对接坡口的加工;筒身上管孔加工;水压后管接头管端倒角。筒身对接坡口加工在镗床进行,管孔加工及管端倒角都是由钻床完成的。 % P( q9 L7 t" \) \/ g4 W: J; H' F

2 刀具存在的问题分析及改进

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    + a" h7 a2 m! L+ j+ _* Y { ' x4 f+ | G: C! F( v8 E/ n( q6 X4 h# k( U0 K P# }/ l* @$ G1 r" A2 Z# [9 a) O! X+ K7 ]8 X( s" W7 O

    图1 集箱焊接坡口
    3 Z6 l3 ~5 a7 L$ i' z+ m

    图2 成形刀片
    ! O- P3 h. e% t
  1. 筒身上管孔加工 ) e0 F. l. A* \" L1 m
    目前,300MW、600MW锅炉集箱筒身上管孔形式多为CE标准的焊接坡口形式(如图1),该种形式的孔加工刀具为普通麻花钻头及成形刀片,成形刀片是按焊接坡口要求设计的,由高速钢W18Cr4V制成。(如图2) , U- `6 t2 Y$ j
    在切削加工中,被加工层材料会产生剧烈的塑性变形,从而发生硬化,材料经加工硬化后,其硬度比原始硬度提高很多。一般情况下,金属材料的硬度和强度越高,则切削力越大,切削温度越高。P91材料强度、硬度都很高,特别是高温硬度高,因而在切削加工中会出现以下一些问题: & ], z1 @# X/ i; ^4 h2 V
    (1)强度较高,因而切削力大;(2)硬度较高,尤其是高温硬度高于其他金属材料,加工时硬度由于塑性变形而进一步硬化;(3)导热系数低,因而切削温度高; 7 r0 k% U- \- \& e/ l( o1 S0 M
    普通钻头是由普通高速钢制成,它的硬度和耐热性较低,加工P91材料时,由于被加工材料的硬度和强度都很高,因而切削力大,当切削速度升高时,切削温度会随之升高,钻头的金相组织就会发生变化,由马氏体转变为硬度较低的托氏体、索氏体或硬度很低的奥氏体,从而丧失切削能力,产生“烧刀”现象。特别是在焊缝处,加工十分困难,钻头的刃磨次数增加。用形成刀片加工焊接坡口,由于形成刀片薄,刀片材料硬度和耐热性较低,在高硬度和高切削力的作用下,刀片易碎,损耗加大,用该刀片加工P91材料比加工普通材料用量高出大约5倍,而切削速度只有40r/min,进给量0.2mm/r,生产效率低。 0 @5 u! P! f: l# |/ H* }
    针对上述情况,我们在加工时改用合金钻头进行切削,由于硬质合金切削温度可达800~1000℃,高温硬度高(表1),切削速度提高了一倍,减少了刀具的刃磨,提高了生产效率。
    & S. t& w6 p7 B2 B! u8 ~% K( @$ n: R/ a. R" U/ s0 f/ R& Y' [% \) t' M6 C/ {8 `6 k& N" C s+ {7 L3 ]. }: C+ r* n8 u4 a& `/ j3 D# V; L" H& a0 R9 K9 n9 }5 p( f0 n: `9 L B( ^) E+ L& x+ x9 T3 B5 M& s
    表1 普通高速钢与硬质合金性能对比表
    材料 6 ? n- ]( K! L* B3 w 常温硬
    度HRC
    ! B* v" M, f/ _) Q
    耐热性
    温度/℃
    3 M4 s' k" E; B; |7 P
    高温硬
    度HRC
    2 Q1 E$ Z. h0 B/ Z! C
    抗弯强
    度/MPa
    c/ r9 \, [% @# |) `( _9 @
    变通高
    速钢
    4 H# B, h6 Q9 x9 w
    62-66 1 @2 r% [5 V( K% I% T# f. F550-600 # a7 |+ [* W* k6 V- V1 V6 { (600℃)
    48.5
    * _4 L( i. c; Q% }$ ?
    3430 4 O U: o8 r0 B' y8 K
    硬质合金 1 D7 g- v: M) W: q9 k74-80 # c1 V" {% K7 U4 T. \2 R4 H800-1000 . B7 i* b4 x7 [: K% J2 V(1000℃)
    70
    : X, y8 u6 E% G+ Q2 g! z/ z
    1470
    . K7 z- J2 u" S4 l
  2. 水压后管接头倒角存在的问题分析 ; s% C* ^' A& c* v4 D' y d; l3 j
    随着生产的不断发展,对锅炉各部件质量要求越来越高,水压试验成为检验300MW、600MW锅炉集箱角焊缝质量的一重要手段。与300MW以下锅炉不同的是,300MW、600MW锅炉集箱的管接头不是采用滚压形式密封,而是采用在管接头上端焊水压盖形式密封。对于普通材料,水压后用气割的方法去除水压盖,然后倒角,由于T91材料气割后硬度急剧升高而难以加工,因而不能用气割的方法去除水压盖,而是用钻头将水压盖钻掉,然后进行倒角。 % u" y$ N# K# B+ |& g( |
    由于焊接后其焊缝硬度高于母材很多,且硬度分布不均匀,易形成断屑切削,又由于300MW、600MW管接头多为长管和弯管形式,钻床所用夹具为V型架,因而整个加工系统的刚性较差。用普通麻花钻切削时,由于焊缝处硬度高,容易“烧刀”和崩刃,降低了刀具的使用寿命,又由于系统刚性差加工时钻头容易折断,使刀具的破损严重,消耗量大。实际生产中,钻床转速50r/min,进给量0.3mm/r,钻头钻10个左右管接头就要磨一次钻头,不仅降低了生产效率,而且增加了劳动强度。如果采用合金钻头,由于硬质合金韧性差,抗弯强度低,在刚性不好的条件下切削,切削过程产生的振动,容易使合金刀刃崩裂。 ' J* T- P' b, D8 n1 v" \" r2 o0 K
    针对管接头倒角时,加工系统刚性差的状况,我们改用锥形锪钻加工水压盖焊缝。使用锥形锪钻,由于切削刃增加,以及其自身的导向性,增加了切削的稳定性。在实际生产中,用沉头锪钻改磨锥形锪钻切削焊缝,切削速度可达200r/min,进给量达0.5mm,而且减少了“烧刀”现象,提高了劳动效率,同时减少了刀具的损耗,降低了成本。
F9 }9 x/ a# t1 g# |2 C, }3 ~

3 结束语

2 m$ o# L7 y X5 Y. ^
随着耐高温钢等难加工材料越来越多应用于锅炉产品,普通高速钢已不能满足这些材料的加工,采用新型高性能的刀具材料,将成为刀具发展的新趋势。
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