P91、T91材料機(jī)械加工中刀具存在問(wèn)題的改進(jìn)
時(shí)間:2011-06-06 08:46:13 來(lái)源:未知
0 引言
P91、T91材料耐熱鋼，具有較高的持久強(qiáng)度，良好的高溫抗氧化性和抗腐蝕性，已大量應(yīng)用于300MW、600MW鍋爐產(chǎn)品中。由于P91、T91材料屬于馬氏體鋼，硬度很高，其機(jī)械加工性能差，因而對(duì)切削刀具提出了更新的要求。本文針對(duì)P91、T91材料集箱在機(jī)加過(guò)程中刀具存在的問(wèn)題加以分析，并提出了改進(jìn)方法。
1 P91、T91材料集箱機(jī)械加工流程
在集箱車間鍋爐集箱的機(jī)械加工主要有3道工序：筒身對(duì)接坡口的加工；筒身上管孔加工；水壓后管接頭管端倒角。筒身對(duì)接坡口加工在鏜床進(jìn)行，管孔加工及管端倒角都是由鉆床完成的。
2 刀具存在的問(wèn)題分析及改進(jìn)
圖1 集箱焊接坡口
圖2 成形刀片
- 筒身上管孔加工
- 目前，300MW、600MW鍋爐集箱筒身上管孔形式多為CE標(biāo)準(zhǔn)的焊接坡口形式(如圖1)，該種形式的孔加工刀具為普通麻花鉆頭及成形刀片，成形刀片是按焊接坡口要求設(shè)計(jì)的，由高速鋼W18Cr4V制成。(如圖2)
- 在切削加工中，被加工層材料會(huì)產(chǎn)生劇烈的塑性變形，從而發(fā)生硬化，材料經(jīng)加工硬化后，其硬度比原始硬度提高很多。一般情況下，金屬材料的硬度和強(qiáng)度越高，則切削力越大，切削溫度越高。P91材料強(qiáng)度、硬度都很高，特別是高溫硬度高，因而在切削加工中會(huì)出現(xiàn)以下一些問(wèn)題：
- (1)強(qiáng)度較高，因而切削力大；(2)硬度較高，尤其是高溫硬度高于其他金屬材料，加工時(shí)硬度由于塑性變形而進(jìn)一步硬化；(3)導(dǎo)熱系數(shù)低，因而切削溫度高；
- 普通鉆頭是由普通高速鋼制成，它的硬度和耐熱性較低，加工P91材料時(shí)，由于被加工材料的硬度和強(qiáng)度都很高，因而切削力大，當(dāng)切削速度升高時(shí)，切削溫度會(huì)隨之升高，鉆頭的金相組織就會(huì)發(fā)生變化，由馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橛捕容^低的托氏體、索氏體或硬度很低的奧氏體，從而喪失切削能力，產(chǎn)生“燒刀”現(xiàn)象。特別是在焊縫處，加工十分困難，鉆頭的刃磨次數(shù)增加。用形成刀片加工焊接坡口，由于形成刀片薄，刀片材料硬度和耐熱性較低，在高硬度和高切削力的作用下，刀片易碎，損耗加大，用該刀片加工P91材料比加工普通材料用量高出大約5倍，而切削速度只有40r/min，進(jìn)給量0.2mm/r，生產(chǎn)效率低。
- 針對(duì)上述情況，我們?cè)诩庸r(shí)改用合金鉆頭進(jìn)行切削，由于硬質(zhì)合金切削溫度可達(dá)800～1000℃，高溫硬度高(表1)，切削速度提高了一倍，減少了刀具的刃磨，提高了生產(chǎn)效率。
表1 普通高速鋼與硬質(zhì)合金性能對(duì)比表
材料
常溫硬
度HRC
耐熱性
溫度/℃
高溫硬
度HRC
抗彎強(qiáng)
度/MPa
變通高
速鋼
62-66
550-600
(600℃)
48.5
3430
硬質(zhì)合金
74-80
800-1000
(1000℃)
70
1470
- 水壓后管接頭倒角存在的問(wèn)題分析
- 隨著生產(chǎn)的不斷發(fā)展，對(duì)鍋爐各部件質(zhì)量要求越來(lái)越高，水壓試驗(yàn)成為檢驗(yàn)300MW、600MW鍋爐集箱角焊縫質(zhì)量的一重要手段。與300MW以下鍋爐不同的是，300MW、600MW鍋爐集箱的管接頭不是采用滾壓形式密封，而是采用在管接頭上端焊水壓蓋形式密封。對(duì)于普通材料，水壓后用氣割的方法去除水壓蓋，然后倒角，由于T91材料氣割后硬度急劇升高而難以加工，因而不能用氣割的方法去除水壓蓋，而是用鉆頭將水壓蓋鉆掉，然后進(jìn)行倒角。
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- 由于焊接后其焊縫硬度高于母材很多，且硬度分布不均勻，易形成斷屑切削，又由于300MW、600MW管接頭多為長(zhǎng)管和彎管形式，鉆床所用夾具為V型架，因而整個(gè)加工系統(tǒng)的剛性較差。用普通麻花鉆切削時(shí)，由于焊縫處硬度高，容易“燒刀”和崩刃，降低了刀具的使用壽命，又由于系統(tǒng)剛性差加工時(shí)鉆頭容易折斷，使刀具的破損嚴(yán)重，消耗量大。實(shí)際生產(chǎn)中，鉆床轉(zhuǎn)速50r/min，進(jìn)給量0.3mm/r，鉆頭鉆10個(gè)左右管接頭就要磨一次鉆頭，不僅降低了生產(chǎn)效率，而且增加了勞動(dòng)強(qiáng)度。如果采用合金鉆頭，由于硬質(zhì)合金韌性差，抗彎強(qiáng)度低，在剛性不好的條件下切削，切削過(guò)程產(chǎn)生的振動(dòng)，容易使合金刀刃崩裂。
- 針對(duì)管接頭倒角時(shí)，加工系統(tǒng)剛性差的狀況，我們改用錐形锪鉆加工水壓蓋焊縫。使用錐形锪鉆，由于切削刃增加，以及其自身的導(dǎo)向性，增加了切削的穩(wěn)定性。在實(shí)際生產(chǎn)中，用沉頭锪鉆改磨錐形锪鉆切削焊縫，切削速度可達(dá)200r/min，進(jìn)給量達(dá)0.5mm，而且減少了“燒刀”現(xiàn)象，提高了勞動(dòng)效率，同時(shí)減少了刀具的損耗，降低了成本。
3 結(jié)束語(yǔ)
隨著耐高溫鋼等難加工材料越來(lái)越多應(yīng)用于鍋爐產(chǎn)品，普通高速鋼已不能滿足這些材料的加工，采用新型高性能的刀具材料，將成為刀具發(fā)展的新趨勢(shì)。