P91、T91材料机械切割加工中刀具存在问题的改进
查看次数: 发布日期:2010-02-25

1 P91、T91材料集箱机械加工流程
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。
2 刀具存在的问题分析及改进

图1 集箱焊接坡口 

图2 成形刀片
筒身上管孔加工
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)
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:
(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;
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。
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。
表1 普通高速钢与硬质合金性能对比表 材料  常温硬
度HRC  耐热性
温度/℃  高温硬
度HRC  抗弯强
度/MPa 
变通高
速钢  62-66  550-600  (600℃)
48.5  3430 
硬质合金  74-80  800-1000  (1000℃)
70  1470
水压后管接头倒角存在的问题分析
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。
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。
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。
3 结束语
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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