1 引言
隨著計算機技術應用的飛速發展,越來越多的復雜零部件,設計人員利用計算機進行CAD三維設計和制圖。但鑄件的鑄造技術還沒有跟上設計要求,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,那么在劃線檢查時,對基準的選擇,多點基準的校借勢必帶來影響。金窩水輪發電機組球閥的(de)(de)大(da)型(xing)前(后)閥(fa)體,就是一個代表性的(de)(de)鑄(zhu)件(jian)。因此我(wo)們(men)把計算(suan)機繪(hui)圖軟件(jian)(CAD)三維(wei)造型(xing)應用到劃檢(jian)劃線當中(zhong),解(jie)決了鑄(zhu)件(jian)毛(mao)坯自身基準不(bu)準,又相互矛盾(dun)這(zhe)一問題(ti),攻克了劃線過程中(zhong)的(de)(de)“瓶頸”,從而提高產(chan)品(pin)質量和生產(chan)效率。
2 球閥概況及加工要求
2.1 球形閥概況
金窩(wo)電(dian)(dian)站水(shui)(shui)(shui)輪(lun)(lun)(lun)發(fa)(fa)電(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)組(zu)為我公司設計制造的(de)國內單機(ji)(ji)(ji)容量及轉(zhuan)輪(lun)(lun)(lun)直(zhi)徑最大(da)的(de)高(gao)轉(zhuan)速沖擊(ji)式水(shui)(shui)(shui)輪(lun)(lun)(lun)發(fa)(fa)電(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)組(zu),該球閥是為金窩(wo)水(shui)(shui)(shui)輪(lun)(lun)(lun)發(fa)(fa)電(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)組(zu)配套的(de)進(jin)水(shui)(shui)(shui)球閥,也(ye)是我公司目前設計和制造的(de)最高(gao)水(shui)(shui)(shui)頭下(xia)的(de)大(da)直(zhi)徑球閥,球閥設置在上游壓力鋼管(guan)與水(shui)(shui)(shui)輪(lun)(lun)(lun)機(ji)(ji)(ji)之間,其作(zuo)用是在機(ji)(ji)(ji)組(zu)出現(xian)事故的(de)情(qing)況時(shi),能夠緊急關閉,將水(shui)(shui)(shui)流斷開,防止事故擴大(da)。另(ling)外,在機(ji)(ji)(ji)組(zu)檢(jian)修(xiu)或(huo)長(chang)期停機(ji)(ji)(ji)時(shi),截斷進(jin)水(shui)(shui)(shui),保護機(ji)(ji)(ji)組(zu)。
球(qiu)閥形(xing)閥體是球(qiu)閥的主要部件(jian),由前、后閥體兩部分組成,該閥體采用斜分瓣法蘭把(ba)合(he)結構,把(ba)合(he)面與活門軸孔(kong)成33°夾角,其形(xing)狀如(ru)圖1、圖2所示(shi)。
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圖1 前(qian)閥體三維造型
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圖2 閥體裝配簡圖
球(qiu)閥的相關參(can)數:
球閥最大工作水頭:620m
升壓水頭:775m
水壓(ya)(ya)試驗壓(ya)(ya)力:11.65MPa
球閥直徑:1900mm
閥體(ti)外徑:3070mm
閥(fa)體內徑(jing):2880mm
把合法蘭直徑(jing):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(mao)(mao)坯為鑄件,劃線后按圖紙要(yao)求(qiu)加(jia)工(gong)。其閥體內徑,分瓣法蘭面,進出水端,活門(men)軸孔等均要(yao) 求(qiu)加(jia)工(gong),并且各部(bu)位有嚴(yan)格(ge)的(de)尺(chi)寸公差和形位公差要(yao)求(qiu)。由(you)于閥體為空(kong)間(jian)曲面,且鑄件毛(mao)(mao)坯誤(wu)差大, 加(jia)工(gong)時尺(chi)寸及形位公差精(jing)度要(yao)求(qiu)高,要(yao)求(qiu)劃檢劃線必(bi)須(xu)提供較準確的(de)基準及余量數據,為后續(xu)金加(jia)工(gong)提供可靠(kao)保證。
3 傳統劃檢劃線方法及誤差分析
3.1 劃線工具
劃(hua)線(xian)(xian)過(guo)程是一個復雜的(de)過(guo)程,因此劃(hua)線(xian)(xian)前,我(wo)們應準備相關(guan)的(de)劃(hua)線(xian)(xian)工(gong)具(ju)。在此只(zhi)說明劃(hua)球閥時所用到的(de)工(gong)具(ju)。劃(hua)線(xian)(xian)工(gong)具(ju)有等高(gao)塊、千(qian)斤(jin)頂(ding)、劃(hua)針、樣沖、鐵錘、劃(hua)線(xian)(xian)盤、劃(hua)卡、劃(hua)規(gui)(gui)(gui)、地規(gui)(gui)(gui)、連接規(gui)(gui)(gui)、油杯、尼(ni)龍繩(sheng)、計算器;劃(hua)線(xian)(xian)過(guo)程的(de)用到的(de)測量工(gong)具(ju)有卷尺(chi)、鋼(gang)直尺(chi)、鋼(gang)板尺(chi);同時還需要一些輔助(zhu)工(gong)具(ju)有木條(tiao)(主(zhu)要是找(zhao)中心(xin)或劃(hua)圓所用)、劃(hua)線(xian)(xian)用的(de)涂料(liao)等。
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3.2 傳統的劃線方法
以前閥(fa)體為(wei)例:
(1)把進水(shui)法(fa)蘭(lan)面(mian)(mian)(mian)(P向(xiang)平面(mian)(mian)(mian))向(xiang)下(如圖3),放在(zai)劃線平臺上(shang),制作(zuo)一個33°的鐵皮樣(yang)板(ban),以(yi)樣(yang)板(ban)為基準,檢查調整把合(he)面(mian)(mian)(mian)角度(Q向(xiang)平面(mian)(mian)(mian)),再按活門軸孔(K向(xiang)平面(mian)(mian)(mian))法(fa)蘭(lan)外圓(yuan)(yuan)求圓(yuan)(yuan)心(xin)O3,以(yi)O3中心(xin)點進行校借(jie)(Q向(xiang)平面(mian)(mian)(mian))斜面(mian)(mian)(mian)。
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圖3
(2)在把合(he)面(mian)(Q向(xiang)平(ping)面(mian))法(fa)蘭內腔安裝活動中(zhong) 心(xin),以(yi)內圓(yuan)(yuan)(yuan)為基準求圓(yuan)(yuan)(yuan)心(xin)(O1),并投(tou)影到平(ping)臺上(shang)(shang),再以(yi)進水法(fa)蘭(P向(xiang)平(ping)面(mian))外圓(yuan)(yuan)(yuan)求圓(yuan)(yuan)(yuan)心(xin)并標記(ji)在平(ping)臺上(shang)(shang)(O2),檢(jian)查(O1、O2)兩圓(yuan)(yuan)(yuan)心(xin)的差值(zhi),進行校 借(jie),確定(ding)(O1、O2)兩個圓(yuan)(yuan)(yuan)心(xin)點在一條垂線上(shang)(shang)。
(3)以(yi)活門法(fa)蘭(lan)(K向(xiang)平(ping)面(mian)(mian)(mian))外(wai)圓(yuan)為(wei)基(ji)準求軸孔中心得O3點(dian),再把(ba)活門中心用角(jiao)尺投到(dao)平(ping)臺上(shang)a點(dian),以(yi)02為(wei)圓(yuan)心劃(hua)一(yi)圓(yuan)線(xian)(xian),連(lian)接 a、O2。在(zai)圓(yuan)線(xian)(xian)上(shang)取一(yi)點(dian)d,以(yi)d點(dian)為(wei)基(ji)準,在(zai)該圓(yuan)線(xian)(xian)上(shang)做4等份(fen) d、d1、d2、d3。并(bing)將 d、d1、d2、d3 四點(dian),投到(dao)P向(xiang)法(fa)平(ping) 面(mian)(mian)(mian)蘭(lan)外(wai)圓(yuan)上(shang)。以(yi) O1、O3 為(wei)基(ji)準線(xian)(xian),并(bing)在(zai)(P向(xiang)平(ping)面(mian)(mian)(mian))法(fa)蘭(lan)平(ping)面(mian)(mian)(mian)上(shang),劃(hua)P向(xiang)端面(mian)(mian)(mian)加(jia)工線(xian)(xian)。以(yi) d、d1、d2、d3十字線(xian)(xian)為(wei)基(ji)準,劃(hua)(K向(xiang)平(ping)面(mian)(mian)(mian))法(fa)蘭(lan)面(mian)(mian)(mian)平(ping)面(mian)(mian)(mian)加(jia)工線(xian)(xian)。
(4)將(jiang)工件翻身,按d1、d3點為基準(zhun),找(zhao)左右正(zheng)(zheng),以(yi)(K 向平面(mian))圓(yuan)心(xin)點找(zhao)上(shang)下正(zheng)(zheng),在以(yi) d1、d3 點為基準(zhun),劃(Q向平面(mian))把合面(mian)加工線。
3.3 誤差分析
上述劃(hua)線方法(fa),最(zui)大問(wen)題在(zai)于(yu)求(qiu)出(chu)的(de)O1點,是(shi)不(bu)準(zhun)確(que)的(de),按毛(mao)坯(pi)求(qiu)出(chu)的(de)圓(yuan)心(xin)(xin),與(yu)(yu)用(yong)CAD軟件三(san)維(wei)造型,在(zai)電腦上劃(hua)出(chu)來的(de)中心(xin)(xin)誤差較大,按毛(mao)坯(pi)求(qiu)出(chu)的(de)圓(yuan)心(xin)(xin),與(yu)(yu)加(jia)工去掉(diao)后的(de)圓(yuan)心(xin)(xin),成(cheng)33 °的(de)夾(jia)角(如圖4),我們(men)通過計算(suan)機三(san)維(wei)造型,了解(jie)到(dao)我 們(men)在(zai)劃(hua)線過程中所出(chu)現的(de)問(wen)題,同(tong)時也更(geng)(geng)加(jia)精確(que)地(di)找到(dao)了劃(hua)線的(de)方法(fa)。用(yong)計算(suan)機三(san)維(wei)造型,可以直(zhi)接(jie) 得(de)到(dao) O1、O2、O3圓(yuan)心(xin)(xin)點的(de)幾(ji)何尺寸。使劃(hua)線的(de)結果更(geng)(geng)加(jia)準(zhun)確(que),更(geng)(geng)加(jia)方便(bian),效(xiao)率更(geng)(geng)高。
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圖4
4 針對傳統劃檢劃線方法的不足采取的措施
4.1 目前的劃線方法
4.1.1 圖樣的技術分析及劃線前的準備
對圖(tu)樣的(de)(de)技(ji)術分析(xi),三個法蘭面的(de)(de)圓心(xin)(xin)點(dian)是前(后)閥體的(de)(de)設計基(ji)準。但都(dou)在立體空間中(zhong),角(jiao)度線(xian)(xian) 無法劃出(chu),按照毛坯所(suo)求(qiu)的(de)(de)圓心(xin)(xin),有一個面與水(shui)平始終(zhong)存在一個夾(jia)角(jiao),中(zhong)心(xin)(xin)點(dian)無法確(que)定。需要(yao)(yao)解決的(de)(de)問 題就(jiu)是如(ru)何消除這(zhe)個夾(jia)角(jiao)所(suo)帶(dai)來的(de)(de)尺寸誤差。工(gong)件的(de)(de)擺方(fang)方(fang)向,是保(bao)證基(ji)準的(de)(de)選(xuan)擇要(yao)(yao)點(dian)。三個圓心(xin)(xin)的(de)(de)幾何位(wei)置,是閥體的(de)(de)設計基(ji)準,要(yao)(yao)求(qiu)基(ji)準在劃線(xian)(xian)時盡量與圖(tu)樣保(bao)持一致。工(gong)具(ju)準備,除正(zheng)常的(de)(de)劃線(xian)(xian)工(gong)具(ju)外(wai),還須(xu)準備三個活動(dong)中(zhong)心(xin)(xin)。
4.1.2 找正、檢查、借料
如(ru)圖5所示,先(xian)測量(liang)出(chu)(Q向(xiang)平(ping)面)法蘭面毛坯板(ban)厚,確(que)定法蘭面加工余量(liang),確(que)定水平(ping)高(gao)度,把(ba)三個活(huo)動中心分(fen)別(bie)調整到(dao)鑄件內(nei)孔處,以(Q向(xiang)平(ping)面)內(nei)腔為基準,在(zai)活(huo)動中心上(shang)求出(chu)圓心O1,并打上(shang)洋沖 眼。同樣以(K向(xiang)平(ping)面)和(P向(xiang)平(ping)面)內(nei)腔求圓心,分(fen)別(bie)投影到(dao)活(huo)動中心上(shang),檢查三個圓心點是否在(zai)同一(yi)條線上(shang),若不在(zai),只需要(yao)調水平(ping)左右進行效借。
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圖5
當三個圓(yuan)心(xin)在一條直線(xian)(xian)上時,證明左右水平正已找好(hao)。在用呢絨線(xian)(xian)以O1點為基準,按CAD所劃出(chu)的(de)尺寸,作O2、O3圓(yuan)心(xin)點的(de)射線(xian)(xian)。方法以O1點為基準點,用呢絨線(xian)(xian)作圖樣(yang)理論上的(de)射線(xian)(xian),檢查K向平面(mian)和(he)P向平面(mian)上下(xia)內腔兩(liang)點圓(yuan)的(de)加工量,最(zui)后在對三個中心(xin)點進行前后、上下(xia)進行效借,調(diao)借到(dao)滿足設計要求(qiu)為止(zhi),最(zui)終(zhong)確定圓(yuan)心(xin)點O1、O2、O3。
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4.1.3 劃線
如圖5所示,Q平面向下放置于劃線平臺上,以O2、O3 圓心點,分別劃出各自法蘭圓的加工圓線,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,同時在Q 向平面法蘭外圓劃端面加工線和看線。在平臺上以O1 點圓心為基準,O3 點為基準點劃坐標線,再分別投到Q 向平面法蘭外圓上,分別與Q 向法蘭外圓有四個交點Q1、Q2、Q3、Q4。然后再作L1、L2的水平線,并分別投到K 向平面和P 向平面的法蘭外圓上,與P、K 平面水平線相交得P1、P2、K1、K2 點。P1 和P2 是P 向平面法蘭面加工量的基準
點,K1 和K2 是(shi)K向平面(mian)(mian)法蘭面(mian)(mian)加工量的(de)基準點。
將工件(jian)翻身,P向平(ping)面向下放置于劃線平(ping)臺(tai)上(如圖(tu)6所示),以(yi)(yi)(yi)P1、P2 兩(liang)點(dian)(dian)為基(ji)準(zhun)找水(shui)平(ping),再以(yi)(yi)(yi)P1、P2 高度(du)為基(ji)準(zhun),劃上H3 尺(chi)寸,同時以(yi)(yi)(yi)K1、K2、Q1、Q2 四點(dian)(dian)找出(chu)整(zheng)個(ge)工件(jian)的(de)水(shui)平(ping)正。以(yi)(yi)(yi)P1、P2 兩(liang)點(dian)(dian)高度(du)為基(ji)準(zhun),劃P向平(ping)面法蘭(lan)面最終加(jia)工線及看(kan)線。分(fen)別(bie)將P1、P2 兩(liang)點(dian)(dian),投到(dao)劃線平(ping)臺(tai)上,作(zuo)L3 的(de)水(shui)平(ping)線,劃出(chu)K 向平(ping)面法蘭(lan)面加(jia)工線及看(kan)線。
4.1.4 檢查
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圖6
按圖樣尺(chi)寸,檢查所有劃線尺(chi)寸,確(que)定無誤后,在加工線、看線上打上洋沖眼和相關(guan)標識。
4.2 針對傳統劃檢劃線方法的不足采取的措施
對于(yu)高水(shui)頭的沖擊式水(shui)輪機組,由于(yu)水(shui)頭較高,對球閥的要求(qiu)比(bi)較嚴格,閥體較多(duo)的采用斜分瓣結構(gou),即前后閥體的把合面(mian)與進出水(shui)口軸線帶角度,使劃線和(he)加工(gong)更(geng)加復(fu)雜。
傳統的劃(hua)線方法不足(zu)之(zhi)處:
(1)劃線時(shi)基(ji)準選(xuan)擇誤(wu)差大。基(ji)準應(ying)該是三個軸的(de)法(fa)蘭中(zhong)心(xin)(xin)點(dian)(dian)為基(ji)準,把(ba)合(he)面法(fa)蘭中(zhong)心(xin)(xin)點(dian)(dian)選(xuan)擇錯了(le),會造成(cheng)(cheng)把(ba)合(he)面法(fa)蘭中(zhong)心(xin)(xin)點(dian)(dian),不能垂直于進(jin)(出)水端(duan)法(fa)蘭中(zhong)心(xin)(xin)點(dian)(dian)。同(tong)樣(yang),活門法(fa)蘭中(zhong)心(xin)(xin)點(dian)(dian),與把(ba)合(he)面法(fa)蘭中(zhong)心(xin)(xin)點(dian)(dian),也(ye)將(jiang)有(you)一個夾角,就會使活門軸孔(kong)法(fa)蘭加(jia)工量前后不均勻,進(jin)出水口內腔(qiang)(qiang)加(jia)工量偏移較(jiao)大,造成(cheng)(cheng)工件內腔(qiang)(qiang)補焊打磨。
(2)不能找到鑄造時的第一基(ji)準。鑄造時的基(ji)準也是(shi)三個法(fa)蘭的中心點,基(ji)準選擇(ze)錯(cuo)了(le),會造成在(zai)球閥(fa)總裝時,因內(nei)腔本體干涉,活門不能完成開關動(dong)作,就必(bi)(bi)須(xu)進行補(bu)焊(han)、吹爆(bao)、打磨(mo)。嚴重時,會使前后閥(fa)體把(ba)合(he)(he)面變形產生間(jian)隙,這時就必(bi)(bi)須(xu)重新上機臺加工把(ba)合(he)(he)面和(he)內(nei)外止口(kou)。
針對(dui)加(jia)工(gong)(gong)(gong)中(zhong)(zhong)反映出的問題,推動劃線的改(gai)革創新。通(tong)過(guo)利用計(ji)(ji)算機CAD 制圖軟件(jian)知識,在(zai)電腦(nao)上發現了出現問題的原因,也找到(dao)了合理的劃線方法。這種方法,總(zong)體來(lai)講就是(shi)在(zai)工(gong)(gong)(gong)件(jian)中(zhong)(zhong),找到(dao)基準點,用圖樣(yang)和計(ji)(ji)算機制圖提(ti)供的尺(chi)寸,用平尺(chi)、交尺(chi)、呢(ni)絨線、劃針盤等劃線工(gong)(gong)(gong)具(ju),來(lai)作射線的方法,進行多點基準的效借(jie),來(lai)保(bao)證工(gong)(gong)(gong)件(jian)的所有角(jiao)度,保(bao)證整(zheng)個坐(zuo)標(biao)系的相對(dui)位置,以達到(dao)加(jia)工(gong)(gong)(gong)的要求。
上述最大的(de)創新點在(zai)(zai)于(yu)傳統劃(hua)(hua)線(xian)是在(zai)(zai)工(gong)件(jian)上進行(xing)劃(hua)(hua)檢(jian)劃(hua)(hua)線(xian),用劃(hua)(hua)線(xian)的(de)手段來對(dui)工(gong)件(jian)進行(xing)效(xiao)借(jie),也就是說,基準(zhun)(zhun)在(zai)(zai)工(gong)件(jian)上。而以CAD 三(san)維造型為(wei)依托用射線(xian)的(de)方法(fa),是把(ba)坐標線(xian)先作好(hao)(也就是先作好(hao)基準(zhun)(zhun)線(xian)),再用工(gong)件(jian)對(dui)照基準(zhun)(zhun)線(xian)進行(xing)調整(zheng)效(xiao)借(jie)。
此方法用(yong)在金窩水輪發電機(ji)組球閥(fa)前后閥(fa)體上,消除了內(nei)腔補焊、吹刨這(zhe)些(xie)質(zhi)量問題,更沒有出(chu)現過返(fan)修合縫面這(zhe)一情況。
5 結語
從金(jin)窩(wo)球(qiu)閥(fa)(fa)閥(fa)(fa)體(ti)的所(suo)有加工工序,到該球(qiu)閥(fa)(fa)的總裝情況(kuang)來看,雖(sui)然直徑和高(gao)度(du)較大,但(dan)與同類(lei)型的其(qi)它球(qiu)閥(fa)(fa)相比所(suo)用的加工時(shi)間最短,將計算機技術(shu)應用于球(qiu)閥(fa)(fa)前(后(hou))閥(fa)(fa)體(ti)的劃(hua)線(xian)工作(zuo)中(zhong),提高(gao)了工作(zuo)效率及劃(hua)線(xian)的準確度(du),更(geng)加合理的分(fen)配了各加工部(bu)位的余量(liang),消除了后(hou)續加工工序中(zhong)內腔補焊、吹刨、修磨(mo)這些嚴重質量(liang)問題,其(qi)效率的提高(gao)是(shi)非常明顯的,不但(dan)為公(gong)司贏得了生(sheng)產周期,也(ye)為我(wo)公(gong)司今后(hou)生(sheng)產大型球(qiu)閥(fa)(fa)時(shi),改進和提高(gao)球(qiu)閥(fa)(fa)閥(fa)(fa)體(ti)劃(hua)線(xian)工作(zuo)做了有益的嘗試,儲備了相關(guan)劃(hua)線(xian)技術(shu)。