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哈尔滨汽轮机:从高效刀具中获益

  今年9月初,由哈尔滨汽轮机有限责任公司(以下简称“哈汽”)为华能营口发电厂设计制造的国产首台60万千瓦超超临界汽轮机组顺利通过168小时试运,正式投入了商业运行,使哈汽成为目前国内汽轮机行业60万千瓦等级机组种类最全(参数从亚临界、超临界到超超临界,结构从四缸、三缸到两缸)的企业。

  哈汽始建于1956年,是以设计和生产大型电站汽轮机、燃气轮机以及船用主动力蒸汽透平和燃气透平为主的大型企业,现已形成批量生产30万千瓦、60万千瓦汽轮机组和核电汽轮机、百万千瓦以上汽轮机组的能力,在全国汽轮机行业中处于领先地位。截止到2007年3月底,该公司已向全国29个省、自治区、直辖市的270余座电厂提供各类电站汽轮机近700台,总容量超过1.4亿千瓦。除了国内市场,其产品还远销到国外,尤其是东南亚一带。

  由于国内用电形势的紧张,近几年汽轮机行业的任务量连续增加,哈汽副总工艺师顾祖慰告诉记者,“这几年可以说是汽轮机制造的黄金季节,以前曾经有找不到客户的时候,但现在是任务饱和,甚至有的零部件加工还委托日本、韩国企业代工。”

  为适应电站设备市场的需求,哈汽目前正在继续进行技术改造以扩大生产规模。大量当代世界先进水平的精密大型设备的引进,为制造多品种的大型、优质汽轮机提供了可靠的工艺技术保证。

  “而提高生产效率最关键的一点就是高效刀具,这一点我们深有感触。”顾祖慰告诉记者,大型电站汽轮机的生产制造具有三大特点——高温、高压、高精度,汽轮机制造可以说是机械制造工艺的典型代表,其工件材料包括低碳钢、不锈钢、铸铁、铸钢、高温合金、钛合金,“几乎包括金属切削的所有问题,算得上是各种刀具的最佳试验场。”除高温、高压、高精度以外,汽轮机零部件的加工还要适应高转速,在高速下如何保证加工稳定性,如何保证工件表面的粗糙度要求,都需要高效刀具发挥作用。

  “我们在高效刀具的应用中也确实尝到了甜头。”顾祖慰给记者举了一个例子:汽轮机行业孔加工的量比较大,以前加工汽轮机冷凝器管板孔都是采用高速钢刀具进行钻-扩-铰,质量不高,效率也很低,后来刀具材料改为硬质合金,工序改为钻-铰,这样一个转变使生产效率提高了28倍;原来加工一个孔需要3分钟,现在仅需6秒钟。该项目也获得了当年的黑龙江省科技进步二等奖。

  记者还了解到,哈汽利用新型复合钻代替传统的孔加工刀具,有效地解决了60万千瓦超临界汽轮机组外缸深孔加工的难题,加工时间由原先的每孔约6~7小时,缩减为0.5小时,减少约93%,使40天没有完成的深孔加工任务5天就完成了,而且加工质量更好。

  采访是在位于工具处二楼的顾祖慰的办公室里进行的,而在一楼的车间里,记者看到工人们正忙于加工各种刀具。顾祖慰介绍说,工具处除负责全公司的专用工具制造外,还负责整个公司的新刀具研制和推广,可以说是从设计、制造到研发、推广乃至外购整个一条龙的工作全部都在工具处完成;其中有一部分人专门负责新刀具的研发,他们每年都有十多项刀具方面的新项目,项目旨在显著提高切削效率,并保证不断提高的加工质量要求。

  “比如重型数控可转位刀具,国外制造商提供的产品虽然技术水平较高,但价格昂贵,大量购买进口刀具会增加生产成本,加重企业经济负担。因此,在我们的能力范围之内自行开发研制物美价廉、个性化的重型可转位数控刀具为我们带来了不小的收益。”顾祖慰认为,汽轮机行业特殊的加工情况使得工具部门的功能十分强大。工厂工具部门的存在一方面是因为个性化需求得不到满足,另一方面也折射出国内刀具行业的人才缺乏和流失以及国内刀具企业服务意识的薄弱。

  由于企业领导对高效刀具的重视,顾祖慰很早就以副总工艺师的身份专门负责企业内新刀具研发和推广。一个企业里由一位副总工艺师专门负责刀具着实不多见,当初的机械工业部领导称赞哈汽眼光长远,能够看到刀具的重要性。

  在生产第一台60万千瓦汽轮机组时,其管板深孔加工是加工难点,材料为20CrMo,孔径12.5mm,孔深300mm,间距公差仅为0.1mm,很容易打穿,而孔的粗糙度要求为Ra3.2μm,按照国外的经验都是采用数控钻床,但当时一台数控钻床的造价为300万元,由于任务紧迫,而新设备的供货期又很长。工具处牵头组织攻关,最终在普通的摇臂钻床上完成了加工,“原本钻孔加工都是一次到位,我们采用钻一段作引导的办法,起导向套的作用,并且刀具有刃倾角,使切屑强迫下排屑防止切屑破坏孔壁表面,这样就保证了孔的加工表面质量。”顾祖慰至今仍为此感到自豪。当时由于这是第一台60万千瓦汽轮机组,因此考核非常严格,而整个加工中二十多关键的第一个公差关键就是“低压加热器深孔管板的加工”,先进刀具无疑起到了很大的作用,被专家评价为“在普通机床上用普通刀具闯出了一条深孔加工的新路”。

  “跟企业领导讲刀具如何重要,他恐怕是没有概念的,只有真正解决了问题才是根本。”顾祖慰坚持认为高效刀具必须要靠事实说话。

  自1976年机械部科技司在南京召开不重磨刀具座谈会以后,哈汽便着手研发、推广可转位刀具,国内第一部相关科教电影——《不重磨刀具》就是在哈汽拍摄的。

  与焊接式硬质合金刀具相比,可转位刀具具有切削效率高、刀具寿命长、加工质量好、综合经济效益显著等优点,因此在我国机械制造等行业的应用日益广泛。可以说,可转位刀具的推广应用是金属切削加工的重要发展方向之一,而在重型数控机床上使用可转位刀具尤其具有重要的技术和经济价值。哈汽经过多年的探索和研制,自主开发出了多种重型可转位数控刀具,并在生产实践中取得了初步成效。

  “当然,推广可转位刀具的过程也不是一帆风顺,一开始大家没有这种认识,觉得一个刀刃用完了就完了不可理解,都有一些顾虑。”顾祖慰介绍说,“后来我们决定先在一个工段推行,结果生产效率提高了很多,因此很容易就推广到了二分厂,乃至整个企业;先推广车刀,之后是铣刀,就这样一步步地推广,让大家看到了实实在在的效果。”哈汽因此还成为了全国推广可转位刀具的先进单位。

  顾祖慰还是那个观点:“刀具好、高效不能仅仅空口说,要让工人改变生产习惯,让公司加大资金投入购置高效刀具,都得靠事实说话,这样才能让企业领导和工人真正认识并重视高效刀具。”

  “现在企业领导也很支持我们参加各种交流会、研讨会,就因为能够带回来实实在在的效果。”顾祖慰谈到全国汽轮机行业金切与工艺技术联络网时说,现在各个企业的情况都差不多,大家也乐意一起交流沟通、互相借鉴。全国汽轮机行业金切与工艺技术联络网由哈汽首先提出并联合上海汽轮机厂、南京汽轮机厂、东方汽轮机厂于1986年共同发起的,近年来每年召开一次年会,不仅促进了各成员单位的内部交流,同时促进了刀具供应商与各汽轮机企业的交流。

  “现在开展活动这样兴旺的民间协会组织并不多,大家的热情都很高,参会也都十分积极,毕竟每次都会有不小的收获。大直径复合钻最早是从我们哈汽推广起来的,我在会上作了介绍以后,别的企业专门请我们去作介绍,行业推广很快。”顾祖慰介绍说,近年来刀具厂商也都争先恐后地参会,因为他们意识到其产品只要能够进入一家企业就很可能进入整个行业。

  目前哈汽一年的刀具费用高达七八千万元,其中进口品牌占到60%左右。“现在的情况是生产任务很紧,单靠工具处自身肯定难以应付,为了提高效率,多不得不大量购买进口品牌的高效刀具——国内外产品的差距还是很明显的。能够真正满足生产要求,刀具贵一些还是可以接受的。”顾祖慰同时指出,哈汽也积极推进刀具国产化,并且自今年开始大力推广刀具硬质合金化,希望能与国内厂商多进行一些合作,目前已经与株洲钻石、厦门金鹭等企业展开了合作,而最近正在做的螺纹铣刀项目则是由工具处开发研制刀体,由牡丹江工具厂供应刀片。

  目前哈汽在标准刀具中采用可转位刀具的比例已经达到了80%~90%,但即便大量采用新的高效刀具仍不能满足生产的需要。

  汽轮机的生产加工中大量采用难加工材料,如高温合金、钛合金;超超临界机组要求更多更好的材料,而更好的材料加工起来就有问题。“我们也请山特维克可乐满、肯纳、山高、伊斯卡等国际大公司来试刀,希望能够解决加工难题。”

  “另外就是大量的螺纹加工,原来采用普通丝锥,每只一组,这其实是有局限性的,在什么机床上用什么好、用什么不好,用什么切削用量好都需要研究。”

  谈到采用硬质合金可转位刀具在车、铣加工中应用干式冷风切削技术的情况,顾祖慰说,“在有效的冷风压力和温度范围内,应用低温冷风空气射流的方法,替代传统切削液,不仅能起到有效的冷却、润滑作用,而且还能显著减少刀具后刀面的磨损,延长刀具使用寿命和提高切削效率,作业环境也大为改善,但干式冷风切削技术要适应于大切削用量的粗加工,刀具结构(特别是内冷结构)和切削参数的合理选择,冷风对工件表面质量的影响,还有待进一步实验、探讨,毕竟新的技术要不断地完善。”

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