2010年，我公司為山東潤銀生物化工股份有限公司40萬t尿素裝置制作回流冷凝器一臺。該設備的管板外徑為1 960mm，厚度150mm，材質為00Cr17Ni14Mo2。圖樣要求管板按照JB4728－2000《壓力容器用不銹鋼鍛件》規(guī)定的Ⅱ級鍛件進行制造和驗收。該設備共2件管板，9件折流板，折流板尺寸φ1 790mm×20mm。每件管板上管孔數為2 576個，管孔尺寸如圖1所示。管孔呈正三角形排列，如圖2所示。
圖樣要求，管板鉆孔后，96%的孔橋寬度必須≥5.77mm，允許的最小孔橋寬度為3.48mm；管孔應嚴格垂直于管板密封面，其垂直度公差為0.08mm。由于管孔的長徑比為6，屬于深孔加工范疇。當時我公司沒有數控鉆床和深孔鉆床，只能采用現有的Z3080搖臂鉆床進行鉆孔。而管板加工的精度，特別是管孔間距和管徑公差、垂直度、表面粗糙度都極大地影響換熱器的組裝和使用性能。因此，我們使用普通搖臂鉆床鉆孔存在較大的風險，稍有控制不慎就有可能造成尺寸超差。為了在現有裝置下高質量地完成管板的鉆孔任務，我們對加工難點進行分析并制訂了詳細的加工方案。
1. 加工難點分析
（1）管孔數量多，且對孔橋寬度要求嚴格，因此，對劃線精度要求非常嚴格。
（2）鉆孔時對管孔的垂直度要求非常嚴格，管板厚，鉆孔時稍有偏斜，在管板背面的誤差就會被放大許多，最終造成位置尺寸和垂直度超差。
（3）折流板層數多，對管板、折流板管孔的同心度要求嚴格，一旦不能保證同心度，則在設備制作中將會大大增加換熱管穿管的難度。
（4）管板材料為00Cr17Ni14Mo2，Ⅱ級鍛件，材料塑性高、切削抗力大，且在鍛造過程中材料組織更加致密，進一步增強了材料的韌性，材料本身就有加工硬化現象，因此，鉆削時鉆頭的粘附磨損大；加之不銹鋼的導熱性能差，鉆孔深度又非常深，切削熱不易散出，以致鉆頭磨損加劇，鉆頭的壽命很低。
（5）不銹鋼材料切屑呈帶狀排出，不易折斷，甚至會纏繞在鉆頭上，劃傷管孔內壁，影響管孔的表面粗糙度。
2. 加工方案及注意事項
鑒于以上加工難點的分析，我們決定用先鉆后擴的加工工藝，具體如下：
（1）劃線：為保證管板、折流板鉆孔后的同心，我們采用在一塊折流板上劃線，檢驗合格以后用φ 6mm鉆頭鉆定位孔，使用該折流板作為模板分別套鉆兩塊管板和其他8塊折流板的加工工藝。即把待劃線的折流板在立車上先加工外圓，然后整平，再進行劃線。劃線時先將折流板放置水平，對其待劃線表面做著色處理，以使劃線部位清晰醒目。手工劃線由于劃針劃出的線條具有一定的寬度，因此不可避免地存在一定的累積誤差。由于管孔呈正三角形排列，如果從中心向外開始劃，隨著正三角形交叉線向外延伸，原始誤差就會逐步被擴散放大，造成外部管孔中心的偏移和中心距誤差超差。
為避免這一情況，我們采用由外向內的劃線方法。具體做法是：先使用劃規(guī)找出折流板的中心，劃出十字線，注意務必保證十字線的精確和相互垂直。然后以折流板中心為中心，以最外面頂點上的管孔中心距離折流板中心的理論數值為半徑劃圓，做圓內切正六邊形，先劃出位于正六邊形的各個邊上的管孔中心點，然后按照圖樣把各個邊上的管孔中心點分別與對應的邊上的管孔中心點劃線連接起來，連接線與連接線的交點就是其他管孔的中心。
劃完線以后首先校核各管孔的中心距誤差，檢驗合格后方可打樣沖眼，鉆定位孔。采用這種方法劃線，外部管孔的位置誤差可以控制不超過0.2mm，內部管孔的位置誤差控制在0.2mm之內。注意必須保證劃針和樣沖的尖銳鋒利，以最大可能的降低誤差。
（2）鉆孔：鉆孔前先將作為鉆模的折流板固定在一塊待鉆孔的管板上，檢查折流板與管板的同心度和貼合度，合格后先用φ 6mm鉆頭將折流板上的定位孔引鉆到管板上，鉆孔深度為8～10mm。完成后將折流板拆掉，使用φ 23mm的錐柄麻花鉆鉆孔。注意鉆孔時必須將管板放在工作臺上固定好，嚴格保證管板的水平度，從而保證鉆孔后管孔的垂直度。另外鉆削φ 23mm底孔時，每孔應進行2～3次提鉆返屑工作，這對切屑的順利排出，以及鉆頭切削刃部分的冷卻都是非常有利的。
（3）擴孔：使用φ 23mm的麻花鉆完成第一遍鉆孔后，我們再使用φ 25.4mm的擴孔鉆進行擴孔。
由于第一次鉆孔已經使管孔尺寸達到了φ 23mm，因而在擴孔過程中，切削量相對較小，從而使管孔表面質量有了較大的保證。擴孔時注意檢查鉆頭磨損情況，必須保持鉆頭切削刃的鋒利。
（4）切削液的選擇：在不銹鋼深孔管孔的加工中，潤滑不是主要矛盾，主要矛盾是管板和鉆頭的散熱問題。我們使用10%的乳化液作為切削液，將其加大流量注入到切削刃上，將切削熱盡量多的帶走，以延長鉆頭的使用壽命，提高管孔的表面質量。
（5）切削用量的選擇：合理的切削用量有利于管孔精度的提高。鉆孔時，轉速設置為105r/min，進給量為0.32～0.4mm/r；擴孔時轉速為200r/min，進給量為0.45～0.6mm/r。實踐證明，選擇這樣的切削用量，既可提高工作效率，又能保證鉆孔質量。
3. 結語
采用上述工藝方案加工的管孔，經檢查，滿足管板的各項技術要求。加工時要注意以下幾點：
（1）在滿足鉆孔深度要求的前提下，應盡量縮短鉆頭的長度，以獲得鉆頭較高的剛度。
（2）鉆頭必須裝正，保持鉆頭鋒利，用鈍后及時修磨。
（3）鉆削過程及時觀察切屑排出狀況，若發(fā)現切屑雜亂卷結應立即退刀檢查，以防止切屑堵塞。
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