仿形加工在压力容器制造中的应用

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序言仿形加工是以事先制成的型模为依据，加工过程在一定的压力作用下，使触头对型模工作表面紧密接触，并沿其表面移动，通过仿形机构完成信息传递，使刀具或工件的运动轨迹作同步仿形动作进行切削加工的方法。按照工作原理，仿形加工可分为机械式、液压式、电控式、电液式和光电式等。由于机械式仿形加工操作简单、接触力小、加工效率高、质量稳定可靠及加工精度高，因此被广泛应用于核电、医药和精密制造等中、高端制造领域。同时，因其适用性强、安全性能高而逐渐在化工装备、压力容器等制造业中大型非标批量零部件的加工中被广泛使用。2

裙座基础环板U型缺口及其加工工艺选择裙式支座（简称裙座）是压力容器的主要部件之一，用来支承塔器或者比较大、重的立式容器。裙座底板加工的重要技术指标为外形尺寸和定位尺寸。裙座基础环板如图1所示，均布34个R36mm的U型缺口，表面粗糙度值Ra=3.2μm。地脚螺栓中心圆直径公差、相邻两孔弦长公差和任意两孔弦长公差为±2mm。U型缺口的主要作用为连接地脚螺栓的工艺过孔，加工技术要求不高。按原有工艺方法，采用划线→以上环板配钻螺栓工艺孔→铣缺口的机械加工方法，加工质量稳定可靠，但加工周期较长，效率较低，不能满足实际生产需要。若采用气割修磨，则加工质量好坏全凭操作人员的经验和技能水平，加工质量不稳定，割后修磨工作量较大，仅适用于单件、小批量生产；若采用水切割、激光切割等方法，则均由于零件外形较大、费用较高等原因而不能满足生产需要。根据设计图样加工技术要求和使用工况条件，决定采用仿形加工。图1裙座基础环板3

设备选用零件材料为普通碳素结构钢Q235-B，是裙座部件常用材料。根据零件的加工特点和技术要求，选用CG2-150型仿形切割机进行加工，它是一种利用仿形原理生产的高效率、半自动气割低碳合金钢板的专用切割设备。采用机械式结构，适用于常见的低合金材料中、厚板的切割和批量生产。设备采用高强度铝锭精密铸制而成，主要由机身、主轴、仿形机构、型板装夹装置、割炬和底座等部件组成，具有设备体积小、自重轻、切割表面质量好、切割精度高、切割范围大及生产效率高等优点[2]。4

工艺过程4.1型模加工由于仿形加工主要以型模为依据，因此必须制造符合要求的型模。在一般机械加工或线切割加工中，样板厚度＞8mm，材料选用普通碳素结构钢，以加强磁性。型模表面粗糙度值比工件表面粗糙度值略大一些，保证触头与型模接触有足够的摩擦力（10～50N）。若型模接触表面粗糙度值小，则容易打滑。磁滚轮与样板接触面必须配合良好，否则会减少样板的吸附力。U型型模如图2所示，表面粗糙度值Ra=6.3μm，外形尺寸公差按照GB/T1804—2000《一般公差未注公差的线性和角度尺寸的公差》中的下差进行加工。为保证质量和进度，采用线切割方式进行加工，并在工件中心位置加工φ10mm安装工艺孔，便于在仿形切割机上安装。图2U型型模4.2操作前的准备工作为保证设备平衡，将配重平衡锤的两个平衡棒插入变速箱下部的孔内，用螺钉固定；连接上AC220V电源，保证设备动力需要；分别将气体分配器用φ8mm橡胶管通过减压阀连接上氧气、乙炔，接口处用卡箍密封，防止漏气。由于待切割板材厚度为50mm，因此选用3号割嘴装到割炬上，拧紧螺帽，使接触部分能很好地贴合，保证密封和联接强度。检查割炬的射吸性能、风线是否良好，调节预热火焰的能率。4.3设备定位

为防止设备偏移造成加工失误，需将机器平衡地固定在切割材料上。利用机座4个角上安装的能够自由活动的球形螺柱调整平面度，通过调节螺钉使机器稳定及保持水平，以保证切割加工表面与工件垂直。4.4样板固定样板固定的具体操作步骤为：①卸下原有长螺栓，将固定样板清洁，去除表面污渍、毛刺等，从下往上用螺栓由工艺孔插入。②在样板上面放一个专用垫圈，与设备套筒联接。③把六角头螺栓从下部装入带孔的螺栓孔。④在六角头螺栓上放另一垫圈，然后拧紧螺母，防止样板横向偏移。4.5加工步骤裙座基础环板U型缺口的具体加工步骤如下。1）清理待切割表面油污、铁锈等杂质，将内、外圆加工好的型模水平放置在离地面100～150mm处，使工件下面留有一定的间隙，以利于熔渣的吹出。由于工件较大，因此采用划线定位，确定加工中心和外形尺寸。基础环板厚50mm，选用3号管嘴，调整各项切割技术参数。氧气压力为0.8～1.0MPa，乙炔压力为0.06Mpa。2）连接至机头，先开乙炔阀门，再微开氧气阀门点火，调节高压氧，观察风线是否良好，风线从割炬口喷出来有一定长度，焰心呈淡蓝白色，具有很高的温度，是能否顺利切割的决定性因素。

3）起割。起割点选择在割件边缘，先用预热火焰加热金属，待预热呈亮红色时，将火焰移至边缘以外，同时慢慢打开切割氧气阀门，用风线找正定位准确后进行加工。操作人员在安全区域目视检查对正位置是否在中心位置，误差控制在±1.5mm。根据零件材料和加工要求选用合适的切割速度，若切割速度过快，则切割不透钢板；若切割速度过慢，则切割后容易粘连在一起。由于工件切割面相对较小，因此切割速度选30～50mm/min[3]。加工过程严密观察切割线与定位线是否完全重合，出现偏差时及时调整。对首次加工的U型缺口进行自检、互检及专检检测，外形尺寸和公差符合要求后再进行后续加工。若存在偏差则需及时调整技术参数，保证加工质量。基础环板加工完成后，关闭电源、气源等，清理工作现场。

U型缺口单件加工时间为20min，实践表明，34个φ36mm的U型缺口加工质量稳定可靠，与传统工艺方法相比节省了大量加工时间。用游标卡尺和卷尺分别对U型缺口的外形尺寸和相关联尺寸进行检测，完全符合设计要求。5

结束语仿形加工技术在压力容器领域的广泛应用，证明它是一种加工质量可靠、效率高的工艺方法。其设备结构简单、操作方便