En los campos de la industria química del carbón y el transporte por tuberías de ultra alta presión, la precisión de la superficie de sellado de la placa de compuerta de la válvula de compuerta de alta presión de acero cromo-molibdeno (A105N, F91) de Φ 200-500 mm (que requiere planitud ≤ 0,015 mm/100 mm, rugosidad Ra ≤ 0,6 μm) y la coaxialidad entre la cámara de la válvula y la brida (≤ 0,025 mm) determinan directamente el rendimiento de sellado a presión: este tipo de válvula debe soportar durante largos periodos una presión elevada de 42 MPa y una temperatura de 350 ℃. Si la precisión de mecanizado no cumple con las normas, provocará que la tasa de fuga del medio (por ejemplo, gas de síntesis de carbón a olefinas) supere el 0,001 % especificado en la norma API 602, lo que puede causar corrosión del equipo o riesgos de seguridad. Cuando un fabricante nacional de válvulas de gama alta procesa este tipo de válvula de compuerta, se enfrenta a un cuello de botella tradicional en el proceso: necesita pasar por tres etapas: "torneado horizontal para desbaste de la cámara de la válvula → rectificado vertical preciso de la superficie de sellado de la compuerta → taladrado con máquina de brazo oscilante para los orificios de los pernos de la brida". El múltiple amarre provoca que la coaxialidad entre la cámara de la válvula y la brida supere 0,05-0,07 mm, el error de planitud de la superficie de sellado de la compuerta sea de 0,03-0,05 mm, y la tasa de aprobación en las pruebas de presión del producto sea solo del 88 %. El acero cromo-molibdeno (F91) tiene alto contenido de cromo y gran resistencia a altas temperaturas. La tasa de desgaste de la herramienta durante el corte es 2,5 veces mayor que la del acero al carbono común. La vida útil de las herramientas de aleación dura es solo de 25-30 piezas/filo, y el costo de herramientas por válvula supera los 320 yuanes; el ciclo de mecanizado por pieza es tan largo como 50 minutos, lo que dificulta cumplir con los requisitos de "entrega en ciclos cortos" de los proyectos de la industria química del carbón.
Para superar las dificultades, la empresa introdujo el torno vertical CNC Shenyang Machine Tool CK525 y construyó un sistema de procesamiento dedicado para válvulas de compuerta con "adaptación a materiales difíciles de mecanizar + control de precisión de sellado a alta presión". El equipo adopta un cuerpo principal integral de fundición de hierro de alta resistencia (con un espesor de pared de fundición de 80 mm), que ha sido sometido a un doble alivio de tensiones mediante "envejecimiento natural durante 12 meses + envejecimiento por vibración durante 72 horas". Combinado con el diseño de almohadillas deslizantes tipo caja y guías de presión estática de cuatro puntos de apoyo, la distribución de rigidez se optimiza mediante análisis de elementos finitos. La rigidez radial de corte alcanza los 38 kN/mm, pudiendo soportar establemente la fuerza radial de 22 kN durante el mecanizado del acero cromo-molibdeno; equipado con el sistema CNC Fanuc 31i-B5 y control totalmente en bucle cerrado mediante regla de escala (resolución 0,01 μm), logra una precisión de posicionamiento de ±0,008 mm y una precisión de repetición de posicionamiento de ±0,005 mm, cumpliendo exactamente con los requisitos de tolerancia H6 de la superficie de sellado de la compuerta. En respuesta a la alta resistencia a la temperatura y a la fácil endurecimiento por deformación del acero cromo-molibdeno, el equipo está provisto de un husillo con refrigeración interna a alta presión (presión de refrigeración 1,8 MPa, caudal 45 L/min) y herramientas de corte de nitruro cúbico de boro CBN de grano ultrafino (dureza HV3200, resistencia al desgaste a alta temperatura mejorada en un 40 %), combinadas con la tecnología de "refrigeración asistida por niebla de aceite a baja temperatura" (temperatura de la zona de corte controlada por debajo de 60 °C), suprimiendo eficazmente el colapso del filo de la herramienta y la formación de virutas.
Escenarios de uso del cliente
En cuanto a innovación tecnológica, el equipo ha logrado un avance en "mecanizado de precisión de válvulas de compuerta de alta presión en un solo proceso de sujeción": integra un mandril hidráulico de cuatro mordazas Φ 750 mm (fuerza de sujeción de hasta 100 kN, adecuado para cuerpos de válvula de Φ 200-500 mm), una torreta servo de 8 estaciones (tiempo de cambio de herramienta de 1,4 segundos) y un módulo radial de taladrado y roscado motorizado, que permite completar en una sola operación el mandrinado preciso de la cámara de la válvula (cilindricidad ≤ 0,006 mm), el torneado preciso de la superficie de sellado espejo de la compuerta (mediante el proceso "velocidad de corte constante + avance micro", velocidad de corte de 80-120 m/min, profundidad de pasada de 0,03-0,05 mm, planitud ≤ 0,012 mm/100 mm), el torneado preciso de la cara frontal de la brida (planitud ≤ 0,018 mm) y el taladrado y roscado de 8 a 16 orificios para pernos de brida (precisión posicional ≤ 0,018 mm). 0,08 mm, conforme con el estándar API 602 de simetría de orificios para pernos de válvulas). En respuesta a la demanda de un "efecto espejo de alta precisión" en la superficie de sellado de la compuerta, adoptamos innovadoramente el "proceso de mecanizado de precisión progresivo en múltiples pasadas": en la primera pasada se elimina el 70 % del exceso de material, en la segunda se corrigen los errores de forma y posición con una profundidad de corte de 0,08 mm, y en la última se realiza el corte espejo con una profundidad de 0,02 mm. Combinado con la sonda de medición en máquina Renishaw (precisión de medición ± 0,0005 mm), compensa en tiempo real la deformación térmica de la pieza, logrando una rugosidad estable en la superficie de sellado de Ra 0,4 μm; para el cambio entre diferentes tipos de válvulas de compuerta (por ejemplo, clasificación de presión PN25-PN42), el equipo cuenta con 35 conjuntos de plantillas de parámetros de proceso, reduciendo el tiempo de cambio de las tradicionales 2 horas a 18 minutos.
Accesorio especial de tres lados para mecanizado trifásico
Los resultados de la implementación cumplen plenamente con las normas industriales para válvulas de alta presión: el ciclo de procesamiento por pieza se ha reducido de 50 minutos a 26 minutos, y la capacidad diaria de producción ha aumentado de 160 unidades a 280 unidades; la estabilidad de la coaxialidad entre la cámara de la válvula y la brida es ≤ 0,02 mm, y la planitud de la superficie de sellado del cierre es ≤ 0,012 mm/100 mm, cumpliendo completamente con los requisitos de API 602 "Válvula de compuerta de acero compacta" y GB/T 12234 "Válvula de compuerta de acero con tapa de vástago atornillada para la industria del petróleo y el gas natural"; la tasa de aprobación en la prueba de presión del producto ha aumentado del 88 % al 99,2 %, y la tasa de fugas se ha controlado por debajo del 0,0008 %, cumpliendo con la norma técnica de "cero fugas" de Shell Coal Chemical; la vida útil de las herramientas de mecanizado de acero cromo-molibdeno (F91) se ha extendido en un 80 % (hasta 45-54 piezas/herramienta), y el costo de las herramientas de corte por válvula se ha reducido a 180 yuanes; el módulo inteligente de operación y mantenimiento instalado en el equipo puede recopilar en tiempo real la fuerza de corte (precisión ±0,5 %) y la vibración del husillo (frecuencia de muestreo 1 kHz). Combinado con un modelo de predicción de desgaste de herramientas, la tasa de utilización integral del equipo ha aumentado del 76 % al 94 %, y el tiempo de inactividad anual se ha reducido en 400 horas.
CK525 ha resuelto completamente el problema industrial de 'dificultad en el procesamiento + alta precisión' para las válvulas de compuerta de acero cromo-molibdeno de alta presión. "El director técnico de la empresa declaró: 'Nuestras válvulas de compuerta se han aplicado con éxito en grandes proyectos químicos del carbón, como Baofeng en Ningxia y Tianye en Xinjiang. No solo han superado la certificación global de proveedores de Shell, sino que también cumplen con el estricto requisito de 'funcionamiento continuo durante 8000 horas sin mantenimiento', lo cual ha establecido una barrera técnica para nosotros en el mercado de segmento de válvulas de alta presión'." Este caso confirma que los tornos verticales CNC se han convertido en equipos clave para superar los cuellos de botella de calidad y eficiencia en el campo de la fabricación de válvulas de alta presión mediante la profunda integración de 'procesamiento personalizado de materiales difíciles de maquinar, control en bucle cerrado de la precisión de sellado a alta presión e integración eficiente de procesos'.
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