راه‌حل ماشین‌کاری دقیق برای شیرهای کروی فلنج‌های صنعتی با قطر بزرگ

در حوزه‌های صنعت شیمیایی زغال‌سنگ و انتقال لوله تحت فشار بسیار بالا، دقت سطح آب‌بندی صفحه دریچه شیرهای فشار قوی با قطر Φ 200-500mm از جنس فولاد کروم-مولیبدن (A105N، F91) (که نیازمند تخت‌بودن ≤ 0.015mm/100mm و زبری Ra ≤ 0.6 μm است) و هم‌محوری محفظه شیر و فلنج (≤ 0.025mm) به‌طور مستقیم عملکرد آب‌بندی تحت فشار را تعیین می‌کند — این نوع شیر باید به‌مدت طولانی فشار 42MPa و دمای 350 ℃ را تحمل کند. در صورتی که دقت پردازش مطابق استاندارد نباشد، نرخ نشتی محیط (مانند گاز سنتز واکنش زغال‌سنگ به اولفین) از حد مجاز 0.001% تعیین‌شده در استاندارد API 602 فراتر رفته و منجر به خوردگی تجهیزات یا خطرات ایمنی می‌شود. هنگامی که یک تولیدکننده داخلی شیرهای پیشرفته این نوع شیر را پردازش می‌کند، با یک محدودیت فرآیند سنتی مواجه است: نیاز به سه مرحله «پیش‌تراشکاری محفظه شیر با تراش افقی → سنگ‌زنی دقیق سطح آب‌بندی دریچه با سنگ‌زن عمودی → سوراخ‌کاری چرخه پیچ فلنج با دستگاه مته نوسانی» دارد. در اثر بست‌های متعدد، هم‌محوری بین محفظه شیر و فلنج به اندازه 0.05-0.07mm افزایش می‌یابد، خطای تخت‌بودن سطح آب‌بندی دریچه به 0.03-0.05mm می‌رسد و نرخ قبولی آزمون فشار محصول تنها به 88% می‌رسد؛ فولاد کروم-مولیبدنی (F91) دارای درصد بالای کروم و استحکام زیاد در دمای بالا است. نرخ سایش ابزار در حین برش 2.5 برابر فولاد کربنی معمولی است و عمر ابزارهای آلیاژ سخت تنها به 25-30 عدد/تیغه می‌رسد و هزینه ابزار هر شیر تکی از 320 یوان فراتر می‌رود؛ چرخه پردازش هر قطعه تا 50 دقیقه طول می‌کشد که برآورده‌کردن الزام «تحویل چرخه کوتاه» پروژه‌های شیمیایی زغال‌سنگ را دشوار می‌سازد.
برای غلبه بر دشواری‌ها، شرکت ماشین‌ابزار شن یانگ CK525 را معرفی کرد، یک تراش عمودی با کنترل عددی (CNC) و سیستم پردازش اختصاصی برای شیرهای دروازه‌ای با قابلیت «سازگاری با مواد دشوار به ماشین‌کاری + کنترل دقیق آب‌بندی تحت فشار بالا» ایجاد نمود. تجهیزات دارای بدن بدنه‌ای از چدن با استحکام بالا (با ضخامت دیواره ریخته‌گری 80 میلی‌متر) هستند که تحت فرآیند دو مرحله‌ای رهایی از تنش «پیر شدن طبیعی به مدت 12 ماه + پیر شدن ارتعاشی به مدت 72 ساعت» قرار گرفته‌اند. این ساختار ترکیبی با طراحی بالشتک‌های بلندهای جعبه‌ای و ریل‌های استاتیکی چهار نقطه‌ای، صلبیت بهینه‌شده‌ای را از طریق تحلیل المان محدود فراهم می‌کند. سفتی برش شعاعی به 38 کیلو نیوتن بر میلی‌متر می‌رسد و قادر است به‌صورت پایدار نیروی شعاعی 22 کیلو نیوتنی حین ماشین‌کاری فولاد کروم-مولیبدن را تحمل کند؛ این دستگاه مجهز به سیستم کنترل عددی فانوک 31i-B5 و کنترل حلقه کاملاً بسته با خط‌کش شیاری (وضوح 0.01 میکرومتر) است و دقت موقعیت‌یابی ±0.008 میلی‌متر و دقت تکرار موقعیت‌یابی ±0.005 میلی‌متر را به دست می‌آورد که به‌طور دقیق با الزامات تلورانس سطح H6 سطح آب‌بندی دروازه تطابق دارد. در پاسخ به خصوصیات مقاومت در دمای بالا و تمایل به سخت‌شدگی ناشی از کار در فولاد کروم-مولیبدن، تجهیزات مجهز به یک اسپیندل خنک‌کننده داخلی با فشار بالا (فشار خنک‌کنندگی 1.8 مگاپاسکال، دبی 45 لیتر بر دقیقه) و ابزارهای برشی CBN (نیترید بور مکعبی) با دانه‌های فوق ریز (سختی HV3200، مقاومت سایشی در دمای بالا 40٪ بهبود یافته) است که همراه با فناوری «خنک‌سازی کمکی با مه روغن در دمای پایین» (کنترل دمای منطقه برش در زیر 60 درجه سانتی‌گراد) به‌کار می‌رود و به‌طور مؤثر از فروپاشی لبه ابزار و تشکیل براده جلوگیری می‌کند.

سناریوهای استفاده مشتری
از نظر نوآوری فناورانه، تجهیزات دستاوردی در زمینه «ماشینکاری دقیق شیرهای دروازه‌ای فشار قوی در یک فرآیند بستن» به دست آورده است: ادغام چرخ چهار لبه هیدرولیکی Φ750 میلی‌متری (نیروی بستن تا 100 کیلونیوتن، مناسب برای بدنه شیرهای Φ200-500 میلی‌متر)، یک برجک سرووموتوری 8 ایستگاهی (زمان تعویض ابزار 1.4 ثانیه) و یک واحد متصل شعاعی برای سوراخ‌کاری و رزوه‌کاری، که قادر است در یک مرحله عملیات خراطی دقیق حفره شیر (استوانه‌ای بودن ≤ 0.006 میلی‌متر)، خراطی دقیق سطح آب‌بندی صفحه دروازه (با استفاده از فرآیند «سرعت خطی ثابت + پیشروی ریز»، سرعت خطی 80-120 متر/دقیقه، عمق برش 0.03-0.05 میلی‌متر، تختی ≤ 0.012 میلی‌متر/100 میلی‌متر)، خراطی دقیق صفحه فلنج (تختی ≤ 0.018 میلی‌متر) و همچنین سوراخ‌کاری و رزوه‌کاری 8 تا 16 عدد از سوراخ‌های بولت فلنج (دقت موقعیتی ≤ 0.018 میلی‌متر) را انجام دهد. 0.08 میلی‌متر، مطابق با استاندارد تقارن سوراخ بولت شیر API 602). در پاسخ به تقاضای «اثر آینه‌ای با دقت بالا» روی سطح آب‌بندی صفحه دروازه، ما به‌صورت نوآورانه از «فرآیند ماشینکاری تدریجی چندمرحله‌ای دقیق» استفاده می‌کنیم: مرحله اول 70٪ از اضافه‌برداری را انجام می‌دهد، مرحله دوم خطاهای شکل و موقعیت را با عمق برش 0.08 میلی‌متر تنظیم می‌کند و مرحله آخر با عمق برش 0.02 میلی‌متر به برش آینه‌ای می‌رسد. این فرآیند همراه با کالibrator اندازه‌گیری درون ماشین رِنیشا (دقت اندازه‌گیری ± 0.0005 میلی‌متر) است که تغییر شکل حرارتی قطعه کار را به‌صورت لحظه‌ای جبران می‌کند و زبری سطح آب‌بندی را به‌طور پایدار در سطح Ra0.4 میکرومتر نگه می‌دارد؛ برای تعویض شیرهای دروازه‌ای با مشخصات مختلف (مانند رده فشار PN25-PN42)، تجهیزات دارای 35 دسته از الگوهای پارامترهای فرآیند هستند که زمان تعویض را از 2 ساعت روش سنتی به 18 دقیقه کاهش می‌دهند.

تثبیت‌کننده سه‌طرفه خاص برای ماشین‌کاری سه‌طرفه
نتایج اجرایی کاملاً با استانداردهای صنعتی برای شیرهای فشار قوی مطابقت دارند: چرخه پردازش تک‌قطعه‌ای از 50 دقیقه به 26 دقیقه کاهش یافته و ظرفیت تولید روزانه از 160 عدد به 280 عدد افزایش پیدا کرده است؛ ثبات هممحوری بین محفظه شیر و فلنج ≤ 0.02 میلی‌متر و تختی سطح آب‌بندی دروازه ≤ 0.012 میلی‌متر/100 میلی‌متر است که کاملاً با الزامات API 602 «شیر کشویی فولادی فشرده» و GB/T 12234 «شیر کشویی فولادی با درپوش متصل به پیچ برای صنایع نفت و گاز» مطابقت دارد؛ نرخ قبولی آزمون فشار محصولات از 88% به 99.2% افزایش یافته و نرخ نشت به زیر 0.0008% کنترل شده است که با استاندارد فنی Shell Coal Chemical با عنوان «عدم نشتی» مطابقت دارد؛ عمر ابزارهای ماشین‌کاری فولاد کروم-مولیبدن (F91) 80٪ افزایش یافته (تا 45 تا 54 قطعه/تراش) و هزینه ابزار برش هر شیر به 180 یوان کاهش یافته است؛ ماژول هوشمند عملیات و نگهداری نصب‌شده روی تجهیزات قادر به جمع‌آوری نیروی برش (دقت ±0.5%) و لرزش اسپیندل (فرکانس نمونه‌برداری 1 کیلوهرتز) به‌صورت بلادرنگ است. با ترکیب مدل پیش‌بینی سایش ابزار، نرخ بهره‌برداری ترکیبی تجهیزات از 76% به 94% افزایش یافته و توقف سالانه 400 ساعت کاهش یافته است.
CK525 به‌طور کامل نقطه درد صنعت «پردازش دشوار + دقت بالا» در زمینه شیرهای دروازه‌ای فولادی کروم-مولیبدن تحت فشار بالا را حل کرده است. «مدیر فنی شرکت اظهار داشت: شیرهای دروازه‌ای ما با موفقیت در پروژه‌های بزرگ شیمیایی زغال‌سنگی مانند Баофِنگ در نینگشیا و تیانیه در شینجیانگ به کار گرفته شده‌اند. این شیرها نه تنها گواهی تأمین‌کننده جهانی شرکت شل را به دست آورده‌اند، بلکه الزامات سخت‌گیرانه «عملکرد مداوم بدون نیاز به تعمیر و نگهداری به مدت 8000 ساعت» را نیز برآورده می‌کنند؛ که این امر مانع فنی قوی برای ما در بازار بخش شیرهای فشار قوی ایجاد کرده است.» این مورد تأیید می‌کند که ماشین‌های تراش عمودی CNC از طریق ادغام عمیق «پردازش سفارشی مواد دشوار به ماشین‌کاری، کنترل حلقه‌بسته دقت در بسته‌بندی تحت فشار بالا و یکپارچه‌سازی فرآیند کارآمد»، به تجهیزات اصلی برای غلبه بر موانع کیفیت و کارایی در زمینه ساخت شیرهای فشار قوی تبدیل شده‌اند.