Dans les domaines de l'industrie chimique du charbon et du transport par canalisations à ultra-haute pression, la précision de la surface d'étanchéité du clapet de la vanne papillon haute pression en acier au chrome-molybdène (A105N, F91) de Φ 200-500 mm (exigeant une planéité ≤ 0,015 mm/100 mm, une rugosité Ra ≤ 0,6 μm) et la coaxialité entre la chambre de la vanne et la bride (≤ 0,025 mm) déterminent directement les performances d'étanchéité sous pression — ce type de vanne devant supporter durablement une pression élevée de 42 MPa et une température de 350 °C. Si la précision d'usinage ne répond pas aux normes, cela entraîne un taux de fuite du fluide (tel que le gaz de synthèse de la transformation du charbon en oléfines) supérieur à 0,001 % spécifié dans la norme API 602, provoquant une corrosion des équipements ou des risques pour la sécurité. Lorsqu'un fabricant national haut de gamme de vannes usine ce type de vanne papillon, il se heurte à un goulot d'étranglement lié au procédé traditionnel : il doit passer par trois étapes successives : « ébauchage sur tour horizontal de la chambre de vanne → rectification verticale de précision de la surface d'étanchéité du clapet → perçage des trous de boulons de bride sur perceuse à bras oscillant ». Plusieurs reprises de serrage entraînent une coaxialité entre la chambre de vanne et la bride supérieure à 0,05-0,07 mm, une erreur de planéité de la surface d'étanchéité du clapet de 0,03-0,05 mm, et un taux de réussite aux essais de pression de seulement 88 % ; l'acier au chrome-molybdène (F91) possédant une teneur élevée en chrome et une grande résistance à haute température, le taux d'usure des outils pendant l'usinage est 2,5 fois supérieur à celui de l'acier au carbone ordinaire. La durée de vie des outils en métal dur n'est que de 25 à 30 pièces/outil, et le coût des outils par vanne dépasse 320 yuans ; le cycle d'usinage unitaire atteint jusqu'à 50 minutes, ce qui rend difficile le respect des exigences de « livraison à court cycle » des projets chimiques du charbon.
Pour surmonter les difficultés, l'entreprise a introduit le tour vertical CNC Shenyang Machine Tool CK525 et mis en place un système de traitement dédié aux vannes papillon avec « adaptation aux matériaux difficiles à usiner + contrôle de la précision d'étanchéité sous haute pression ». L'équipement adopte un bâti monobloc en fonte à haute résistance (d'une épaisseur de paroi de 80 mm), ayant subi un double relâchement des contraintes par « vieillissement naturel de 12 mois + vieillissement vibratoire de 72 heures ». Associé à une conception de traverses prismatiques et de rails à patins statiques à quatre points d'appui, la répartition de rigidité est optimisée par analyse par éléments finis. La rigidité radiale à l'usinage atteint 38 kN/mm, permettant de supporter stablement la force radiale de 22 kN durant l'usinage de l'acier au chrome-molybdène ; Équipé du système CNC Fanuc 31i-B5 et d'un contrôle entièrement en boucle fermée par règle de mesure à grille (résolution 0,01 μm), il atteint une précision de positionnement de ± 0,008 mm et une précision de répétition de ± 0,005 mm, répondant exactement aux exigences de tolérance de niveau H6 de la surface d'étanchéité de la vanne. En réponse à la forte résistance à chaud et à la facilité d'écrouissage de l'acier au chrome-molybdène, l'équipement est doté d'une broche à refroidissement interne haute pression (pression de refroidissement 1,8 MPa, débit 45 L/min) et d'outils en nitrure de bore cubique CBN à grains ultrafins (dureté HV3200, résistance à l'usure à haute température améliorée de 40 %), combinés à la technologie de « refroidissement assisté par brouillard d'huile à basse température » (température de la zone de coupe maintenue inférieure à 60 °C), supprimant efficacement l'effondrement du tranchant de l'outil et la formation de copeaux.
Scénarios d'utilisation client
En matière d'innovation technologique, l'équipement a réalisé une percée dans le domaine du « usinage de précision des vannes à haute pression en une seule opération de serrage » : intégrant un mandrin hydraulique à quatre mors de Φ 750 mm (force de serrage allant jusqu'à 100 kN, adapté aux corps de vannes de Φ 200-500 mm), une tourelle servoélectrique à 8 postes (temps de changement d'outil de 1,4 seconde) et un module radial de perçage-taraudage motorisé, il permet d'effectuer en une seule passe le alésage précis de la chambre de vanne (cylindricité ≤ 0,006 mm), le tournage précis de la surface d'étanchéité miroir du clapet (utilisant le procédé « vitesse linéaire constante + avance micro », vitesse linéaire de 80-120 m/min, passe de finition de 0,03-0,05 mm, planéité ≤ 0,012 mm/100 mm), le tournage précis de la face bride (planéité ≤ 0,018 mm), ainsi que le perçage et le taraudage de 8 à 16 trous de boulons de bride (précision de positionnement ≤ 0,018 mm). 0,08 mm, conforme à la norme API 602 relative à la symétrie des trous de boulons de vanne). En réponse à la demande de « rendu miroir haute précision » sur la surface d'étanchéité du clapet, nous adoptons de manière innovante un « procédé d'usinage progressif en plusieurs passes » : la première passe élimine 70 % de l'excdent de matière, la deuxième passe corrige les erreurs de forme et de position avec une passe de 0,08 mm, et la dernière passe réalise l'usinage miroir avec une passe de 0,02 mm. Associé à la sonde de mesure en machine Renishaw (précision de mesure ± 0,0005 mm), cela permet de compenser en temps réel la déformation thermique de la pièce, assurant une rugosité stable de la surface d'étanchéité à Ra 0,4 μm ; pour le changement de production entre différentes spécifications de vannes (par exemple, classes de pression PN25-PN42), l'équipement dispose de 35 jeux de modèles de paramètres technologiques, réduisant le temps de changement de 2 heures traditionnelles à 18 minutes.
Fixation spéciale à trois côtés pour usinage triaxial
Les résultats de mise en œuvre sont entièrement conformes aux normes industrielles applicables aux vannes haute pression : le cycle de traitement unitaire a été réduit de 50 minutes à 26 minutes, et la capacité de production journalière est passée de 160 unités à 280 unités ; la stabilité de la coaxialité entre la chambre de vanne et la bride est ≤ 0,02 mm, et la planéité de la surface d'étanchéité du clapet est ≤ 0,012 mm/100 mm, répondant pleinement aux exigences de la norme API 602 « Vanne papillon en acier compact » et de la norme GB/T 12234 « Vanne papillon en acier à couvercle de vanne fixé par tirants pour l'industrie pétrolière et gazière » ; le taux de réussite des essais de pression des produits est passé de 88 % à 99,2 %, et le taux de fuite a été maîtrisé à moins de 0,0008 %, satisfaisant ainsi à la norme technique « zéro fuite » de Shell Coal Chemical ; la durée de vie des outils d'usinage en acier au chrome-molybdène (F91) a été prolongée de 80 % (jusqu'à 45-54 pièces/lame), et le coût des outils de coupe par vanne a été réduit à 180 yuans ; le module intelligent de fonctionnement et de maintenance intégré à l'équipement permet de collecter en temps réel l'effort de coupe (précision ± 0,5 %) et les vibrations de la broche (fréquence d'échantillonnage 1 kHz). Combiné à un modèle de prédiction d'usure des outils, cela a permis d'augmenter le taux d'utilisation global de l'équipement de 76 % à 94 %, et de réduire les arrêts annuels de 400 heures.
Le CK525 a complètement résolu le problème industriel du « traitement difficile + haute précision » pour les vannes à clapet en acier au chrome-molybdène haute pression. » Le directeur technique de l'entreprise a déclaré : « Nos vannes à clapet ont été successfully mises en œuvre dans de grands projets chimiques du charbon tels que Baofeng au Ningxia et Tianye au Xinjiang. Elles ont non seulement obtenu la certification mondiale fournisseur de Shell, mais répondent également à la exigence stricte de « fonctionnement continu pendant 8000 heures sans maintenance », ce qui a établi une barrière technologique pour nous sur le marché des vannes haute pression. » Ce cas confirme que les tours verticaux CNC sont devenus l'équipement central permettant de surmonter les goulots d'étranglement en qualité et en efficacité dans le domaine de la fabrication des vannes haute pression, grâce à l'intégration approfondie de « traitement personnalisé des matériaux difficiles à usiner, contrôle en boucle fermée de la précision d'étanchéité haute pression et intégration efficace des procédés ».
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