Nei settori dell'industria chimica del carbone e del trasporto su oleodotto ad ultra-alta pressione, l'accuratezza della superficie di tenuta della piastra di chiusura della valvola a saracinesca ad alta pressione in acciaio al cromo-molibdeno (A105N, F91) con diametro Φ 200-500 mm (con planarità richiesta ≤ 0,015 mm/100 mm, rugosità Ra ≤ 0,6 μm) e la coassialità tra camera della valvola e flangia (≤ 0,025 mm) determinano direttamente le prestazioni di tenuta sotto pressione — questo tipo di valvola deve resistere a lungo a una pressione elevata di 42 MPa e a una temperatura di 350 °C. Se la precisione di lavorazione non soddisfa gli standard, il tasso di perdita del mezzo (ad esempio il gas di sintesi da carbone a olefine) supera lo 0,001% specificato nello standard API 602, causando corrosione degli impianti o rischi per la sicurezza. Quando un produttore nazionale di valvole di fascia alta lavora questo tipo di valvola a saracinesca, si scontra con un collo di bottiglia del processo tradizionale: è necessario eseguire tre fasi: "sbozzatura della camera della valvola al tornio orizzontale → rettifica di precisione della superficie di tenuta della saracinesca al rettificatore verticale → foratura dei fori per bulloni della flangia al trapano a bascula". Le riprese multiple provocano una coassialità tra camera della valvola e flangia superiore a 0,05-0,07 mm, un errore di planarità della superficie di tenuta della saracinesca di 0,03-0,05 mm e un tasso di approvazione nei test di pressione del prodotto pari soltanto all'88%; l'acciaio al cromo-molibdeno (F91), ricco di cromo e dotato di elevata resistenza a caldo, presenta un tasso di usura dell'utensile durante la lavorazione 2,5 volte superiore rispetto all'acciaio al carbonio comune. La durata degli utensili in metallo duro è di sole 25-30 pezzi/lama e il costo degli utensili per singola valvola supera i 320 yuan; il ciclo di lavorazione per pezzo è lungo fino a 50 minuti, rendendo difficile soddisfare le esigenze di consegna rapida imposte dai progetti nel settore chimico del carbone.
Per superare le difficoltà, l'azienda ha introdotto il tornio verticale CNC Shenyang Machine Tool CK525 e ha realizzato un sistema di lavorazione dedicato per valvole a saracinesca con "adattamento a materiali difficili da lavorare + controllo della precisione di tenuta ad alta pressione". L'attrezzatura adotta un basamento integrale in ghisa ad alta resistenza (con spessore delle pareti di fusione di 80 mm), sottoposto a un doppio trattamento di distensione tensionale del tipo "invecchiamento naturale per 12 mesi + invecchiamento vibrazionale per 72 ore". Combinato con la progettazione di carrelli scorrimento a sezione scatolata e guide idrostatiche a quattro punti di supporto, la distribuzione di rigidità è ottimizzata tramite analisi agli elementi finiti. La rigidità radiale al taglio raggiunge i 38 kN/mm, consentendo di sopportare stabilmente la forza radiale di 22 kN durante la lavorazione dell'acciaio al cromo-molibdeno; dotato del sistema CNC Fanuc 31i-B5 e di un controllo completamente in catena chiusa mediante riga ottica (risoluzione 0,01 μm), si ottiene una precisione di posizionamento di ± 0,008 mm e una ripetibilità di ± 0,005 mm, soddisfacendo accuratamente i requisiti di tolleranza di livello H6 della superficie di tenuta della saracinesca. In risposta all'elevata resistenza a caldo e alla facile incrudimento dell'acciaio al cromo-molibdeno, l'attrezzatura è equipaggiata con un mandrino ad alto rendimento con refrigerazione interna (pressione di raffreddamento 1,8 MPa, portata 45 L/min) e utensili in nitruro cubico di boro CBN a grano ultrafine (durezza HV3200, resistenza all'usura a caldo migliorata del 40%), abbinati alla tecnologia di "raffreddamento assistito con nebbia oleosa a bassa temperatura" (temperatura della zona di taglio mantenuta sotto i 60 °C), sopprimendo efficacemente il collasso del tagliente e la formazione di trucioli.
Scenari di utilizzo del cliente
In termini di innovazione tecnologica, l'attrezzatura ha raggiunto un breakthrough nel "lavorazione di precisione delle valvole a saracinesca ad alta pressione in un unico processo di serraggio": integra un mandrino idraulico a quattro ganasce Φ 750 mm (forza di serraggio fino a 100 kN, adatto per corpi valvola da Φ 200-500 mm), una torretta servo con 8 stazioni (tempo di cambio utensile di 1,4 secondi) e un gruppo radiale motorizzato per foratura e maschiatura, che permette di completare in un'unica passata la precisione dell'alesatura della camera della valvola (cylindricità ≤ 0,006 mm), la tornitura precisa della superficie di tenuta a specchio della piastra di chiusura (utilizzando il processo "velocità di taglio costante + avanzamento micro" con velocità lineare di 80-120 m/min, profondità di passata di 0,03-0,05 mm, planarità ≤ 0,012 mm/100 mm), la tornitura precisa della faccia flangiata (planarità ≤ 0,018 mm) e la foratura e maschiatura di 8-16 fori per bulloni della flangia (precisione posizionale ≤ 0,018 mm). 0,08 mm, conforme allo standard API 602 sulla simmetria dei fori per bulloni delle valvole). In risposta alla richiesta di un "effetto speculare ad alta precisione" sulla superficie di tenuta della piastra di chiusura, abbiamo adottato in modo innovativo il "processo di lavorazione di precisione progressiva a più passate": nella prima passata si rimuove il 70% dell'eccedenza di materiale, nella seconda si correggono gli errori di forma e posizione con una profondità di passata di 0,08 mm, mentre nell'ultima si ottiene il taglio a specchio con una profondità di passata di 0,02 mm. Combinato con la sonda di misura in macchina Renishaw (precisione di misura ± 0,0005 mm), compensa in tempo reale la deformazione termica del pezzo, mantenendo la rugosità della superficie di tenuta stabilmente a Ra 0,4 μm; per la sostituzione di valvole a saracinesca di diverse tipologie (ad esempio con classe di pressione PN25-PN42), l'attrezzatura è dotata di 35 set di modelli di parametri tecnologici, riducendo il tempo di cambio da 2 ore tradizionali a 18 minuti.
Dispositivo speciale a tre lati per lavorazione tridirezionale
I risultati dell'implementazione sono pienamente conformi agli standard del settore per le valvole ad alta pressione: il ciclo di lavorazione per singolo pezzo è stato ridotto da 50 minuti a 26 minuti, e la capacità produttiva giornaliera è aumentata da 160 unità a 280 unità; la stabilità della coassialità tra camera della valvola e flangia è ≤ 0,02 mm, e la planarità della superficie di tenuta della chiusura è ≤ 0,012 mm/100 mm, soddisfacendo pienamente i requisiti della norma API 602 "Compact Steel Gate Valve" e della GB/T 12234 "Steel Gate Valve with Stud Connected Valve Cover for Petroleum and Natural Gas Industry"; la percentuale di superamento del test di pressione del prodotto è aumentata dall'88% al 99,2%, e la percentuale di perdita è stata contenuta sotto lo 0,0008%, rispettando lo standard tecnico Shell Coal Chemical della "tenuta zero"; la durata degli utensili per la lavorazione dell'acciaio al cromo molibdeno (F91) è stata estesa dell'80% (fino a 45-54 pezzi/lama), e il costo degli utensili di taglio per singola valvola è stato ridotto a 180 yuan; il modulo intelligente di operazione e manutenzione installato sull'equipaggiamento può raccogliere in tempo reale la forza di taglio (accuratezza ± 0,5%) e le vibrazioni del mandrino (frequenza di campionamento 1 kHz). Combinato con un modello predittivo di usura dell'utensile, il tasso di utilizzo complessivo dell'equipaggiamento è aumentato dal 76% al 94%, e l'arresto annuo è stato ridotto di 400 ore.
Il CK525 ha risolto completamente il problema del settore relativo alla 'lavorazione difficile + alta precisione' delle valvole a saracinesca in acciaio al cromo molibdeno ad alta pressione. "Il direttore tecnico dell'azienda ha dichiarato: 'Le nostre valvole a saracinesca sono state applicate con successo in grandi progetti chimici del carbone come Baofeng nel Ningxia e Tianye nello Xinjiang. Non solo hanno superato la certificazione globale fornitori di Shell, ma soddisfano anche il rigoroso requisito di 'funzionamento continuo per 8000 ore senza manutenzione', stabilendo così una barriera tecnica per noi nel mercato dei segmenti di valvole ad alta pressione'." Questo caso conferma che i torni verticali CNC sono diventati l'equipaggiamento fondamentale per superare i colli di bottiglia qualitativi ed efficienti nel campo della produzione di valvole ad alta pressione, grazie all'integrazione profonda di 'lavorazione personalizzata di materiali difficili da lavorare, controllo in ciclo chiuso della precisione di tenuta ad alta pressione e integrazione efficiente dei processi'.
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