W dziedzinach przemysłu chemicznego węgla oraz transportu pod ultra wysokim ciśnieniem, dokładność powierzchni uszczelniającej tarczy zaworu o średnicy Φ 200-500 mm wykonanego ze stali chromowo-molibdenowej (A105N, F91) (wymagana płaskość ≤ 0,015 mm/100 mm, chropowatość Ra ≤ 0,6 μm) oraz współosiowość komory zaworu i kołnierza (≤ 0,025 mm) bezpośrednio decydują o wydajności uszczelniania pod ciśnieniem – tego typu zawór musi długotrwale wytrzymać ciśnienie 42 MPa oraz temperaturę 350 ℃. Jeśli dokładność obróbki nie spełnia norm, prowadzi to do przekroczenia dopuszczalnego wskaźnika wycieku medium (np. gazu syntezy z węgla do olefinów) o wartości 0,001% określonej w standardzie API 602, co może spowodować korozję urządzeń lub zagrożenia bezpieczeństwa. Gdy krajowy producent zaawansowanych zaworów przystępuje do obróbki tego typu zaworu, napotyka na tradycyjny problem technologiczny: konieczność przejścia przez trzy procesy: „obróbka półwykańczająca komory zaworu na tokarce poziomej → precyzyjne szlifowanie powierzchni uszczelniającej tarczy na szlifierce pionowej → wiercenie otworów na śruby kołnierza na wiertarce ramieniowej”. Wielokrotne mocowanie powoduje, że współosiowość między komorą zaworu a kołnierzem przekracza 0,05–0,07 mm, błąd płaskości powierzchni uszczelniającej tarczy wynosi 0,03–0,05 mm, a wskaźnik zdawalności testu ciśnieniowego produktu osiąga jedynie 88%; stal chromowo-molibdenowa (F91) charakteryzuje się wysoką zawartością chromu i dużą wytrzymałością w wysokiej temperaturze. Tempo zużycia narzędzi podczas skrawania jest 2,5 razy większe niż przy zwykłej stali węglowej. Żywotność narzędzi z twardego stopu wynosi tylko 25–30 sztuk/ostriże, a koszt narzędzi na pojedynczy zawór przekracza 320 yuanów; czas jednostkowej obróbki wynosi aż 50 minut, co utrudnia spełnienie wymogu „krótkiego cyklu dostawy” w projektach chemicznych opartych na węglu.
Aby pokonać trudności, firma wprowadziła tokarkę CNC typu pionowego Shenyang Machine Tool CK525 i zbudowała dedykowany system obróbki dla zaworów odcinających z funkcjami „adaptacji do materiałów trudnoobrabialnych + precyzyjnej kontroli uszczelnienia pod wysokim ciśnieniem”. Urządzenie wyposażone jest w całodzieloną korpusową konstrukcję ze żeliwa o wysokiej wytrzymałości (o grubości ścianki odlewu 80 mm), która przeszła dwustopniowe uspokojenie naprężeń: „naturalne starzenie przez 12 miesięcy + wibracyjne starzenie przez 72 godziny”. W połączeniu z projektem skrzyniowych posuwowych poduszek i statycznych prowadnic ciśnieniowych o czteropunktowym oparciu, rozmieszczenie sztywności zoptymalizowano za pomocą analizy metodą elementów skończonych. Sztywność skrawania promieniowego osiąga 38 kN/mm, co umożliwia stabilne wytrzymywanie siły promieniowej 22 kN podczas toczenia stali chromowo-molibdenowej; Urządzenie wyposażone jest w system CNC Fanuc 31i-B5 oraz pełny układ sterowania zamkniętego z liniałem siatki dyfrakcyjnej (rozdzielczość 0,01 μm), osiągając dokładność pozycjonowania ±0,008 mm i powtarzalność pozycjonowania ±0,005 mm, dokładnie odpowiadając wymaganiom tolerancji klasy H6 powierzchni uszczelniającej suwaka. W odpowiedzi na cechy stali chromowo-molibdenowej, takie jak duża wytrzymałość w temperaturze wysokiej i skłonność do uplastycznienia, urządzenie wyposażono w wrzeciono z wewnętrznym chłodzeniem pod wysokim ciśnieniem (ciśnienie chłodzenia 1,8 MPa, wydajność 45 L/min) oraz ultra drobnoziarniste narzędzia CBN – sześcienne azotki boru (twardość HV3200, odporność na zużycie w wysokiej temperaturze poprawiona o 40%), w połączeniu z technologią „chłodzenia mgłą olejową w niskiej temperaturze” (temperatura strefy skrawania utrzymywana poniżej 60 °C), skutecznie zapobiegającą kolapsowi krawędzi ostrza i tworzeniu się wióra.
Scenariusze użycia przez klienta
Pod względem innowacji technologicznych, urządzenie osiągnęło przełom w zakresie „precyzyjnego obrabiania zaworów wysokociśnieniowych w jednym cyklu zamocowania”: integruje ono czterotaczowe hydrauliczne szczęki typu Φ 750 mm (siła zacisku do 100 kN, odpowiednie dla korpusów zaworów o średnicy Φ 200–500 mm), wieżę serwoturniejową z 8 stanowiskami (czas wymiany narzędzia: 1,4 sekundy) oraz radialny napędowy moduł wiercący i gwintujący, umożliwiający jednoczesne precyzyjne wytaczanie komory zaworu (cylindryczność ≤ 0,006 mm), dokładne toczenie lustrzanego powierzchni uszczelniającej płyty suwowej (z wykorzystaniem procesu „stała prędkość skrawania + mikroposuw”, prędkość skrawania 80–120 m/min, głębokość skrawania 0,03–0,05 mm, płaskość ≤ 0,012 mm/100 mm), precyzyjne toczenie czoła kołnierza (płaskość ≤ 0,018 mm) oraz wiercenie i gwintowanie 8–16 otworów pod śruby kołnierza (dokładność położenia ≤ 0,018 mm) w jednym ustawieniu. 0,08 mm, zgodnie ze standardem API 602 dotyczącego symetrii otworów pod śruby w zaworach). W odpowiedzi na zapotrzebowanie dotyczące „wysokiej precyzji efektu lustrzanego” na powierzchni uszczelniającej płyty suwowej, zastosowano innowacyjnie proces „wieloprzejściowego stopniowego precyzyjnego obrabiania”: pierwszy przejazd usuwa 70% nadmiaru materiału, drugi koryguje błędy kształtu i położenia przy głębokości skrawania 0,08 mm, a ostatni realizuje toczenie lustrzane przy głębokości skrawania 0,02 mm. Łącznie z sondą pomiarową Renishaw montowaną bezpośrednio na maszynie (dokładność pomiaru ± 0,0005 mm) kompensuje się w czasie rzeczywistym odkształcenia termiczne przedmiotu obrabianego, co zapewnia stabilną chropowatość powierzchni uszczelniającej na poziomie Ra 0,4 μm; w przypadku zmiany między różnymi typami zaworów suwowych (np. klasy ciśnienia PN25–PN42), urządzenie wyposażone jest w 35 zestawów szablonów parametrów technologicznych, skracając czas wymiany z tradycyjnych 2 godzin do 18 minut.
Trójstronne specjalne oprzyrządowanie do obróbki trójstronnej
Wyniki wdrożenia w pełni odpowiadają standardom branżowym dla zaworów wysokociśnieniowych: cykl obróbki pojedynczej części skrócono z 50 minut do 26 minut, a dzienne zdolności produkcyjne wzrosły z 160 sztuk do 280 sztuk; stabilność współosiowości między komorą zaworu a kołnierzem wynosi ≤ 0,02 mm, a płaskość powierzchni uszczelniającej trzpienia wynosi ≤ 0,012 mm/100 mm, co w pełni spełnia wymagania norm API 602 „Zawór odcinający stalowy kompaktowy” oraz GB/T 12234 „Stalowy zawór odcinający z pokrywą przykręcana śrubami przeznaczony do przemysłu naftowego i gazowniczego”; wskaźnik akceptacji testu ciśnieniowego produktu wzrósł z 88% do 99,2%, a wskaźnik wycieków został ograniczony poniżej 0,0008%, spełniając techniczny standard Shell Coal Chemical dotyczący „zerowych wycieków”; żywotność narzędzi do obróbki stali chromowo-molibdenowej (F91) wydłużono o 80% (do 45–54 sztuk/ozdobnika), a koszt narzędzi tnących na pojedynczy zawór zmniejszono do 180 yuanów; moduł inteligentnej obsługi i konserwacji zamontowany na urządzeniu umożliwia rzeczywistą kolekcję siły skrawania (dokładność ±0,5%) i drgań wrzeciona (częstotliwość próbkowania 1 kHz). W połączeniu z modelem predykcji zużycia narzędzia, całkowita wykorzystanie urządzenia wzrosło z 76% do 94%, a roczny czas przestojów zmniejszył się o 400 godzin.
CK525 całkowicie rozwiązało problem branżowy związany z „trudnościami w obróbce + wysoką precyzją” przy produkcji wysokociśnieniowych zaworów odcinających ze stali chromowo-molibdenowej. «Dyrektor techniczny firmy stwierdził: „Nasze zawory odcinające zostały pomyślnie zastosowane w dużych projektach chemicznych opartych na węglu, takich jak Baofeng w Ningxia i Tianye w Xinjiang. Nie tylko uzyskały certyfikat dostawcy globalnego Shell, ale również spełniają surowe wymagania dotyczące »ciągłej pracy przez 8000 godzin bez konieczności konserwacji«, co pozwoliło nam wytworzyć barierę technologiczną na rynku segmentu zaworów wysokociśnieniowych.« Ten przypadek potwierdza, że tokarki pionowe CNC stały się kluczowym sprzętem umożliwiającym przełamanie utrudnień jakościowych i efektywnościowych w dziedzinie produkcji zaworów wysokociśnieniowych dzięki głębokiej integracji »niestandardowej obróbki trudnych do przetwarzania materiałów, sterowania zamkniętego zapewniającego dokładność uszczelnienia pod wysokim ciśnieniem oraz efektywnej integracji procesów«.
EN
