Nos setores da indústria química do carvão e transporte por dutos de ultra-alta pressão, a precisão da superfície de vedação da placa de fechamento da válvula gaveta de alta pressão em aço cromo-molibdênio (A105N, F91) com diâmetro Φ 200-500 mm (exigindo planicidade ≤ 0,015 mm/100 mm, rugosidade Ra ≤ 0,6 μm) e a coaxialidade entre a câmara da válvula e o flange (≤ 0,025 mm) determinam diretamente o desempenho de vedação sob pressão — esse tipo de válvula precisa suportar por longo tempo uma pressão elevada de 42 MPa e temperatura de 350 ℃. Caso a precisão de usinagem não atenda aos padrões, a taxa de vazamento do meio (como gás de síntese de carvão para olefinas) excederá os 0,001% especificados na norma API 602, provocando corrosão do equipamento ou riscos à segurança. Quando um fabricante nacional de válvulas de alto desempenho processa esse tipo de válvula gaveta, enfrenta um gargalo no processo tradicional: é necessário passar por três etapas: "desbaste em torno horizontal da câmara da válvula → retificação precisa em retificadora vertical da superfície de vedação da gaveta → furação em furadeira de braço oscilante dos furos dos parafusos do flange". Os múltiplos fixamentos fazem com que a coaxialidade entre a câmara da válvula e o flange ultrapasse 0,05-0,07 mm, o erro de planicidade da superfície de vedação da gaveta chegue a 0,03-0,05 mm, e a taxa de aprovação no teste de pressão do produto seja apenas de 88%; o aço cromo-molibdênio (F91) possui alto teor de cromo e elevada resistência à temperatura. A taxa de desgaste da ferramenta durante o corte é 2,5 vezes maior que a do aço carbono comum. A vida útil das ferramentas de metal duro é de apenas 25-30 peças/faca, e o custo em ferramentas por válvula ultrapassa 320 yuans; o ciclo de usinagem por peça é tão longo quanto 50 minutos, dificultando o atendimento aos requisitos de "entrega em curto ciclo" dos projetos de indústria química do carvão.
Para superar as dificuldades, a empresa introduziu o torno vertical CNC Shenyang Machine Tool CK525 e construiu um sistema de usinagem dedicado para válvulas gaveta com "adaptação a materiais de difícil usinagem + controle de precisão de vedação sob alta pressão". O equipamento adota um corpo principal integral em ferro fundido de alta resistência (com espessura de parede de 80 mm), que passou por duplo alívio de tensões com "envelhecimento natural por 12 meses + envelhecimento por vibração por 72 horas". Combinado com o design de almofadas deslizantes do tipo caixa e guias hidrostáticas de quatro pontos de apoio, a distribuição de rigidez é otimizada por meio de análise de elementos finitos. A rigidez radial de corte atinge 38 kN/mm, podendo suportar estavelmente a força radial de 22 kN durante a usinagem de aço cromo-molibdênio; Equipado com sistema CNC Fanuc 31i-B5 e controle totalmente em malha fechada com escala linear (resolução de 0,01 μm), alcança precisão de posicionamento de ± 0,008 mm e precisão de repetição de posicionamento de ± 0,005 mm, atendendo com exatidão aos requisitos de tolerância nível H6 da superfície de vedação da gaveta. Em resposta à alta resistência à temperatura e à facilidade de encruamento do aço cromo-molibdênio, o equipamento está equipado com um fuso com refrigeração interna de alta pressão (pressão de refrigeração de 1,8 MPa, vazão de 45 L/min) e ferramentas de corte CBN (nitreto cúbico de boro) de grão ultrafino (dureza HV3200, resistência ao desgaste em alta temperatura melhorada em 40%), combinadas com a tecnologia de "refrigeração assistida por névoa de óleo em baixa temperatura" (temperatura da zona de corte controlada abaixo de 60 °C), suprimindo eficazmente o colapso da aresta de corte e a formação de cavaco.
Cenários de uso do cliente
Em termos de inovação tecnológica, o equipamento alcançou um avanço com relação à "usinagem de precisão de válvulas de retenção de alta pressão em um único processo de fixação": integrando um mandril hidráulico de quatro mordentes Φ 750mm (força de fixação de até 100 kN, adequado para corpos de válvula de Φ 200-500 mm), uma torreta servo de 8 estações (tempo de troca de ferramenta de 1,4 segundos) e um conjunto radial de furação e roscagem motriz, capaz de realizar em uma única operação a usinagem precisa do alojamento da válvula (cilindricidade ≤ 0,006 mm), a usinagem precisa da superfície espelhada de vedação da placa de fechamento (utilizando o processo "velocidade constante de corte + avanço micro"; velocidade de corte de 80-120 m/min, profundidade de corte de 0,03-0,05 mm, planicidade ≤ 0,012 mm/100 mm), a usinagem precisa da face da flange (planicidade ≤ 0,018 mm) e a furação e roscagem de 8 a 16 furos para parafusos da flange (precisão posicional ≤ 0,018 mm). 0,08 mm, conforme padrão API 602 de simetria dos furos para parafusos da válvula). Em resposta à demanda por um "efeito espelho de alta precisão" na superfície de vedação da placa de fechamento, adotamos inovadoramente o "processo de usinagem de precisão progressiva em múltiplas passadas": na primeira passada remove-se 70% do excesso de material, na segunda passada corrige-se erros de forma e posição com profundidade de corte de 0,08 mm, e na última passada realiza-se o corte espelhado com profundidade de corte de 0,02 mm. Combinado com o sensor de medição em máquina da Renishaw (precisão de medição ± 0,0005 mm), compensa em tempo real a deformação térmica da peça, mantendo a rugosidade da superfície de vedação estável em Ra 0,4 μm; para substituição de válvulas de retenção com múltiplas especificações (como classes de pressão PN25-PN42), o equipamento possui 35 conjuntos de modelos de parâmetros de processo, reduzindo o tempo de troca de 2 horas tradicionais para 18 minutos.
Fixação especial de três lados para usinagem tripla
Os resultados da implementação estão totalmente em conformidade com os padrões do setor para válvulas de alta pressão: o ciclo de processamento por peça foi reduzido de 50 minutos para 26 minutos, e a capacidade diária de produção aumentou de 160 unidades para 280 unidades; A estabilidade da coaxialidade entre a câmara da válvula e o flange é ≤ 0,02 mm, e a planicidade da superfície de vedação do obturador é ≤ 0,012 mm/100 mm, atendendo plenamente aos requisitos da API 602 "Compact Steel Gate Valve" e da GB/T 12234 "Steel Gate Valve with Stud Connected Valve Cover for Petroleum and Natural Gas Industry"; A taxa de aprovação no teste de pressão do produto aumentou de 88% para 99,2%, e a taxa de vazamento foi controlada abaixo de 0,0008%, atendendo ao padrão técnico "zero vazamento" da Shell Coal Chemical; A vida útil das ferramentas de usinagem em aço cromo-molibdênio (F91) foi ampliada em 80% (até 45-54 peças/lâmina), e o custo das ferramentas de corte por válvula foi reduzido para 180 yuan; O módulo inteligente de operação e manutenção instalado no equipamento pode coletar em tempo real a força de corte (precisão ± 0,5%) e a vibração do eixo principal (frequência de amostragem 1 kHz). Combinado com um modelo de previsão de desgaste da ferramenta, a taxa de utilização geral do equipamento aumentou de 76% para 94%, e o tempo de inatividade anual foi reduzido em 400 horas.
O CK525 resolveu completamente o problema do setor de 'difícil usinagem + alta precisão' em válvulas de gaveta de aço cromo-molibdênio de alta pressão. "O diretor técnico da empresa afirmou: 'Nossas válvulas de gaveta já foram aplicadas com sucesso em grandes projetos químicos a carvão, como Baofeng, em Ningxia, e Tianye, em Xinjiang. Elas não apenas passaram pela certificação global de fornecedor da Shell, mas também atendem ao rigoroso requisito de 'operação contínua por 8.000 horas sem manutenção', o que criou uma barreira técnica para nós no mercado de segmento de válvulas de alta pressão'." Este caso confirma que os tornos verticais CNC se tornaram equipamentos essenciais para superar gargalos de qualidade e eficiência na fabricação de válvulas de alta pressão, por meio da profunda integração de 'usinagem personalizada de materiais difíceis de cortar, controle fechado da precisão de vedação em alta pressão e integração eficiente de processos'.
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