В области нефтехимии и транспортировки нефти и газа фланцы являются основными соединительными элементами трубопроводных систем. Плоскостность уплотнительной поверхности, положение отверстий под болты и стабильность обработки материала напрямую определяют безопасность эксплуатации трубопроводов (в случае серьезных инцидентов, таких как взрывы и загрязнение окружающей среды из-за утечек через фланцевые соединения в нефтегазовых трубопроводах, национальный стандарт требует, чтобы плоскостность уплотнительной поверхности фланца была ≤ 0,03 мм/100 мм, а погрешность разметки отверстий под болты — ≤ ±5′). Один из ведущих отечественных производителей нефтехимического оборудования столкнулся с технологическим барьером при обработке фланцев: для фланцев DN400–DN1200 мм (материалы включают углеродистую сталь Q345R, нержавеющую сталь 316L, легированную сталь 12Cr1MoVG) традиционная обработка требует трёх операций: «черновое точение на горизонтальном токарном станке → чистовое точение уплотнительной поверхности на вертикально-токарном станке → сверление отверстий под болты на радиально-сверлильном станке», при этом цикл обработки одного фланца достигает 45 минут; из-за многократной установки соосность между внутренним отверстием фланца и уплотнительной поверхностью часто превышает 0,08 мм, а погрешность плоскостности уплотнительной поверхности достигает 0,06–0,09 мм, что приводит к утечке при испытании трубопровода под давлением в 8 %; одновременно фланцы из нержавеющей стали склонны к упрочнению при высокоскоростной обработке, шероховатость поверхности превышает Ra1,6 мкм, что требует дополнительной полировки и увеличивает трудозатраты на обработку одного фланца на 18 юаней.
Обрабатывающая площадка
Чтобы преодолеть эту дилемму, компания представила токарный станок с ЧПУ Zhongjie Friendship Machine Tool VTC100A и создала специализированную систему обработки фланцев с возможностью «закрепления за один раз и выполнения всего процесса». Оборудование оснащено цельной чугунной станиной с толстыми стенками (толщиной до 80 мм), которая прошла двойную обработку для снятия напряжений — вибрационное старение и естественное старение. В сочетании с тяжелой конструкцией поперечных салазок жесткость оптимизирована методом анализа конечных элементов. Радиальная жесткость при резании достигает 32 кН/мм, что позволяет стабильно выдерживать радиальную силу резания 22 кН при обработке сплавных фланцев. Станок оснащен передовой системой ЧПУ Siemens 828D и полностью замкнутым контуром управления с линейкой с решеткой (разрешение 0,1 мкм), что обеспечивает точность позиционирования ±0,002 мм и повторяемость позиционирования ±0,001 мм, точно соответствующую требованию к плоскостности уплотнительной поверхности фланца ±0,02 мм. В зависимости от характеристик различных материалов оборудование оснащено двухканальной системой охлаждения шпинделя: при обработке углеродистой стали используется эмульсионное охлаждение (эффективность охлаждения ≥95%), а при обработке нержавеющей стали переключается на масляно-туманное охлаждение (диаметр капель 5–10 мкм). В сочетании с твердосплавными режущими инструментами сверхмелкого зерна (для обработки нержавеющей стали используются инструменты с покрытием TiAlN и содержанием WC Co 92%) это эффективно подавляет упрочнение поверхности и образование налипаний стружки, обеспечивая стабильную шероховатость поверхности.
С точки зрения технологических инноваций, оборудование достигло двойного прорыва в обработке фланцев по направлениям «интеграция процессов + адаптация материалов»: объединение трехкулачкового силового патрона диаметром Φ 32 мм (с силой зажима 120 кН, подходящего для требований по зажиму фланцев DN750–DN1000 мм), 24-позиционной сервобашни (время смены инструмента 1,5 секунды) и ЧПУ поворотного стола (точность деления ± 3′), что позволяет за одну установку выполнять обработку внутренних отверстий фланца (допуск H8), наружных окружностей (допуск IT7), уплотнительных поверхностей (пазовая поверхность/выпукло-вогнутая поверхность, плоскостность ≤ 0,03 мм) и 8–24 болтовых отверстий (допуск диаметра отверстия H9, ошибка деления ≤ ±4′). Для прецизионной обработки уплотнительных поверхностей мы инновационно применяем «процесс прецизионной обработки с использованием спиральной интерполяции». Благодаря сбору данных и компенсации поверхности с шагом 500 точек на окружность, плоскостность уплотнительной поверхности стабильно поддерживается на уровне 0,02 мм/100 мм. В ответ на высокие характеристики жаропрочности легированных фланцев (12Cr1MoVG) оборудование оснащено встроенной базой данных материалов и технологических режимов, которая автоматически подбирает параметры резания (частота вращения шпинделя 800–1200 об/мин, подача 60–100 мм/мин), предотвращая поломку инструмента. При необходимости замены фланцев различных типоразмеров оборудование поддерживает однокнопочную настройку технологических параметров (встроено 30 шаблонов обработки фланцев), сокращая время замены с традиционных 2 часов до 18 минут.
Крепление фланца
Результаты внедрения полностью соответствуют строгим стандартам нефтехимической промышленности: длительность одного цикла обработки сократилась с 45 минут до 32 минут, суточная производительность увеличилась с 150 комплектов до 260 комплектов; соосность между внутренним отверстием фланца и уплотнительной поверхностью стабильно контролируется на уровне ≤ 0,04 мм, плоскостность уплотнительной поверхности составляет ≤ 0,03 мм, шероховатость поверхности достигает Ra0,8 мкм, погрешность разбивки отверстий под болты — ≤ ±3,5′, что в полной мере соответствует требованиям стандартов GB/T 9113.1-2022 «Цельные стальные фланцы для трубопроводов» и ASME B16.5 «Трубные фланцы и фланцевая арматура»; показатель утечки при испытании трубопроводов давлением снизился с 8% до 0,5%, себестоимость изготовления одного фланца снизилась на 15 юаней после отмены процесса полировки; для фланцев из нержавеющей стали марки 316L срок службы инструмента увеличился на 40% благодаря охлаждению масляным туманом и оптимизации параметров. Интеллектуальный диагностический модуль, установленный на оборудовании, обеспечивает реальное время мониторинг нагрузки на шпиндель (точность ±0,5%) и температуры резания (разрешение 0,1 °C). В сочетании с алгоритмом прогнозирования износа инструмента коэффициент использования оборудования вырос с 80% до 94%, годовое время простоев сократилось на 380 часов.
CK5263 полностью решил двойную проблему «безопасности уплотнения и эффективности обработки» для фланцев. „Директор по производству компании заявил: «Теперь наши фланцы не только прошли строгие испытания Национального центра контроля и инспекции качества труб для нефтегазовой промышленности, но и соответствуют самым высоким требованиям к высоконапорным фланцам (PN40) в крупных проектах, таких как газопровод «Запад–Восток-3», что создало технологический барьер для нашей конкуренции в области оборудования для нефтехимической промышленности». Данный случай подтверждает, что вертикальные токарные станки с ЧПУ стали ключевым оборудованием в производстве фланцев для нефтехимического оборудования, преодолевая узкие места «точности, безопасности и эффективности» за счёт глубокой интеграции „жёсткой адаптации конструкции + индивидуализации материалов и технологий + точного замкнутого управления“.
EN
