У галузях вугільної хімічної промисловості та транспортування під ультрависоким тиском, точність ущільнювальної поверхні затвора високотискового запірного клапана з хромомолібденової сталі Φ 200-500 мм (A105N, F91) (з вимогою плоскостності ≤ 0,015 мм/100 мм, шорсткості Ra ≤ 0,6 мкм) та коаксіальність порожнини клапана й фланця (≤ 0,025 мм) безпосередньо визначають герметичність під тиском — такий клапан повинен тривалий час витримувати тиск 42 МПа та температуру 350 °C. Якщо точність обробки не відповідає стандартам, це призводить до перевищення норми витоку середовища (наприклад, синтез-газу з вугілля в олефіни) понад 0,001 %, передбаченої стандартом API 602, що спричиняє корозію обладнання або небезпеку для безпеки. Під час обробки такого типу запірних клапанів вітчизняним виробником високоякісних клапанів виникає традиційне технологічне обмеження: потрібно пройти три операції — «чернове обточування порожнини клапана на горизонтально-токарному верстаті → точне шліфування ущільнювальної поверхні затвора на вертикально-шліфувальному верстаті → свердління отворів під болти фланця на свердлильному верстаті з важільним механізмом». Багаторазове базування призводить до того, що коаксіальність між порожниною клапана та фланцем перевищує 0,05–0,07 мм, похибка плоскостності ущільнювальної поверхні затвора становить 0,03–0,05 мм, а процент проходження гідровипробувань продукції — лише 88 %. Хромомолібденова сталь (F91) має високий вміст хрому та високу міцність при підвищених температурах. Швидкість зносу інструменту під час обробки у 2,5 рази вища, ніж у звичайної вуглецевої сталі. Термін служби твердосплавного інструменту становить лише 25–30 деталей/ребро, а вартість інструментів на один клапан перевищує 320 юанів. Час обробки однієї деталі досягає 50 хвилин, що ускладнює виконання вимог «швидкої доставки» для проектів вугільної хімічної промисловості.
Щоб подолати труднощі, компанія впровадила вертикально-фрезерний верстат з ЧПК Shenyang Machine Tool CK525 і створила спеціалізовану систему обробки для затворів з «адаптацією до важкооброблюваних матеріалів + високоточним керуванням ущільненням під високим тиском». Обладнання має цілісне основу з високоміцного чавуну (товщина стінки лиття — 80 мм), яка пройшла подвійне зняття напружень методами «природного старіння протягом 12 місяців + вібраційного старіння протягом 72 годин». У поєднанні з конструкцією коробчастих ковзних подушок і чотирикрапкових статичних направляючих на гідростатичному підшаснику, жорсткість оптимізована за допомогою методу скінченних елементів. Радіальна жорсткість різання досягає 38 кН/мм, що дозволяє стабільно витримувати радіальне навантаження 22 кН під час обробки хромомолібденової сталі; обладнання оснащене системою ЧПК Fanuc 31i-B5 та повністю замкнутим керуванням за допомогою решітки (роздільна здатність 0,01 мкм), забезпечуючи точність позиціонування ± 0,008 мм та повторюваність позиціонування ± 0,005 мм, що точно відповідає вимогам допусків класу H6 до поверхні ущільнення затвора. З огляду на високу міцність при підвищених температурах і схильність до зміцнення під час обробки хромомолібденової сталі, обладнання оснащене шпінделем із внутрішнім високотисковим охолодженням (тиск охолодження 1,8 МПа, витрати 45 л/хв) та ультрадрібнозернистими різальними інструментами з кубічного бор-азоту CBN (твердість HV3200, зносостійкість при високих температурах покращена на 40%), у поєднанні з технологією «охолодження низькотемпературним масляним туманом» (температура в зоні різання контролюється нижче 60 °C), що ефективно запобігає руйнуванню різальної кромки та утворенню стружки.
Сценарії використання клієнтами
З точки зору технологічних інновацій, обладнання досягло прориву у «точному обробленні високотискових запірних клапанів за один цикл затиснення»: інтеграція гідравлічного патрону з чотирма кулісами діаметром Φ 750 мм (зусилля затиснення до 100 кН, підходить для корпусів клапанів діаметром Φ 200–500 мм), восьмипозиційної сервобашти (час зміни інструменту — 1,4 секунди) та радіального силового блоку для свердління та нарізання різьби, що дозволяє за один раз виконувати точне розточування порожнини клапана (циліндричність ≤ 0,006 мм), точне токарне оброблення дзеркальної поверхні ущільнення клина (із застосуванням процесу «постійна колова швидкість + мікроподача», колова швидкість 80–120 м/хв, глибина різання 0,03–0,05 мм, плоскість ≤ 0,012 мм/100 мм), точне токарне оброблення фланцевої торцевої поверхні (плоскість ≤ 0,018 мм), а також свердління та нарізання різьби у 8–16 отворах фланця (позиційна точність ≤ 0,018 мм). 0,08 мм, відповідає стандарту API 602 щодо симетрії отворів під болти клапана). У відповідь на вимогу забезпечити «високоточний дзеркальний ефект» на поверхні ущільнення клина, ми інноваційно застосовуємо «багатопрохідний поступовий процес прецизійної обробки»: перший прохід знімає 70% надлишкового матеріалу, другий прохід коригує формоутворюючі та позиційні похибки з глибиною різання 0,08 мм, останній прохід забезпечує дзеркальне оброблення з глибиною різання 0,02 мм. У поєднанні з вимірювальним зондом Renishaw, який встановлено на верстаті (точність вимірювання ± 0,0005 мм), компенсується теплове деформування заготовки в реальному часі, завдяки чому шорсткість поверхні ущільнення стабільно підтримується на рівні Ra 0,4 мкм; для заміни клинових клапанів різних типорозмірів (наприклад, з тиском PN25–PN42) обладнання оснащено 35 наборами шаблонів технологічних параметрів, що скорочує час заміни з традиційних 2 годин до 18 хвилин.
Трибічне спеціальне пристосування для трибічного оброблення
Результати реалізації повністю відповідають галузевим стандартам для високотискових клапанів: цикл обробки однієї деталі скорочено з 50 хвилин до 26 хвилин, а щоденна виробнича потужність збільшена з 160 одиниць до 280 одиниць; стабільність коаксіальності між камерою клапана та фланцем становить ≤ 0,02 мм, а плоскість ущільнювальної поверхні затвора — ≤ 0,012 мм/100 мм, що повністю відповідає вимогам API 602 «Компактний стальний запірний клапан» та GB/T 12234 «Сталевий запірний клапан із кришкою, з’єднаною шпильками, для нафтової та газової промисловості»; рівень успішного проходження гідравлічного випробування продуктів зріс з 88% до 99,2%, а рівень витоку зведено нижче 0,0008%, що відповідає технічному стандарту Shell Coal Chemical «нульове протікання»; термін служби інструментів для обробки хромомолібденової сталі (F91) подовжено на 80% (до 45–54 деталей/ребро), а вартість різального інструменту на один клапан знижено до 180 юаней; модуль інтелектуального управління та технічного обслуговування, встановлений на обладнанні, забезпечує збір даних у реальному часі про зусилля різання (точність ±0,5%) та вібрацію шпинделя (частота дискретизації 1 кГц). У поєднанні з моделлю прогнозування зносу інструменту це дозволило підвищити комплексний коефіцієнт використання обладнання з 76% до 94% та скоротити простої обладнання на 400 годин на рік.
CK525 повністю вирішив галузеву проблему 'важкого оброблення+високої точності' для високотискових крижових клапанів із хромомолібденової сталі. "Технічний директор компанії заявив: 'Наші крижові клапани успішно застосовуються в великомасштабних проектах вугільної хімії, таких як Baofeng у Нінся та Tianye в Сіньцзяні. Вони не лише пройшли сертифікацію глобального постачальника Shell, але й відповідають суворим вимогам щодо 'безперервної роботи протягом 8000 годин без обслуговування', що створило для нас технічний бар'єр на ринку високотискових клапанів'." Цей випадок підтверджує, що вертикальні токарні верстати з ЧПК стали основним обладнанням для подолання якісних і ефективних обмежень у сфері виготовлення високотискових клапанів завдяки глибокій інтеграції 'сумісного оброблення важкооброблюваних матеріалів, замкненого контролю точності високотискових ущільнень та ефективної інтеграції процесів'.
EN
