本文以CAD繪圖軟件三維造型為基礎(chǔ)，對(duì)金窩水電站大型進(jìn)水球閥閥體的劃檢劃線序進(jìn)行探討，并形成一套完整的劃檢劃線方法，為后續(xù)球形閥閥體的金加工基準(zhǔn)提供了可靠的依據(jù)。

1、引言

　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用的飛速發(fā)展，越來越多的復(fù)雜零部件，設(shè)計(jì)人員利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行CAD三維設(shè)計(jì)和制圖。但鑄件的鑄造技術(shù)還沒有跟上設(shè)計(jì)要求，其毛坯尺寸誤差大，尤其是對(duì)曲面鑄件這類復(fù)雜程度很高的工件，很多空間曲面的尺寸精度和形狀精度難以達(dá)到圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求，那么在劃線檢查時(shí)，對(duì)基準(zhǔn)的選擇，多點(diǎn)基準(zhǔn)的校借勢(shì)必帶來影響。金窩水輪發(fā)電機(jī)組球閥的大型前(后)閥體，就是一個(gè)代表性的鑄件。因此我們把計(jì)算機(jī)繪圖軟件(CAD)三維造型應(yīng)用到劃檢劃線當(dāng)中，解決了鑄件毛坯自身基準(zhǔn)不準(zhǔn)，又相互矛盾這一問題，攻克了劃線過程中的“瓶頸”，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

2、球閥概況及加工要求

　　2.1、球形閥概況

　　金窩電站水輪發(fā)電機(jī)組為我公司設(shè)計(jì)制造的國內(nèi)單機(jī)容量及轉(zhuǎn)輪直徑最大的高轉(zhuǎn)速?zèng)_擊式水輪發(fā)電機(jī)組，該球閥是為金窩水輪發(fā)電機(jī)組配套的進(jìn)水球閥，也是我公司目前設(shè)計(jì)和制造的最高水頭下的大直徑球閥，球閥設(shè)置在上游壓力鋼管與水輪機(jī)之間，其作用是在機(jī)組出現(xiàn)事故的情況時(shí)，能夠緊急關(guān)閉，將水流斷開，防止事故擴(kuò)大。另外，在機(jī)組檢修或長期停機(jī)時(shí)，截?cái)噙M(jìn)水，保護(hù)機(jī)組。

　　球閥形閥體是球閥的主要部件，由前、后閥體兩部分組成，該閥體采用斜分瓣法蘭把合結(jié)構(gòu)，把合面與活門軸孔成33°夾角，其形狀如圖1、圖2所示。

圖1 前閥體三維造型

圖2 閥體裝配簡圖

　　球閥的相關(guān)參數(shù)：

　　球閥最大工作水頭：620m

　　升壓水頭：775m

　　水壓試驗(yàn)壓力：11.65MPa

　　球閥直徑：1900mm

　　閥體外徑：3070mm

　　閥體內(nèi)徑：2880mm

　　把合法蘭直徑：3850mm

　　閥體材料：鑄鋼 ZG20SiMn

　　閥體重量：42.9t

　　2.2、閥體的加工要求

　　閥體毛坯為鑄件，劃線后按圖紙要求加工。其閥體內(nèi)徑，分瓣法蘭面，進(jìn)出水端，活門軸孔等均要 求加工，并且各部位有嚴(yán)格的尺寸公差和形位公差要求。由于閥體為空間曲面，且鑄件毛坯誤差大， 加工時(shí)尺寸及形位公差精度要求高，要求劃檢劃線必須提供較準(zhǔn)確的基準(zhǔn)及余量數(shù)據(jù)，為后續(xù)金加工提供可靠保證。

3、傳統(tǒng)劃檢劃線方法及誤差分析

　　3.1、劃線工具

　　劃線過程是一個(gè)復(fù)雜的過程，因此劃線前，我們應(yīng)準(zhǔn)備相關(guān)的劃線工具。在此只說明劃球閥時(shí)所用到的工具。劃線工具有等高塊、千斤頂、劃針、樣沖、鐵錘、劃線盤、劃卡、劃規(guī)、地規(guī)、連接規(guī)、油杯、尼龍繩、計(jì)算器;劃線過程的用到的測(cè)量工具有卷尺、鋼直尺、鋼板尺;同時(shí)還需要一些輔助工具有木條(主要是找中心或劃圓所用)、劃線用的涂料等。

　　3.2、傳統(tǒng)的劃線方法

　　以前閥體為例：

　　(1)把進(jìn)水法蘭面(P向平面)向下(如圖3)，放在劃線平臺(tái)上，制作一個(gè)33°的鐵皮樣板，以樣板為基準(zhǔn)，檢查調(diào)整把合面角度(Q向平面)，再按活門軸孔(K向平面)法蘭外圓求圓心O3，以O(shè)3中心點(diǎn)進(jìn)行校借(Q向平面)斜面。

圖3

　　(2)在把合面(Q向平面)法蘭內(nèi)腔安裝活動(dòng)中 心，以內(nèi)圓為基準(zhǔn)求圓心(O1)，并投影到平臺(tái)上，再以進(jìn)水法蘭(P向平面)外圓求圓心并標(biāo)記在平臺(tái)上(O2)，檢查(O1、O2)兩圓心的差值，進(jìn)行校 借，確定(O1、O2)兩個(gè)圓心點(diǎn)在一條垂線上。

　　(3)以活門法蘭(K向平面)外圓為基準(zhǔn)求軸孔中心得O3點(diǎn)，再把活門中心用角尺投到平臺(tái)上a點(diǎn)，以02為圓心劃一圓線，連接 a、O2。在圓線上取一點(diǎn)d，以d點(diǎn)為基準(zhǔn)，在該圓線上做4等份 d、d1、d2、d3。并將 d、d1、d2、d3 四點(diǎn)，投到P向法平 面蘭外圓上。以 O1、O3 為基準(zhǔn)線，并在(P向平面)法蘭平面上，劃P向端面加工線。以 d、d1、d2、d3十字線為基準(zhǔn)，劃(K向平面)法蘭面平面加工線。

　　(4)將工件翻身，按d1、d3點(diǎn)為基準(zhǔn)，找左右正，以(K 向平面)圓心點(diǎn)找上下正，在以 d1、d3 點(diǎn)為基準(zhǔn)，劃(Q向平面)把合面加工線。

　　3.3、誤差分析

　　上述劃線方法，最大問題在于求出的O1點(diǎn)，是不準(zhǔn)確的，按毛坯求出的圓心，與用CAD軟件三維造型，在電腦上劃出來的中心誤差較大，按毛坯求出的圓心，與加工去掉后的圓心，成33 °的夾角(如圖4)，我們通過計(jì)算機(jī)三維造型，了解到我 們?cè)趧澗�過程中所出現(xiàn)的問題，同時(shí)也更加精確地找到了劃線的方法。用計(jì)算機(jī)三維造型，可以直接 得到 O1、O2、O3圓心點(diǎn)的幾何尺寸。使劃線的結(jié)果更加準(zhǔn)確，更加方便，效率更高。

圖4

4、針對(duì)傳統(tǒng)劃檢劃線方法的不足采取的措施

　　4.1、目前的劃線方法

　　4.1.1、圖樣的技術(shù)分析及劃線前的準(zhǔn)備

　　對(duì)圖樣的技術(shù)分析，三個(gè)法蘭面的圓心點(diǎn)是前(后)閥體的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。但都在立體空間中，角度線 無法劃出,按照毛坯所求的圓心,有一個(gè)面與水平始終存在一個(gè)夾角，中心點(diǎn)無法確定。需要解決的問 題就是如何消除這個(gè)夾角所帶來的尺寸誤差。工件的擺方方向,是保證基準(zhǔn)的選擇要點(diǎn)。三個(gè)圓心的幾何位置，是閥體的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，要求基準(zhǔn)在劃線時(shí)盡量與圖樣保持一致。工具準(zhǔn)備，除正常的劃線工具外，還須準(zhǔn)備三個(gè)活動(dòng)中心。

　　4.1.2、找正、檢查、借料

　　如圖5所示，先測(cè)量出(Q向平面)法蘭面毛坯板厚，確定法蘭面加工余量，確定水平高度，把三個(gè)活動(dòng)中心分別調(diào)整到鑄件內(nèi)孔處，以(Q向平面)內(nèi)腔為基準(zhǔn)，在活動(dòng)中心上求出圓心O1，并打上洋沖 眼。同樣以(K向平面)和(P向平面)內(nèi)腔求圓心，分別投影到活動(dòng)中心上，檢查三個(gè)圓心點(diǎn)是否在同一條線上，若不在，只需要調(diào)水平左右進(jìn)行效借。

圖5

　　當(dāng)三個(gè)圓心在一條直線上時(shí)，證明左右水平正已找好。在用呢絨線以O(shè)1點(diǎn)為基準(zhǔn)，按CAD所劃出的尺寸，作O2、O3圓心點(diǎn)的射線。方法以O(shè)1點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)，用呢絨線作圖樣理論上的射線，檢查K向平面和P向平面上下內(nèi)腔兩點(diǎn)圓的加工量，最后在對(duì)三個(gè)中心點(diǎn)進(jìn)行前后、上下進(jìn)行效借，調(diào)借到滿足設(shè)計(jì)要求為止，最終確定圓心點(diǎn)O1、O2、O3。

　　4.1.3、劃線

　　如圖5所示，Q平面向下放置于劃線平臺(tái)上，以O(shè)2、O3 圓心點(diǎn)，分別劃出各自法蘭圓的加工圓線，按H1、H2 的高度尺寸，在K 向平面和P 向平面的法蘭外圓定出法蘭水平基準(zhǔn)線，同時(shí)在Q 向平面法蘭外圓劃端面加工線和看線。在平臺(tái)上以O(shè)1 點(diǎn)圓心為基準(zhǔn)，O3 點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)劃坐標(biāo)線，再分別投到Q 向平面法蘭外圓上，分別與Q 向法蘭外圓有四個(gè)交點(diǎn)Q1、Q2、Q3、Q4。然后再作L1、L2的水平線，并分別投到K 向平面和P 向平面的法蘭外圓上，與P、K 平面水平線相交得P1、P2、K1、K2 點(diǎn)。P1 和P2 是P 向平面法蘭面加工量的基準(zhǔn)點(diǎn)，K1 和K2 是K向平面法蘭面加工量的基準(zhǔn)點(diǎn)。

　　將工件翻身，P向平面向下放置于劃線平臺(tái)上(如圖6所示)，以P1、P2 兩點(diǎn)為基準(zhǔn)找水平，再以P1、P2 高度為基準(zhǔn)，劃上H3 尺寸，同時(shí)以K1、K2、Q1、Q2 四點(diǎn)找出整個(gè)工件的水平正。以P1、P2 兩點(diǎn)高度為基準(zhǔn)，劃P向平面法蘭面最終加工線及看線。分別將P1、P2 兩點(diǎn)，投到劃線平臺(tái)上，作L3 的水平線，劃出K 向平面法蘭面加工線及看線。

　　4.1.4、檢查

圖6

　　按圖樣尺寸，檢查所有劃線尺寸，確定無誤后，在加工線、看線上打上洋沖眼和相關(guān)標(biāo)識(shí)。

　　4.2、針對(duì)傳統(tǒng)劃檢劃線方法的不足采取的措施

　　對(duì)于高水頭的沖擊式水輪機(jī)組，由于水頭較高，對(duì)球閥的要求比較嚴(yán)格，閥體較多的采用斜分瓣結(jié)構(gòu)，即前后閥體的把合面與進(jìn)出水口軸線帶角度，使劃線和加工更加復(fù)雜。

　　傳統(tǒng)的劃線方法不足之處：

　　(1)劃線時(shí)基準(zhǔn)選擇誤差大。基準(zhǔn)應(yīng)該是三個(gè)軸的法蘭中心點(diǎn)為基準(zhǔn)，把合面法蘭中心點(diǎn)選擇錯(cuò)了，會(huì)造成把合面法蘭中心點(diǎn)，不能垂直于進(jìn)(出)水端法蘭中心點(diǎn)。同樣，活門法蘭中心點(diǎn)，與把合面法蘭中心點(diǎn)，也將有一個(gè)夾角，就會(huì)使活門軸孔法蘭加工量前后不均勻，進(jìn)出水口內(nèi)腔加工量偏移較大，造成工件內(nèi)腔補(bǔ)焊打磨。

　　(2)不能找到鑄造時(shí)的第一基準(zhǔn)。鑄造時(shí)的基準(zhǔn)也是三個(gè)法蘭的中心點(diǎn)，基準(zhǔn)選擇錯(cuò)了，會(huì)造成在球閥總裝時(shí)，因內(nèi)腔本體干涉，活門不能完成開關(guān)動(dòng)作，就必須進(jìn)行補(bǔ)焊、吹爆、打磨。嚴(yán)重時(shí)，會(huì)使前后閥體把合面變形產(chǎn)生間隙，這時(shí)就必須重新上機(jī)臺(tái)加工把合面和內(nèi)外止口。

　　針對(duì)加工中反映出的問題，推動(dòng)劃線的改革創(chuàng)新。通過利用計(jì)算機(jī)CAD 制圖軟件知識(shí)，在電腦上發(fā)現(xiàn)了出現(xiàn)問題的原因，也找到了合理的劃線方法。這種方法，總體來講就是在工件中，找到基準(zhǔn)點(diǎn)，用圖樣和計(jì)算機(jī)制圖提供的尺寸，用平尺、交尺、呢絨線、劃針盤等劃線工具，來作射線的方法，進(jìn)行多點(diǎn)基準(zhǔn)的效借，來保證工件的所有角度，保證整個(gè)坐標(biāo)系的相對(duì)位置，以達(dá)到加工的要求。

　　上述最大的創(chuàng)新點(diǎn)在于傳統(tǒng)劃線是在工件上進(jìn)行劃檢劃線，用劃線的手段來對(duì)工件進(jìn)行效借，也就是說，基準(zhǔn)在工件上。而以CAD 三維造型為依托用射線的方法，是把坐標(biāo)線先作好(也就是先作好基準(zhǔn)線)，再用工件對(duì)照基準(zhǔn)線進(jìn)行調(diào)整效借。

　　此方法用在金窩水輪發(fā)電機(jī)組球閥前后閥體上，消除了內(nèi)腔補(bǔ)焊、吹刨這些質(zhì)量問題，更沒有出現(xiàn)過返修合縫面這一情況。

5、結(jié)語

　　從金窩球閥閥體的所有加工工序，到該球閥的總裝情況來看，雖然直徑和高度較大，但與同類型的其它球閥相比所用的加工時(shí)間最短，將計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于球閥前(后)閥體的劃線工作中，提高了工作效率及劃線的準(zhǔn)確度，更加合理的分配了各加工部位的余量，消除了后續(xù)加工工序中內(nèi)腔補(bǔ)焊、吹刨、修磨這些嚴(yán)重質(zhì)量問題，其效率的提高是非常明顯的，不但為公司贏得了生產(chǎn)周期，也為我公司今后生產(chǎn)大型球閥時(shí)，改進(jìn)和提高球閥閥體劃線工作做了有益的嘗試，儲(chǔ)備了相關(guān)劃線技術(shù)。