可再生能(néng)源正在全面挑(tiāo)戰傳統能源的産出(chū)方式，比如2016年光伏上網價格和風電電價均已出台下調方案。雖(suī)然(rán)趨勢如此(cǐ)，但國家能源局近年來的統計(jì)數據表明(míng),發電量的七成仍源自火電發電，包括水、風(fēng)、核電、太(tài)陽能等(děng)新(xīn)能源并未(wèi)對傳統能源形成強勢(shì)沖擊。
可是,目前國内電力市場已日趨飽和，在國家扶持新(xīn)能源的政策下，火(huǒ)力發電等傳統發電形式“上大壓(yā)小”，采用大功率設備已(yǐ)成為電(diàn)力行業的共識。
“大”帶(dài)來(lái)的挑戰
作為我國制造大型電力設備(bèi)的主力廠商，上(shàng)海電氣電站設(shè)備有限公司發電機廠（SEPC）隸屬于(yú)上海電氣集團股份有限公司電站(zhàn)集團，是與德國西門子公(gōng)司合資的企業，主要(yào)從(cóng)事火電、核電、燃機領域(yù)的大型發電機(jī)成套(tào)産(chǎn)品的研發和(hé)制造。
從2004年開始，上海(hǎi)發電機廠火力發電機組的生産、銷(xiāo)售、以及訂單數量連續保持世界第(dì)一。近幾年(nián)公司1000MW等級水氫冷(lěng)機組(zǔ)每年的訂單量基本穩定(dìng)在9000MW～13000MW範圍内，國内市場占有率約80%，600MW等級(jí)水(shuǐ)氫冷(lěng)機組年訂(dìng)單量本穩定(dìng)在6000MW～9000MW，國内市場占有率約(yuē)60%，産品遠銷多個國(guó)家。
我國現有的300MW、600MW、1000MW水氫冷汽輪發(fā)電(diàn)機(jī)效率、年運行(háng)小時等參(cān)數均已達到國際先進水平，近(jìn)年國家規定國内能(néng)生産(chǎn)的亞臨界(jiè)600MW及以下容(róng)量機組(zǔ)一般不(bú)再進口，這加快了對(duì)我國電站建設制造業的發展。電站制造業是國家重要的基(jī)礎工(gōng)業之一，法國、德國(guó)、日本、俄羅斯、美國的大型核電站、火電站的絕大(dà)部分機組都是本國制(zhì)造的(de)。
随着“上大壓小”政(zhèng)策的實(shí)施，SEPC目前(qián)已經形成(chéng)完善的空冷50MW～200MW等級、雙(shuāng)水内水冷60MW～340MW等級、水氫(qīng)冷(lěng)200～1000MW等級等系(xì)列産品，在超超臨界1000MW級火電、核電及(jí)燃氣輪發電機等重大項目上實現了曆史性突破，目(mù)前正在研發(fā)國際(jì)上最大容量的1800MW級核電發電機、1200MW級火電發電機等産品，以形成新的(de)發電機核心技術，不斷(duàn)提高企業核心(xīn)競争力。走進SEPC的廠房，可看到：主(zhǔ)廠房長312米，寬36米，高34米，吊重能力可達500噸，具備了可加工目前世(shì)界上最大(dà)容量——1800MW四極核電發電(diàn)機和(hé)年産量3000萬千瓦(wǎ)的生(shēng)産能力。
随着等級的(de)提升，發電設備尺寸也随之加大，動辄上(shàng)百噸、幾十米的大型設(shè)備給加工帶(dài)來的不僅僅是不便，加工難度也随之提升。
由于發電設備産品的(de)特性，對設備的可靠性有着嚴格的要求。比如轉子是大型電力設備—發電機(jī)中的核心部件，其加工質量的好(hǎo)壞影響(xiǎng)了發電機的運行質(zhì)量。且(qiě)轉子胚件尺寸大，成本不菲，供(gòng)應有限，雖加工要求高，但也必須加工零失誤率。
此外發電設備中(zhōng)其他一些典型關鍵零部件如轉子輪槽(cáo)以及轉子嵌線鸠尾槽等的切削(xuē)加工，由于被加工(gōng)材料屬于(yú)耐熱高強度合金鋼、不鏽鋼等難加工材料，切削量大、切削負荷重(zhòng)，對數控刀具的(de)切削性能(néng)，諸如高溫紅硬性、彎曲剪切強度、抗磨損性、抗粘接性、摩擦系數等有很(hěn)高的要(yào)求(qiú)。
發電設(shè)備中典型關鍵零(líng)部件(jiàn)如轉子輪槽以及轉子嵌線鸠(jiū)尾槽，屬于(yú)耐熱高強度合金鋼、不鏽鋼等難(nán)加工材料，切削量大、切削負荷重，對數控刀具的切削(xuē)性能有很高的要求
對1000MW及(jí)以上的二(èr)級發電機轉子來(lái)說(shuō)，其本體嵌線槽由于槽(cáo)深深度大（100mm以上）,槽(cáo)壁薄（15mm左右(yòu)）如下圖所(suǒ)示，剛性差，易引起加工變形(xíng)，加工困難。
對1000MW及以上的二級發電機轉子來說，整體靜态撓度大，其本體(tǐ)嵌線槽由于槽深深度(dù)大,槽壁薄，剛性差，易引起加工變形，加工困難(nán)
但難點正是關(guān)鍵(jiàn)點。控制和(hé)減少二(èr)極轉子嵌(qiàn)線槽的切削變形，是提高轉子(zǐ)運轉精(jīng)度、保證發電機運行品質的(de)關鍵。一般來說嵌線槽在加工中發生變形，嵌線(xiàn)槽槽口變形量可(kě)達到 0.5mm。要減小變形(xíng)，必須選擇合适的(de)切削力并減小降低殘餘應力。這不僅對工藝工程師和操作人員提出了高要求，其(qí)高精度複雜型面的切(qiē)削對數控刀具本身的精度也(yě)提出了更(gèng)高(gāo)的要求。
難點重重(zhòng)
機加工是(shì)發電機組生産的(de)重要環(huán)節，發電機轉子、定(dìng)子、機座(zuò)等(děng)部件切削量很大，對機床和刀(dāo)具要求(qiú)都很高。汽輪發(fā)電機(jī)轉軸嵌線槽是采用專用可轉位轉子槽盤銑刀，在數控轉子槽銑床上加工而成。由于轉軸材質為高強度合金鋼，切削槽深、銑刀直徑大(dà)、切削速快，對刀具綜合性能要求(qiú)很高。
以轉子加工為例，鍛造出的原材料工件首先要(yào)經過車削，然後是銑(xǐ)削加工。銑削分粗銑和精銑，每個工序分兩步又分兩步走。“銑槽必須要分段，因為牽扯到轉子的動平(píng)衡。”這是每個工藝(yì)操(cāo)作人員都所熟稔的(de)。
轉子本體外圓有一(yī)圈軸(zhóu)向方向的嵌線槽，業内也稱(chēng)之為轉子縱樹型輪槽，有時每個轉子的嵌線槽會多達30多條。發電機(jī)轉子槽形整體加工要求較高：整槽寬度公差要求≤0.2mm、等分度要求≤0.02°、粗(cū)糙度(dù)要求≤Ra3.2，其次工藝要求(qiú)的加工效率要高，需要兼顧機床(chuáng)加工性能及刀具切削性能。
要提高産(chǎn)品的性能一般有兩種途徑，一是加大(dà)資金投資購買設備，或者求助外(wài)協；還有一種辦法就是對刀具切削工藝進行改進(jìn)——這是最直接的手段(duàn)，如果刀具(jù)的切削效率能夠提高一倍，就相當于增加了一台機床，它帶(dài)來的效果(guǒ)立竿見影，事半功倍。SEPC的轉子槽加工工序中大量使用了各種(zhǒng)盤銑刀和鸠尾銑刀，所用刀具以德國瓦爾特公司(sī)提供的可轉位盤銑刀和(hé)可轉(zhuǎn)位鸠尾銑刀為主。
國内發電機制造技術發展經曆了三個(gè)階段，制造工藝也從手工、機械、數顯加(jiā)工為主，逐步發展到數控(kòng)智能化加(jiā)工，轉子嵌線槽内鸠(jiū)尾槽的加工刀具從之前高速鋼材質演變到可轉位刀片刀(dāo)具。起初(chū)，SEPC和原來合作的刀具供應商也已将部分方案做成了硬質合金可轉(zhuǎn)位(wèi)刀片方案。但(dàn)其中(zhōng)一款刀具從定方案到制造、試加工(gōng)、修改方案，幾次反複試加工總共花了近兩(liǎng)年的時(shí)間，最(zuì)終仍然不符合(hé)技術(shù)要求，最主要的原因在于整體加工性能不好，工件(jiàn)的表面質量無(wú)法保證。了解到相關發電行業的一些成(chéng)功案例後，具(jù)有較豐富經(jīng)驗的瓦爾特進入了SEPC的備選名單(dān)。
應用在(zài)300MW等級上的粗齒(chǐ)型粗銑盤銑刀是瓦爾特和SEPC的首個合作成果。因為轉子槽(cáo)粗加工加工餘量大，要求良好的(de)排屑(xiè)功能，此外關鍵還不能出現拉鐵圈、磨痕。300MW的嵌(qiàn)線槽槽寬38mm,粗銑刀選用的切寬是36mm，單邊留1個毫米左右精(jīng)銑餘量。常規的加工工藝是：第一步盤銑刀粗銑後鸠(jiū)尾槽粗銑，接着盤(pán)銑刀第二、三…刀粗銑，結束後再(zài)進行盤銑刀精銑，一(yī)般都是整槽形一(yī)刀(dāo)到底，然後再進行(háng)鸠尾精(jīng)銑。這其中所使用的粗(cū)銑盤銑刀就是瓦爾特牌号為WF341-6092000的(de)盤銑刀，它采用卡口式刀座設計，極适合用于電機轉子槽粗(cū)/精加工，刀體剛性極好(hǎo)，加(jiā)工效率高，特别是在(zài)精加工時，表面無明顯刀(dāo)痕，粗糙度非常好(hǎo)。
改變看(kàn)得見
現在看起來一切都很順利，但實際上雙方在設計這款刀具時，也(yě)是一波三(sān)折。
由于轉子槽底比較大，因此刀具(jù)加工時受到的阻力比較大，刀盤的(de)抗震性也會差一點。瓦爾特定制的刀具最初被設(shè)計成波浪形，效果并不理想，前後實驗了(le)3次：第一次把刀座做了調整，第二次是把刀具運回到德國改進，但還有小缺陷，第三次(cì)又重新訂做了一套新的(de)刀座。但是雙方都有着“不達目的不罷休的勁(jìn)頭”，數次在加工現(xiàn)場商讨試驗，最終提供出幾近(jìn)完美的(de)解決方案。現在(zài)瓦爾特刀具在SEPC的應用已經越來越多，隻要有新的産品設計都會在第一時間看到瓦(wǎ)爾特(tè)資深技術人員的參與。
同時，降本(běn)增效也是SEPC選(xuǎn)擇刀具的重要(yào)條件。比(bǐ)如600MW鸠尾槽由高速鋼刀具更(gèng)換為瓦爾(ěr)特的刀(dāo)具後粗糙度由原先的Ra6.3提高至不大于Ra3.2，加工效率由原先使用高速鋼刀具(jù)加工每個(gè)槽需90分鐘，提高到使用硬質合(hé)金刀具後隻需30分鐘。雖(suī)然刀片消耗(hào)成本略高于高(gāo)速鋼刀具方案，但由(yóu)于加工工時減少，且加工進給量由于比(bǐ)原先提高不少：可以從原來(lái)的不足100mm/min提高到240～280mm/min，綜合計算下來，實際加工成(chéng)本的降低依然(rán)可觀。
目前，1000MW水氫冷、600MW水氫冷(lěng)III型、300MW水氫冷是SEPC訂單最多的(de)拳頭産品，年産台份數在25～35台，每年總的産品制造容量穩(wěn)定在2000~3000萬千(qiān)瓦（3000萬(wàn)千瓦機組一年(nián)發電量(liàng)可達2400億度）。此(cǐ)外水冷機組也是SEPC另(lìng)一項引以為傲的自主開發産品(pǐn)，至(zhì)今已累積制造的水冷機組台份數(shù)超過650台。目(mù)前，SEPC也已經在研發世界(jiè)660MW最大水冷發電機(jī)組及1200MW等級世界最大二極發電機機組。
随(suí)着中國裝備(bèi)制造業(yè)的發展，未來生産企業對機(jī)床和刀具的要求也越來越(yuè)高。金屬切削機床和刀具(jù)作為切削加(jiā)工的基礎工藝裝備，被(bèi)稱為 “孿生(shēng)兄弟”，機床依靠優良的“牙(yá)齒”才能發揮最佳作用。可以說刀具(jù)性能和(hé)質量直接影響到整體(tǐ)生産(chǎn)效率的高(gāo)低、加工質量的好壞，以及生産(chǎn)技術水平和經濟效益，所以國(guó)外企業才(cái)有“企業的紅利在刀(dāo)刃上”的說法。SEPC正緻力于此。
