可再生能源正在全面挑戰(zhàn)傳統能源的産出(chū)方式，比如2016年光伏上網價格和風電(diàn)電價均已出台下調方案。雖然趨勢如此，但國家能源局近年來的統計數據表明,發(fā)電量的七成仍源自火電發(fā)電，包括水、風、核電、太(tài)陽能等新能源并未對傳統能(néng)源形成強勢沖擊。
可是,目前國内電力市場已日趨飽和，在國家扶持新能源的政策下，火力(lì)發電等傳統發電形式“上大壓(yā)小”，采用大功率設備已成為電力行(háng)業的共識。
“大”帶(dài)來的(de)挑戰
作為我國(guó)制造大(dà)型電力設備的主力廠商，上(shàng)海電氣電站設備有限公(gōng)司發電機廠（SEPC）隸屬于上海電氣集團股份有限公司電站集團，是與德國西門子公(gōng)司合資的企業，主要從(cóng)事火電、核電、燃機領域的大型發電機(jī)成套産品的研發和制造。
從2004年(nián)開始，上海發電(diàn)機廠火力發電(diàn)機組的生産、銷售(shòu)、以(yǐ)及訂單數量連續(xù)保持世界第一。近幾年公司1000MW等級水氫冷機組每年的訂單量基本穩定在9000MW～13000MW範圍内，國内市場占有率約80%，600MW等(děng)級水氫(qīng)冷機組年訂單量本穩定在6000MW～9000MW，國内市場占(zhàn)有率約(yuē)60%，産品遠銷多個國家。
我國現有的300MW、600MW、1000MW水氫冷汽輪發電機效率、年運行小時等參數均已達到國際先進水平，近(jìn)年國家規定國内能生産的亞臨界600MW及以下容量機組(zǔ)一般不再進口，這加快(kuài)了對我國電站建設制造業的(de)發展。電站制造(zào)業(yè)是國家重要的基礎工業之一，法國、德(dé)國(guó)、日本、俄羅斯、美國的大型核(hé)電(diàn)站(zhàn)、火電站的絕大部分機組都是本國制造的。
随(suí)着“上大壓小”政策的實施，SEPC目前已經形成完善的空冷50MW～200MW等級、雙(shuāng)水内水冷60MW～340MW等級(jí)、水氫冷200～1000MW等級等系列産品，在超超臨界1000MW級火電、核電及燃氣輪發電(diàn)機等(děng)重大項目上實現了曆史(shǐ)性突破，目(mù)前正在研發國際(jì)上最大容量(liàng)的1800MW級(jí)核電發電(diàn)機、1200MW級火電發電(diàn)機等産品，以形成新的發電機核心技術(shù)，不斷提高(gāo)企業核心競争力。走進SEPC的廠房(fáng)，可看到：主廠房長312米，寬36米，高34米，吊(diào)重能力可達500噸，具備了可加工目前(qián)世(shì)界上最大容量——1800MW四極核電發電機和年産量3000萬千瓦的(de)生(shēng)産能力。
随着等(děng)級的提升，發電設備尺寸也随之加大，動辄上百噸、幾十米的大型設備給加工帶來的不僅僅是不便，加工難度(dù)也随之(zhī)提升。
由于發電設備産(chǎn)品的特性，對設(shè)備的可靠性有着嚴格的要求。比如轉(zhuǎn)子是大(dà)型電力設(shè)備—發電機中的核心(xīn)部件，其加(jiā)工質量的好壞影響(xiǎng)了(le)發電機的運行質量。且轉子胚件(jiàn)尺寸大，成本不菲，供應有限，雖加工要求高，但也必須加工零失誤率。
此外(wài)發電設備中其他一些典型關鍵(jiàn)零部件如轉子(zǐ)輪槽(cáo)以及轉子嵌線鸠尾槽等的切削加工，由于被加工材料屬于(yú)耐熱高強度合金鋼(gāng)、不鏽鋼等難加工材料，切削量大、切(qiē)削負荷重，對數控刀具的(de)切(qiē)削性能，諸如高溫紅硬性、彎曲剪切強(qiáng)度、抗磨損(sǔn)性、抗粘接(jiē)性、摩擦系數等有很高的要求(qiú)。
發電設備中典型關鍵零部件如(rú)轉子輪槽以及轉(zhuǎn)子嵌線鸠尾槽，屬于(yú)耐熱(rè)高強度合金鋼(gāng)、不鏽鋼等難加工材料，切削量大(dà)、切削負荷重，對數控刀具的切削(xuē)性能有很高的要求
對1000MW及以上的二(èr)級發電機轉子來說，其本體嵌線槽由于槽深深度大（100mm以上）,槽壁薄(báo)（15mm左右）如下圖所(suǒ)示，剛性差，易引起加工變形，加(jiā)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(běn)體(tǐ)嵌線槽由于槽(cáo)深深度大,槽(cáo)壁薄(báo)，剛性差(chà)，易引起加工變形，加工困難
但難點正(zhèng)是(shì)關鍵點。控制和減少二極轉子嵌(qiàn)線槽的切削變形，是提高(gāo)轉子運(yùn)轉精度、保證發電機運行品(pǐn)質的(de)關鍵。一般來說嵌線槽在加工中(zhōng)發生變形，嵌線(xiàn)槽槽口變形量可達到(dào) 0.5mm。要減小變形，必須選擇合适的(de)切削力并減小降低殘餘應力。這不僅(jǐn)對工藝(yì)工程師和操作人員提出了高要求，其高精度複(fú)雜(zá)型面(miàn)的切削對數控刀具本(běn)身(shēn)的(de)精度也提出了更高的(de)要求。
難點重重
機加工是發電機組生産的重(zhòng)要環節，發電機(jī)轉子、定子、機座(zuò)等(děng)部件切削量很大(dà)，對機床和刀具要(yào)求都很高。汽(qì)輪發電機(jī)轉軸嵌線槽(cáo)是采用專(zhuān)用可(kě)轉位轉子槽(cáo)盤銑刀，在數控(kòng)轉子(zǐ)槽銑床(chuáng)上加工而成。由于轉軸材質為高強度合金鋼，切削槽(cáo)深、銑刀直徑大、切(qiē)削速快，對刀(dāo)具綜合性能要求很高。
以轉子加工為例，鍛造出的原材(cái)料工件首(shǒu)先要(yào)經過車削，然(rán)後是銑(xǐ)削加工。銑削分粗銑和精(jīng)銑，每個工(gōng)序分(fèn)兩步又分兩步走。“銑槽(cáo)必須要分段，因為牽扯到轉(zhuǎn)子的動平衡。”這(zhè)是每個工藝操作人(rén)員都所熟稔的(de)。
轉子本體(tǐ)外圓有一圈軸向方向的嵌線(xiàn)槽，業内也稱之為轉子縱樹型輪槽，有時每個轉子的(de)嵌線槽(cáo)會多達30多條(tiáo)。發電機轉子槽形整體加工(gōng)要求較高：整槽寬度公差要求≤0.2mm、等分度要求(qiú)≤0.02°、粗糙度要求≤Ra3.2，其次工藝要求(qiú)的加工效(xiào)率要高，需要兼顧機床(chuáng)加工性能及刀具(jù)切(qiē)削性能。
要(yào)提高産(chǎn)品的性能一般有兩種途徑，一(yī)是加大資金投資購買設備，或者求助外(wài)協；還有一(yī)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)，如果刀具的切(qiē)削效率能夠提高一倍，就相當于增(zēng)加了一台機床(chuáng)，它帶來的效果(guǒ)立竿見(jiàn)影，事半功倍(bèi)。SEPC的轉子槽加工工序中(zhōng)大量使用了各種(zhǒng)盤銑刀和鸠尾銑刀，所用(yòng)刀具以德國瓦爾特公司(sī)提供的可(kě)轉位盤銑刀和可轉(zhuǎn)位鸠尾銑刀為主。
國内發(fā)電機制造技術發展經曆了三個階段，制造工藝也從手工、機械、數(shù)顯加工為主，逐步發展到數控智(zhì)能化加(jiā)工，轉子嵌線槽内鸠(jiū)尾槽的加工(gōng)刀(dāo)具從之前高速鋼材質演變到可轉位刀片刀具。起初，SEPC和原來合作的刀具供應商也已将部分方案做成了(le)硬質合金可轉(zhuǎn)位刀片方案。但(dàn)其中一款刀具從定方(fāng)案到制造、試加工、修改方案，幾次反複試加工總(zǒng)共花(huā)了近兩年的時間，最(zuì)終仍然不符合技術(shù)要求(qiú)，最主要的原因在于整(zhěng)體加工性能不好(hǎo)，工件(jiàn)的表面質量無(wú)法保證。了解到(dào)相(xiàng)關發電行業的一些成(chéng)功案例後，具有較豐(fēng)富經驗的瓦爾特進入了SEPC的備(bèi)選名單。
應用在300MW等級上的粗齒型粗銑盤銑刀是瓦爾特和SEPC的(de)首個合作成果。因為轉子槽粗(cū)加工加工餘量大，要求良好的排屑(xiè)功能(néng)，此外關鍵還不能出(chū)現拉鐵圈、磨痕。300MW的嵌線槽槽寬38mm,粗銑刀(dāo)選(xuǎn)用的切寬是36mm，單邊留(liú)1個毫米左右精(jīng)銑餘(yú)量。常規的加工工藝是：第一步盤銑刀粗(cū)銑後鸠尾槽粗銑，接着盤銑刀(dāo)第二、三…刀粗銑，結束後再進行(háng)盤銑刀精銑，一般(bān)都是整槽形一刀到底，然後再進行鸠尾精銑。這其中(zhōng)所使用的粗銑盤銑刀就是瓦爾特牌号為WF341-6092000的盤銑刀，它采用卡口式刀座(zuò)設計，極适合用于電機轉子槽粗(cū)/精加(jiā)工，刀體剛性極(jí)好(hǎo)，加工效率高，特别是在精加工時，表面無明顯刀痕，粗糙度非常(cháng)好。
改變看得見
現在(zài)看起來一切都很順利，但實(shí)際上雙方在(zài)設計這款(kuǎn)刀(dāo)具時，也是一波三(sān)折。
由于轉子槽底比較大，因此刀具加工時受到的(de)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(jù)最初被設(shè)計(jì)成波浪形，效果并不理想，前後實驗了3次：第一次把(bǎ)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(zhòng)新訂做了一套新的刀座。但是(shì)雙方都有着“不達(dá)目的(de)不罷休的勁頭”，數(shù)次在加工現場商讨試驗，最終提供出幾近完美的(de)解決方案。現在瓦爾特刀具(jù)在SEPC的應用已(yǐ)經越來越(yuè)多，隻要有新的産(chǎn)品設計都會在第一時間看到瓦(wǎ)爾特資深(shēn)技術人員的參與。
同時，降本增效也是SEPC選(xuǎn)擇刀具的重要(yào)條件。比如600MW鸠尾槽由高速鋼刀具更換為瓦(wǎ)爾特的刀具後粗(cū)糙度由原先的Ra6.3提高至不(bú)大于Ra3.2，加工效率由原先使用高速鋼刀具加工每個槽需90分鐘，提高到使用硬質合(hé)金刀具後(hòu)隻需30分鐘(zhōng)。雖然刀(dāo)片消耗成本略高于高速鋼刀具(jù)方案，但由(yóu)于加工工時減少，且加工(gōng)進給量由于比(bǐ)原先提高不少：可以從原來的(de)不足100mm/min提高(gāo)到240～280mm/min，綜合計算下來，實際加工成(chéng)本的降低依然可觀。
目前，1000MW水氫(qīng)冷、600MW水氫冷III型、300MW水氫冷是SEPC訂單最多的拳頭産品，年産台份數在25～35台，每年總的産品制造容量穩定在2000~3000萬千(qiān)瓦（3000萬千瓦(wǎ)機組一年發電量可達2400億度）。此(cǐ)外水冷機組也是SEPC另一項引以為(wéi)傲的自(zì)主開發産品，至今已累積制造(zào)的水冷機組台份數(shù)超過650台。目(mù)前，SEPC也(yě)已經在研發(fā)世(shì)界660MW最大水冷發電機組及(jí)1200MW等級世界最(zuì)大二極發(fā)電(diàn)機機組。
随着中國裝備(bèi)制造業的發展，未來生産企業對機(jī)床和刀具的要求(qiú)也越來越高。金屬切削機床和刀具作為切削加工的基礎工藝裝備，被(bèi)稱為 “孿生兄弟”，機床依靠優良的“牙(yá)齒”才能發揮最佳作(zuò)用。可以說刀具性能和質量直(zhí)接影響到整體生産(chǎn)效率的高低、加工質(zhì)量的好壞，以及(jí)生産技術水平和經濟效益，所以國外企(qǐ)業才有“企業(yè)的紅利在刀刃上(shàng)”的說法。SEPC正緻力于(yú)此。
