可再(zài)生能源正在全面(miàn)挑戰傳統能源的(de)産出方式，比如2016年光伏上網價格和風電電價均已出台下調方案。雖然趨勢如此，但國家(jiā)能源局近年來的(de)統計數據表明(míng),發電(diàn)量的七成仍源自火(huǒ)電發電，包括(kuò)水、風、核(hé)電、太陽能(néng)等新能源(yuán)并未對傳統能源形成強(qiáng)勢沖擊。
可是,目前國内電力市(shì)場已日趨飽和(hé)，在國家扶持新能源的政策下，火力發電等(děng)傳統發電形式“上(shàng)大壓小”，采用大功(gōng)率設備已成為電(diàn)力行業的共識(shí)。
“大”帶來的(de)挑戰
作為我國制造大型電(diàn)力設備的主力廠商，上海電氣電(diàn)站設備有限公司發電機廠（SEPC）隸(lì)屬于上海電氣集團股份(fèn)有限公司電站(zhàn)集團，是與德國西門(mén)子公(gōng)司合資的企業，主要從事火電、核電、燃機領域的大型發電機成套産品的研發和制造(zào)。
從2004年開始(shǐ)，上海發電機廠火力發電機組的生産、銷售、以及訂單數量連續保持世界第一。近幾年公司1000MW等級水氫冷機組每(měi)年的訂單量基本穩定在9000MW～13000MW範圍(wéi)内，國内市場占有率約80%，600MW等級水氫冷機組(zǔ)年訂單量本穩定在(zài)6000MW～9000MW，國内市場占有(yǒu)率約(yuē)60%，産品遠銷多(duō)個國家。
我國現有(yǒu)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(shuǐ)平，近年國家規定(dìng)國(guó)内能生産的亞臨界600MW及以下容量機組一(yī)般不再進口，這(zhè)加快了對我國電站建設(shè)制造業的發展。電站(zhàn)制造業是國家重要的基(jī)礎工(gōng)業之一，法國、德國、日本、俄羅斯、美國的大(dà)型核電站、火電站的絕大部(bù)分(fèn)機組都是本國制造的。
随(suí)着“上大壓小”政策(cè)的實施，SEPC目前已經(jīng)形成完善的空冷50MW～200MW等(děng)級、雙水内水冷60MW～340MW等級、水氫冷200～1000MW等級等系列産品，在超(chāo)超臨界1000MW級(jí)火電、核電及燃氣輪發電機等重大項目(mù)上(shàng)實現了曆史性突(tū)破，目前正在研發國(guó)際上最大容量(liàng)的1800MW級(jí)核電發電機、1200MW級火電發電機等産品，以形成新的發電機核心(xīn)技術，不斷提高企業核心競(jìng)争力。走進SEPC的廠房，可看到：主廠房長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界上最大(dà)容量——1800MW四極核電發電機和年産量3000萬千瓦的生産能力。
随(suí)着等級的提升，發電設備尺寸也随之加(jiā)大，動辄上百噸、幾十米的大型設備給加(jiā)工帶來的不僅僅是不便，加工難度也随(suí)之提升。
由于發電設(shè)備産品的特性，對設備的可靠(kào)性有着嚴格的(de)要求。比如轉子(zǐ)是大型電力設備—發(fā)電機中的核(hé)心部件，其加工質量的好壞影(yǐng)響了發電機的運行質量。且(qiě)轉子胚件(jiàn)尺寸大，成本不(bú)菲，供應有限，雖加工要求高，但也必須加工零失誤率。
此外發電設備中其(qí)他一些典型關鍵零部件如轉子(zǐ)輪槽以及轉子嵌線鸠尾槽等的切(qiē)削加(jiā)工，由于被加工材料屬于耐熱(rè)高強度合金鋼、不鏽鋼(gāng)等難加(jiā)工材料，切削量大、切削負荷重，對數控刀(dāo)具(jù)的切削性能，諸如高溫紅硬性、彎曲剪切強度、抗磨(mó)損性、抗粘接性、摩擦系數等有很高的要求。
發電設備中典型關鍵零(líng)部件如轉子輪槽以及(jí)轉子嵌線鸠尾(wěi)槽，屬于耐熱高強(qiáng)度合(hé)金鋼、不鏽鋼等難加工材料，切(qiē)削量大、切削負荷重，對數控刀(dāo)具的切削性能有很高的要求
對1000MW及以(yǐ)上的二級發電機轉子來說，其本體嵌線槽由于槽深深度(dù)大（100mm以上）,槽壁薄（15mm左右）如下(xià)圖所示，剛性差，易引起加(jiā)工變形，加工困難(nán)。
對1000MW及以上的二級(jí)發電機轉子來說，整體靜态撓度大，其本體嵌線槽由于槽深(shēn)深度大,槽壁薄，剛性差，易引起加工變形，加工困難
但難點正是關鍵點。控制和減(jiǎn)少二極轉子嵌線槽的切削變形，是提高轉子運轉精(jīng)度、保證發電機運行品(pǐn)質的關鍵。一般來說嵌線(xiàn)槽在(zài)加工中發生變形(xíng)，嵌線槽槽口變形(xíng)量可(kě)達到 0.5mm。要減小變形，必須選擇(zé)合(hé)适的切削(xuē)力并減小降低殘餘應力。這(zhè)不僅對工藝工(gōng)程師和操作人員提出了高要求(qiú)，其高精度複雜型面(miàn)的切削對數控(kòng)刀(dāo)具本身的精度也提出了更(gèng)高的要求。
難點(diǎn)重重
機加(jiā)工是發電機組生産的重要環節，發電機轉子、定子(zǐ)、機座等部件切削量很大，對機床和刀(dāo)具要求都很高。汽(qì)輪發電機轉軸嵌線(xiàn)槽是采用專用可轉位轉子槽盤銑刀，在數控轉子(zǐ)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(zhí)徑大、切削速快(kuài)，對刀具綜合性能要(yào)求很高。
以轉子加工為例，鍛造出的原材料工件首先要經過車削，然後是銑削(xuē)加工。銑削分(fèn)粗銑和精銑，每個工序分兩步又(yòu)分兩步(bù)走。“銑槽必須要分段，因為牽扯(chě)到轉子的動平衡。”這是每個工藝操作人員都所熟稔(rěn)的。
轉子(zǐ)本體(tǐ)外圓有一圈軸向方向的嵌線槽(cáo)，業内也稱之為轉子縱(zòng)樹型輪槽，有時每個轉(zhuǎn)子的嵌線槽(cáo)會多達30多條。發電機轉子槽形整體加工要求較高：整槽(cáo)寬度公差要求≤0.2mm、等分度要求≤0.02°、粗糙(cāo)度要求≤Ra3.2，其次工藝(yì)要求的加工效率(lǜ)要高，需要兼顧機床加工性能及刀(dāo)具切削性能。
要提(tí)高産品的性能一般有兩種(zhǒng)途徑，一是加大資金投資購買設備，或者求助外協；還有(yǒu)一種辦法就是對刀具(jù)切削工藝進行改(gǎi)進——這是最直接(jiē)的(de)手段，如果刀具的(de)切削效率能夠提高一倍，就相當于增加了一台機床，它帶來的效果立竿見影，事半功倍。SEPC的轉子槽加工工(gōng)序中大量使用了(le)各種盤銑刀和鸠尾銑(xǐ)刀，所用刀具(jù)以德國瓦爾特(tè)公司提供的可轉位(wèi)盤銑刀和(hé)可轉位(wèi)鸠尾銑刀為主。
國内發電機制造技術發展經曆了三(sān)個階段，制造工藝也(yě)從手工、機械、數顯加工為(wéi)主，逐步發展到數控智能化加工，轉子嵌線槽内鸠尾槽的加工刀具(jù)從之前高速鋼材(cái)質演(yǎn)變到可轉位刀片刀具。起(qǐ)初，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位刀(dāo)片方(fāng)案。但(dàn)其中一款刀具從(cóng)定方案(àn)到制造、試(shì)加工、修改方案，幾(jǐ)次(cì)反複試加工總共花(huā)了近兩年的時間，最終仍然不符合技術要求，最(zuì)主要的原(yuán)因在于整體加工性能不好，工件的表面質(zhì)量無法保證。了(le)解到相關發電行業的一些成功案例後，具有(yǒu)較豐富經驗的瓦爾特進入了SEPC的備選名單。
應用在300MW等級上的(de)粗齒型粗銑盤銑刀是瓦爾特和SEPC的首個合作成果。因為(wéi)轉子槽粗加工加工餘量大，要求良(liáng)好的排屑功能，此外關(guān)鍵還不能出現拉鐵圈、磨痕(hén)。300MW的嵌線槽槽寬38mm,粗(cū)銑(xǐ)刀選用的切寬是36mm，單(dān)邊留1個毫米左(zuǒ)右精銑餘量。常規的加工工藝(yì)是：第(dì)一步盤銑(xǐ)刀粗銑(xǐ)後鸠尾槽粗(cū)銑，接着盤銑刀第二、三…刀粗銑，結束後再進行盤銑刀精銑，一(yī)般都是整槽形一(yī)刀(dāo)到底，然後再進行鸠尾精銑。這其中所使用(yòng)的粗(cū)銑盤銑刀就是瓦(wǎ)爾特牌号為WF341-6092000的(de)盤(pán)銑刀(dāo)，它采用卡口(kǒu)式刀座設計，極适合用于電機轉子槽粗(cū)/精加工，刀體剛性(xìng)極好，加工效率高，特别(bié)是在精加工時，表面(miàn)無明(míng)顯刀痕，粗糙度非常好。
改變看得見(jiàn)
現在看起來一切都(dōu)很順利，但實際(jì)上雙方在設計(jì)這款刀具時，也是一波三折。
由于轉子槽(cáo)底比較大(dà)，因此刀具加工時受到的阻力比較大(dà)，刀盤的抗震性也會差一點。瓦爾特定制的(de)刀具(jù)最初被設計成波浪形，效果并(bìng)不理想，前後(hòu)實(shí)驗了3次：第(dì)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(dì)三次又重新訂做了一套新的刀座。但是雙方都有着“不達目的不罷休的勁(jìn)頭”，數次在加工現場商讨試驗，最終提供出幾近完美的解決方案。現在瓦爾(ěr)特刀具在SEPC的應用已經越來越多，隻(zhī)要有新的産品設計都會(huì)在第一時間看(kàn)到(dào)瓦爾特資深技術(shù)人員的參與。
同時(shí)，降本增效也是SEPC選(xuǎn)擇刀具的(de)重要條(tiáo)件。比如600MW鸠尾槽由高(gāo)速鋼刀(dāo)具更換為瓦爾特的(de)刀具後粗糙度由原先的Ra6.3提高至不大(dà)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(yìng)質合金刀(dāo)具後隻需30分鐘(zhōng)。雖(suī)然刀片消耗成本略高于(yú)高速鋼刀具方案(àn)，但由于加工(gōng)工時減(jiǎn)少，且加工進給(gěi)量由(yóu)于比原先提(tí)高不少：可以從原來的不足(zú)100mm/min提高到(dào)240～280mm/min，綜合計算下(xià)來，實際加(jiā)工成本的降低(dī)依然可觀。
目前(qián)，1000MW水氫冷、600MW水氫冷III型(xíng)、300MW水氫冷是SEPC訂單最多的拳頭産品，年産台份(fèn)數在25～35台，每(měi)年總的産品制造(zào)容(róng)量穩定在2000~3000萬千瓦（3000萬千瓦機組(zǔ)一年發電量可達2400億度）。此外水冷機組也是SEPC另一項引以為傲的自主開發産品，至今已累積(jī)制造的水冷機組(zǔ)台份數超過650台。目前，SEPC也已經在研發世界660MW最(zuì)大水冷發電機(jī)組及1200MW等級世界最大二極發電機機組。
随着中國裝備制(zhì)造業的發(fā)展，未來生(shēng)産企業對機床和刀具的要求也越來越高。金屬切削機床和刀具作為切(qiē)削加工的(de)基礎工藝裝(zhuāng)備，被稱為 “孿生兄弟”，機(jī)床依靠優良(liáng)的“牙齒(chǐ)”才能發揮最(zuì)佳作用。可(kě)以說(shuō)刀具性能和質(zhì)量直接影響到整體生産效率(lǜ)的高低(dī)、加工質量的好壞，以及生産技術(shù)水平和經濟效益，所以國外企業才有“企業的紅利在刀刃上(shàng)”的說法。SEPC正緻力于此。
