CN104723020A - 连接柄基体加工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明属于一种加工工艺，具体涉及一种连接柄基体加工工艺。它包括如下步骤，铣径向翼斜面、钻工艺基准孔；柄体及中心筒的焊接；去应力热处理；孔系加工；线切割成形。本发明的优点是，1）通过设置四处工艺基准孔，实现了加工过程中定位基准的一致性；2）通过自定心焊接坡口和焊接工装的设计和应用，实现了柄体与中心筒方便、准确的装配，减少了焊接变形；3）通过专用镗孔工装的应用，实现了利用工艺基准孔准确可靠的定位，实现了不同工步定位基准的统一；4）线切割成形过程中，充分利用工艺基准孔装夹、找正，保证最终产品满足图纸设计要求。

Description

连接柄基体加工工艺

技术领域

本发明属于一种加工工艺，具体涉及一种连接柄基体加工工艺。 

背景技术

AP1000组件是美国西屋公司新型第三代核燃料组件，其中连接柄基体是控制组件的重要零件之一，由16根径向翼和中心筒组成，且16根径向翼分为了3种不同的结构，形状极为复杂，加工难度很大。 

1、AP1000连接柄基体结构特点及加工工艺简介 

AP1000连接柄基体从结构上来讲，与AFA3G连接柄结构较为类似，均由16根径向翼、24个指杆孔、1个中心筒构成，16根径向翼的角度和24个指杆孔的位置分布也基本相同。但是，这两种连接柄加工工艺迥异，AFA3G连接采用钎焊工艺，将中心筒、翼板、指杆等零件通过钎焊方式连接起来，而AP1000连接采用整体成形工艺，其径向翼、指杆孔包括外形结构均采用机械加工方式完成，这就使得借鉴AFA3G连接柄加工工艺几乎行不通，整套加工工艺必须重新制定。 

发明内容

本发明的目的是提供一种连接柄基体加工工艺，它能够满足AP1000连接柄的整体加工，保证了最终产品满足图纸设计要求。 

本发明是这样实现的，连接柄基体加工工艺，它包括如下步骤， 

（1）铣径向翼斜面、钻工艺基准孔； 

（2）柄体及中心筒的焊接； 

（3）去应力热处理； 

（4）孔系加工； 

（5）线切割成形。 

所述的步骤（1）包括如下步骤， 

1）径向翼斜面铣削工艺； 

2）设置工艺基准孔。 

所述的步骤（2）包括如下步骤， 

1）设置焊接坡口； 

2）设置焊接装配夹具。 

所述的步骤（3）包括热处理的目的主要是消除机械加工以及焊接后的残余应力，AP1000连接柄焊接后去应力热处理工艺如下： 

热处理设备：高真空热处理炉 

热处理温度：400～430℃ 

保温时间：8～9小时 

工作压力：优于1×10^-2Pa 

冷却方式：冲氩快冷 

出炉温度：120℃以下出炉。 

本发明的优点是，1）通过设置四处工艺基准孔，实现了加工过程中定位基准的一致性；2）通过自定心焊接坡口和焊接工装的设计和应用，实现了柄体与中心筒方便、准确的装配，减少了焊接变形；3）通过专用镗孔工装的应用，实现了利用工艺基准孔准确可靠的定位，实现了不同工步定位基准的统一；4）线切割成形过程中，充分利用工艺基准孔装夹、找正，保证最终产品满足图纸设计要求。 

附图说明

图1为径向翼（俯视）铣削及定位基准孔设置示意图； 

图2为自定心焊接坡口装配示意图； 

图中，1柄体，2装配及焊接区域，3中心筒，4工艺孔。 

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细介绍： 

连接柄基体加工工艺，它包括如下步骤： 

（1）铣径向翼斜面、钻工艺基准孔 

AP1000连接柄16根径向翼采用了3种不同的结构设计，不同的径向翼斜边形状和尺寸各不相同，采用车工无法完成径向翼的加工，因此，采用加工中心将不同形状的径向翼斜面轮廓一一铣出。 

1）径向翼斜面铣削工艺 

径向翼厚度最大80mm，最小厚度40mm，柄体成形前柄体厚度至少保证80mm以上，铣削深度要达到40mm，实际上，径向翼宽端仅为3.5mm，如果采用Φ3.5的铣刀，是不可能加工40mm深。在保证两个相邻的径向翼不干涉的情况下，在径向翼斜边铣削深度大的地方，将铣削宽度放大到极限尺寸14mm，采用直径Φ14、刃长45mm的铣刀分布将斜面铣削成形。 

2）设定工艺基准孔 

由于部分孔系必须要在焊接前加工到最终尺寸，且孔系位置相对于工件基准需达到Φ0.127（图1所示），要求较高。因此，为保证这些孔系在工件最终成形后仍然能够满足图纸设计要求，必须设定统一的装夹基准，保证后续加工时装夹的一致性。 

由于此工步零件加工仍然属于粗加工阶段，已经加工完成的尺寸在后续工序仍然需要进行精加工，无法做为贯穿整个工艺路线的精基准，因此，在适当的位置处加工四个工艺孔，工艺孔的设置与加工必须满足以下3点要求： 

1）工艺孔必须能够贯穿整个工艺路线，做为后续所有加工工序的装夹定位基准，且不会对各工序的加工及最终产品造成影响。 

2）工艺孔的设置必须要远离焊接区域，尽量不受焊接变形的影响，保证 定位的准确性和可靠性。 

3）工艺孔的尺寸和位置精度必须高，以减少重复定位误差，确保重复定位的一致性。 

针对上诉3点控制要求，设置了以下4处工艺孔。 

定位基准孔加工工艺如下：采用直径Φ6钻头打预孔，再扩孔至Φ9.9mm，最后用直径Φ10、刃长85mm铰刀对工艺孔进行精加工。加工后，对4个工艺孔进行检验，结果显示，工艺孔直径控制0.02mm以内，位置度控制Φ0.03mm以内，尺寸精度和位置精度均能满足做为后续加工定位基准孔的要求。 

（2）柄体及中心筒的焊接 

柄体和中心筒经装配焊接成为连接柄基体，焊接采用手工氩弧焊，允许填充焊丝，焊接熔深达4～5mm，焊接变形不可避免。由于柄体和中心筒装配总长达250mm，即便是较少的变形，也会导致中心筒远离焊接区域的一端产生较大偏移量，使后续加工难于进行。因此焊接的控制要点有两点，一是保证柄体与中心筒装配的精度和牢靠性，二是尽量控制焊接变形，减少后续加工难度。 

1）焊接坡口的设置 

采用自定心焊接坡口（如图2所示）。 

它能够实现两种零件快速准确的装配，装配操作简单，精度高，能够有效减少装配偏移对焊接造成的影响。 

2）焊接装配夹具的设置 

为了进一步保证装配精度，同时减小焊接后变形，设计了专用的焊接装配夹具。采用一根直线度好、强度高的心轴，穿过柄体和中心筒，心轴两端通过圆柱头档块顶紧零件。档块通过螺纹与螺母与心轴牢固连接。焊接时，零件产生的应力变形直接作用在心轴上，由于心轴强度高，可有效的缓解零 件的变形。经过实际验证，采用这种装夹方式，焊接后的变形可以控制1mm左右，能够保证零件加工时所留加工余量满足后续各工序加工的顺利进行。 

（3）去应力热处理 

热处理的目的主要是消除机械加工以及焊接后的残余应力，AP1000连接柄焊接后去应力热处理工艺如下： 

热处理设备：高真空热处理炉 

热处理温度：400～430℃ 

保温时间：8～9小时 

工作压力：优于1×10^-2Pa 

冷却方式：冲氩快冷 

出炉温度：120℃以下出炉 

（4）孔系加工 

孔系加工是连接柄基体加工的重要工序，孔系直径和位置度精度直接影响控制组件落棒试验最终结果，是设计方重点关注的尺寸之一。AP1000连接柄基体有24个控制棒指杆孔，孔系直径要求控制在0.05mm以内，位置度要求控制在Φ0.203以内，精度要求较高。 

1）孔系加工的装夹定位 

孔系加工采用专用工装定位，定位基准使用4个工艺基准孔（如图1所示）。连接柄基体筒体朝下放置在工装支撑台面，支撑台上固定有四根定位柱，与连接柄基体上的四个定位基准孔配合，配合间隙控制在0.01～0.02mm，工装四周通过压块将工件压紧。这样不仅保证了工件定位的可靠性，也充分了利用了工件上的工艺基准孔，保证了定位基准的一致性。 

2）孔系的加工工艺 

由于孔系直径和位置度要求较高，为保证位置精度，采用打中心孔——钻预孔——扩孔——正孔——铰孔加工工艺对24个指杆孔进行加工，加工后 经过三坐标测量仪检测，孔系直径控制在0.03mm以内，位置度控制在0.06mm以内，能够满足设计要求。 

（5）线切割成形 

采用线切割工艺是根据AP1000连接柄基体外形特点决定的： 

1）连接柄基体外形结构极其复杂，且柄体厚达80mm，传统的加工手段进行如此复杂形状和厚度的零件加工非常困难； 

2）径向翼和指杆的过渡圆弧仅为R1.52，任何切削刀具均不能满足如此小过渡圆弧的加工； 

3）径向翼厚度仅为3.5mm，采用常规加工方式存在切削力，会使得径向翼变形，无法保证加工后，径向翼厚度及孔系位置度等尺寸满足设计要求。 

线切割能够很好的避免或者解决上诉问题，因此我们选择线切割做为AP1000连接柄基体外轮廓的成形工艺。 

线切割装夹和找正完全依靠工艺孔，首先将连接柄筒体朝上，放置在定位板上，定位板有两个与工艺孔匹配的定位孔，用定位销钉***工艺基准孔与定位孔，使连接柄与定位准确定位，定位销与工艺孔配合间隙不超过0.02mm。由于线切割几乎没有切削力，这样装夹就可以保证线切割的顺利进行。工件的找正也是利用工艺孔：将电极钼丝从定位孔中穿过，利用设备自动找中心功能，找到工艺孔中心，由于自动找中心误差较大，因此还需要以此圆心切割一个Φ12的同心圆，测量同心圆的壁厚，对工艺孔中心坐标进行微调。调整结束后，即可以此点为起切点，对整个连接柄基体外形进行加工。 

Claims (4)

1.连接柄基体加工工艺，其特征在于：它包括如下步骤，

（1）铣径向翼斜面、钻工艺基准孔；

（2）柄体及中心筒的焊接；

（3）去应力热处理；

（4）孔系加工；

（5）线切割成形。

2.如权利要求1所述的连接柄基体加工工艺，其特征在于：所述的步骤（1）包括如下步骤，

1）径向翼斜面铣削工艺；

2）设置工艺基准孔。

3.如权利要求1所述的连接柄基体加工工艺，其特征在于：所述的步骤（2）包括如下步骤，

1）设置焊接坡口；

2）设置焊接装配夹具。

4.如权利要求1所述的连接柄基体加工工艺，其特征在于：所述的步骤（3）包括热处理的目的主要是消除机械加工以及焊接后的残余应力，AP1000连接柄焊接后去应力热处理工艺如下：

热处理设备：高真空热处理炉

热处理温度：400～430℃

保温时间：8～9小时

工作压力：优于1×10^-2Pa

冷却方式：冲氩快冷

出炉温度：120℃以下出炉。