CN104723020A - 连接柄基体加工工艺 - Google Patents
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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
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。
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
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