CN101920452B - 核电设备水室封头的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种核电设备水室封头的制造方法，采用数控变位器，配合数控镗铣床，通过以下步骤，将一圆柱形毛坯工件加工成为一个带有多个斜管嘴的水室封头：第一步，划线；第二步，粗加工；a、装夹工件；b、旋转和/或翻转数控变位器工作台面，使被加工的斜管嘴处于水平位置；粗加工斜管嘴的内外圆、端面及管嘴周围的相关曲面；c、使数控变位器工作台面旋转和/或翻转至另一工位，粗加工另一工位的斜管嘴；第三步，探伤；第四步，精加工。本发明采用数控变位器加工带有多个斜管嘴的水室封头，能够准确加工水室封头的各个管嘴内外圆及复杂的相关曲面，保证了零件的加工精度，减少了零件在整个加工过程中不必要的周转时间，大大降低了生产周期。

Description

核电设备水室封头的制造方法
技术领域
本发明涉及一种金属切削机械加工方法，具体涉及一种核电设备水室封头的制造方法。
背景技术
现如今，新型能源的重头项目——核电产业的应用已经越来越广。目前的核电产业已经发展到第三代核电技术，即采用AP1000核能电站。该核电站的装备中，其关键部件(包括压力容器、蒸汽发生器等)全部采用锻件制造。这些关键部件不仅尺寸巨大，而且外形也较为复杂，因此这种大型锻件的制造是核电站制造中的一大难题。
如图1、图2所示的蒸汽发生器中的水室封头，由于其复杂的外形，无法在水压机上锻压成形。目前水室封头的加工制造方法，采用机加工的方法，将一圆柱体原材料加工成形。
为了保证工件上管嘴的位置加工准确，加工过程中将工件安放于不同角度的如图3所示的三角铁架上，使各管嘴校正于水平位置或垂直位置。此方法虽然看似比较简单，但是存在以下缺陷：
a、不同的水室封头管嘴角度都有差异，而制造三角铁架的方法比较适合单一角度位置的情况；
b、将工件安放于三角铁架的过程对于行车工、起吊工技能要求相当高，普通工人无法顺利一次性安装成功，而工件的加工毛坯吨位都在百吨级别以上，工件无法正确安装到位会伴随产生一定概率的安全问题；
c、由于加工过程中需要将工件置于斜面上，因此找正水室封头工件的中心位置比较困难，由于工件吨位太大，每次调整管嘴方位时都需要行车配合，而行车每次的调整量无法控制地很完美，所以整个找正过程相当繁琐并且精度也比较低，不仅需要花费大量的人力、物力，并且无法保证施工图中管嘴的角度位置尺寸。
d、重复定位的能力较差，无法精确地满足所需要的加工状况。
虽然目前已出现一种五轴联动机床，但这种机床用于加工此类吨位上百吨、加工余量在400mm以上的大型铸锻件，需要花费巨大的工时来完成一个水室封头的制造，因此无法满足核电产业的快速发展。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种核电设备水室封头的制造方法，它可以缩短水室封头的加工周期。
为解决上述技术问题，本发明核电设备水室封头的制造方法的技术解决方案为：
采用数控变位器，配合数控镗铣床，通过以下步骤，将一圆柱形毛坯工件加工成为一个带有多个斜管嘴的水室封头：
第一步，划线；
第二步，粗加工；采用数控镗铣床进行；
a、装夹工件；将数控变位器工作台面翻转至水平位置，将工件吊装至工作台上，找正、装夹、压牢；
b、粗加工斜管嘴及其周围的曲面；
旋转和/或翻转数控变位器工作台面，使被加工的斜管嘴处于水平位置；粗加工斜管嘴的内外圆、端面及管嘴周围的相关曲面；
粗加工斜管嘴的内外圆、端面及管嘴周围的相关曲面的方法是：
单面留余量，用盘铣刀粗、精铣削加工斜管嘴的端面；
运用圆弧插补数控程序，采用玉米铣刀，单面留余量，粗、精铣斜管嘴的外圆、锥面、相关外球面；
单面留余量，钻、扩，粗、精镗出斜管嘴的内孔及其肩面、倒圆。
c、根据另一斜管嘴的位置，使数控变位器工作台面旋转和/或翻转至另一工位，粗加工另一工位的斜管嘴；
d、粗加工管嘴与管嘴之间的曲面；
第三步，探伤；
工件置于变位器工作台面上，旋转、翻转台面至所需位置进行磁粉探伤，工件合格后继续下道工序；
第四步，精加工；采用数控镗铣床进行；
a、精加工斜管嘴及其周围的曲面；
旋转和/或翻转数控变位器工作台面，使被加工的斜管嘴处于水平位置；精加工斜管嘴的内外圆、端面及管嘴周围的相关曲面；
精加工斜管嘴的内外圆、端面及管嘴周围的相关曲面的方法是：
采用盘铣刀精铣对斜管嘴的端面；
运用圆弧插补数控程序，采用加长球铣刀精铣斜管嘴的外圆及其肩面、相关圆弧曲面；
精镗对斜管嘴的内孔及其各肩面、倒角、倒圆。
b、根据另一斜管嘴的位置，旋转和/或翻转数控变位器工作台面，精加工另一工位的斜管嘴；
c、精加工管嘴与管嘴之间的曲面。
加工过程中，旋转工作台面或者翻转工作台面至所需的角度，避开加工死角之后再进行加工。
本发明可以达到的技术效果是：
本发明采用数控变位器加工带有多个斜管嘴的水室封头，通过对工件的一次装夹、多次工位的方法进行零件的铣削加工，能够准确加工水室封头的各个管嘴内外圆及复杂的相关曲面，不仅保证了零件的加工精度，同时也减少了零件在整个加工过程中不必要的周转时间，大大降低了生产周期。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是水室封头的结构示意图；
图2是水室封头的尺寸示意图；
图3是现有技术三角铁架工装的示意图；
图4是数控变位器的示意图；
图5是使变位器工件台处于水平位置时装夹毛坯工件的示意图；
图6是将变位器工件台在ZY平面内翻转56.4°，加工第一斜管嘴的内外圆、端面及相关曲面的示意图；
图7是将变位器工作台在ZY平面内翻转45°，在XY平面内旋转180°后，加工第二斜管嘴的内外圆、端面及相关曲面的示意图；
图8是将变位器工作台在ZY平面内翻转69°，加工第三斜管嘴的内外圆、端面及相关曲面的示意图；
图9是在变位器工作台上加工完成的水室封头的示意图。
图中附图标记说明：
10为变位器工作台，            11为夹装装置，
12为垫头，                    13为镗铣床主轴，
14为铣刀盘，                  1为加工第一斜管嘴需去除部分，
2为加工第二斜管嘴需去除部分， 3为加工第四斜管嘴需去除部分，
A为毛坯轮廓，                 B为加工完成轮廓。
具体实施方式
本发明核电设备水室封头的制造方法，采用如图4所示的数控变位器，配合数控镗铣床仿型铣削水室封头。
本发明采用以下步骤，将一圆柱形毛坯工件加工成为一个带有四个斜管嘴的水室封头：
1、划线；在工件外形端面上划出整个工件的外形轮廓线及中心十字线，并将中心线、管嘴中心线引至外圆柱面上；
2、粗加工；将工件装夹于数控变位器工作台10的台面上，采用主轴为Ф200的数控镗铣床进行粗加工；
1)装夹工件；将数控变位器工作台10的台面翻转至水平位置，以便于将工件安放于工作台10上；在工作台10上均匀分布四个等高的垫头12；将工件吊装至工作台10上，找正工件的中心位置，通过夹装装置11装夹工件，并压牢，如图5所示；
2)粗加工第一斜管嘴及其周围的曲面；
如图6所示，旋转工作台面至56.4°，使第一斜管嘴处于水平位置(即该斜管嘴的轴线与Y轴平行)；
单面留5mm余量，用盘铣刀粗、精加工第一斜管嘴的端面；
运用圆弧插补数控程序，采用玉米铣刀，单面留5mm余量，粗、精铣Ф1024.3第一斜管嘴外圆、锥面、相关外球面；
单面留5mm余量，钻、扩，粗、精镗出Ф799.2内孔及其肩面、倒圆；
3)粗加工第二斜管嘴及其周围的曲面；
如图7所示，旋转工作台面180°，并翻转工作台面至45°位置，使第二斜管嘴处于水平位置；
单面留5mm余量，用盘铣刀粗、精铣削第二斜管嘴的端面；
运用圆弧插补数控程序，用玉米铣刀单面留5mm余量，粗、精铣Ф784.4外圆及其肩面、相关圆弧曲面；
单面留5mm余量，钻、扩粗、精镗出Ф471内孔及其各肩面、倒角、倒圆；
4)粗加工第三斜管嘴及其周围的曲面；
工作台旋转114°，使第三斜管嘴处于水平位置；
单面留5mm余量，用盘铣刀粗、精铣削第三斜管嘴的端面；
运用圆弧插补数控程序，用玉米铣刀单面留5mm余量，粗、精铣Ф784.4外圆及其肩面、相关圆弧曲面；
单面留5mm余量，钻、扩粗、精镗出Ф471内孔及其各肩面、倒角、倒圆；
5)粗加工第四斜管嘴及其周围的曲面；
如图8所示，翻转工作台面至69°位置，使第四斜管嘴处于水平位置；
单面留5mm余量，用盘铣刀粗、精铣削管嘴端面；
运用圆弧插补数控程序，采用玉米铣刀单面留5mm余量，粗、精铣削Ф406.8外圆、锥面及相关曲面；
单面留5mm余量，钻、扩，粗、精镗出Ф296内孔及锥面、倒圆；
6)粗加工管嘴与管嘴之间的曲面；
旋转工作台面并翻转工作台面至管嘴与管嘴之间的角度位置，采用玉米铣刀，单面留5mm余量，分别粗、精铣削各管嘴外部的圆弧曲面；
3、探伤；
将工件仍然置于变位器工作台面上，配合探伤人员的要求，旋转、翻转台面至所需位置进行磁粉探伤，工件合格后继续下道工序；
4、精加工；采用主轴为Ф200的数控镗铣床进行精加工；
1)精加工第一斜管嘴及其周围的曲面；
旋转工作台面至56.4°，使第一斜管嘴处于水平位置；
采用盘铣刀精铣对第一斜管嘴的端面；
运用圆弧插补数控程序，采用加长球铣刀精铣对Ф1024.3第一斜管嘴外圆、锥面、相关外球面；
精镗对Ф799.2内孔及其肩面、倒圆；
2)精加工第二斜管嘴及其周围的曲面；
旋转工作台面180°，并翻转工作台面至45°位置，使第二斜管嘴处于水平位置；
采用盘铣刀精铣对第二斜管嘴的端面；
运用圆弧插补数控程序，采用加长球铣刀精铣Ф784.4外圆及其肩面、相关圆弧曲面；
精镗对Ф471内孔及其各肩面、倒角、倒圆；
3)精加工第三斜管嘴及其周围的曲面；
工作台旋转114°，使第三斜管嘴处于水平位置；
采用盘铣刀精铣对第三斜管嘴的端面；
运用圆弧插补数控程序，用加长球铣刀精铣Ф784.4外圆及其肩面、相关圆弧曲面；
精镗对Ф471内孔及其各肩面、倒角、倒圆；
4)精加工第四斜管嘴及其周围的曲面；
翻转工作台面至69°位置，使第四斜管嘴处于水平位置；
采用盘铣刀精铣对第四斜管嘴的端面；
运用圆弧插补数控程序，用加长球铣刀精铣对Ф406.8外圆、锥面及相关曲面；
精镗铣对Ф296内孔及锥面、倒圆；
5)精加工管嘴与管嘴之间的曲面；
旋转工作台面并翻转工作台面至管嘴与管嘴之间的角度位置，采用加长球铣刀，分别精铣对各管嘴外部圆弧曲面，如图9所示。
加工过程中如发生易撞刀的情况或遇到加工死角时，旋转工作台面或者翻转工作台面至所需的任意角度之后再进行加工。
本发明采用数控变位器，能够大大减少放置工件的过程，并且由于其可以翻转至水平位置，所以安全系数也得以大幅提高。
本发明所采用的数控变位器，其具有两个方向的运动，即翻转运动(YZ平面中0°～90°)和工作台面的旋转运动(XY平面中0°～360°自由运动)，能随意翻转台面、旋转台面，并且旋转角度可精确控制，能大大提高水室封头的加工效率。
本发明采用数控变位器，在水平位置便能找正工件的中心，之后只需旋转台面至所需角度即可，从而既能大大缩短水室封头的加工周期，同时也提高了定位精度，从而保证了水室封头外形(包括管嘴角度、球面壁厚等要素)的加工精度。
本发明用于100兆瓦核电项目中蒸汽发生器的水室封头的制造。

Claims (4)

1.一种核电设备水室封头的制造方法，其特征在于，采用数控变位器，配合数控镗铣床，通过以下步骤，将一圆柱形毛坯工件加工成为一个带有多个斜管嘴的水室封头：
第一步，划线；
第二步，粗加工；采用数控镗铣床进行；
a、装夹工件；将数控变位器工作台面翻转至水平位置，将工件吊装至工作台上，找正、装夹、压牢；
b、粗加工斜管嘴及其周围的曲面；
旋转和/或翻转数控变位器工作台面，使被加工的斜管嘴处于水平位置；粗加工斜管嘴的内外圆、端面及管嘴周围的相关曲面；
c、根据另一斜管嘴的位置，使数控变位器工作台面旋转和/或翻转至另一工位，粗加工另一工位的斜管嘴；
d、粗加工管嘴与管嘴之间的曲面；
第三步，探伤；
工件置于变位器工作台面上，旋转、翻转台面至所需位置进行磁粉探伤，工件合格后继续下道工序；
第四步，精加工；采用数控镗铣床进行；
a、精加工斜管嘴及其周围的曲面；
旋转和/或翻转数控变位器工作台面，使被加工的斜管嘴处于水平位置；精加工斜管嘴的内外圆、端面及管嘴周围的相关曲面；
b、根据另一斜管嘴的位置，旋转和/或翻转数控变位器工作台面，精加工另一工位的斜管嘴；
c、精加工管嘴与管嘴之间的曲面。
2.根据权利要求1所述的核电设备水室封头的制造方法，其特征在于：所述第二步b步骤中粗加工斜管嘴的内外圆、端面及管嘴周围的相关曲面的方法是：
单面留余量，用盘铣刀粗、精铣削加工斜管嘴的端面；
运用圆弧插补数控程序，采用玉米铣刀，单面留余量，粗、精铣斜管嘴的外圆、锥面、相关外球面；
单面留余量，钻、扩，粗、精镗出斜管嘴的内孔及其肩面、倒圆。
3.根据权利要求1所述的核电设备水室封头的制造方法，其特征在于：所述第四步a步骤中精加工斜管嘴的内外圆、端面及管嘴周围的相关曲面的方法是：
采用盘铣刀精铣斜管嘴的端面；
运用圆弧插补数控程序，采用加长球铣刀精铣斜管嘴的外圆及其肩面、相关圆弧曲面；
精镗斜管嘴的内孔及其各肩面、倒角、倒圆。
4.根据权利要求1所述的核电设备水室封头的制造方法，其特征在于：所述加工过程中，旋转工作台面或者翻转工作台面至所需的角度，避开加工死角之后再进行加工。
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