CN101985201B - 一种主蒸汽进出口接管异型曲面的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种主蒸汽进出口接管异型曲面的制造方法，属于异形曲面加工技术领域；包括产品毛坯制作检测阶段及产品形状加工成型阶段，无损检测合格的毛坯进入产品形状加工成型阶段，具体包括以下步骤：根据产品帽檐周向最高点处连线及最低点处连线形成的两处截面，求出该产品外形最大轮廓，绘制工艺简图，依据工艺简图进行粗车；之后在帽檐端铣释放应力槽，粗铣曲面区域，在帽檐处留出工艺台；然后半精铣曲面区域及工艺台；在后进行半精车，精铣曲面区域及工艺台，精车，铣削工艺台及钳工抛光工序；本发明弥补了我国在主蒸汽进出口接管异型曲面加工制造领域的空白，降低主蒸汽进出口接管的购置成本，推进我国核电设备的发展及相关技术的自主化。

Description

一种主蒸汽进出口接管异型曲面的制造方法

技术领域

本发明属于异形曲面加工技术领域，特别涉及到一种核电站主蒸汽进出口接管异型曲面的制造方法。 

背景技术

主蒸汽进出口接管是核电站常规岛MSR的特种设备，一座百万千瓦的核电站有四个机组，每个机组由两台MSR，每台MSR有8个主蒸汽口，即每座百万千瓦核电站有64个主蒸汽进出口接管；然而，该零件的工作环境恶劣，材料为碳锰钢，且零件形状类似“西部牛仔帽”，因壁薄加工时易变形且精加工时无法装卡，国内还没有该类零件的加工经验，一直以来都从国外进口“每个零件进口价150万左右，每座核电站仅此一项需花费9600万”，大大增加了我国核电设备的安装维护成本，一定程度上限制了我国核电的发展。 

现有技术中，异型截面零件的加工通常有三种途径：①直接成形法，如铸、锻、冲压等；②切削运动合成法，如车、铣、刨、磨等；③特种加工法，如线切割、电火花、激光加工等。其中，直接成形法是异型截面零件的主要成形方法，但由于其制造精度较低，表面粗糙度值较大，不能满足异型截面零件的精加工要求。特种加工法因效率低、成本高且不能加工轴向截面形状复杂的非圆截面零件而使其应用受到一定限制。因此，运动合成法切削加工是获得高精度异型截面零件的主要途径。 

发明内容

本发明的目的是提供一种主蒸汽进出口接管异型曲面的制造方法，从而弥补我国在核电站主蒸汽进出口接管异型曲面加工制造领域的空白，降低主蒸汽进出口接管的购置成本，推进我国核电设备的发展及相关技术的自主化。 

所述的主蒸汽进出口接管异型曲面的制造方法，包括产品毛坯制作检测阶段及产品形状加工成型阶段； 

所述的产品毛坯制作检测阶段，具体包括以下步骤：

a)、锻造完成圆柱形毛坯，粗车去黑皮，进行无损检测；

b)、对无损检测合格的毛坯进行热处理，之后粗车毛坯取试棒，对试棒进行机械性能试验；

c)、试棒性能试验合格后，粗车毛坯去黑皮，进行无损检测；

无损检测合格的毛坯进入产品形状加工成型阶段，所述产品形状加工成型阶段，具体包括以下步骤：

a)、粗车

根据产品帽檐周向最高点处连线及帽檐周向最低点处连线形成的两处截面，求出该产品外形最大轮廓，绘制工艺简图，依据工艺简图进行粗车；

b)、粗铣

先将帽口端向下放置，在帽檐端铣释放应力槽；调装工件，帽口端向上，粗铣曲面区域E，在帽檐外部留出工艺台，以备后续加工时装夹用；再次调装工件将帽口端向下放置，粗铣曲面区域F，仍要在帽檐内部留出工艺台；每次装夹找正都是以帽口端面及内孔为基准找正，保证加工基准一致；

c)、半精铣

先将帽口端向上放置，半精铣曲面区域E，铣帽檐端外部工艺台，铣帽口端端面；调装工件将帽口端向下放置，半精铣曲面区域F及帽檐端内部工艺台；两次装夹找正都是以帽口端面及内孔为基准找正，保证加工基准一致；

d)、半精车

先将帽口端向下放置，车内孔、内锥、帽檐内部工艺台端面，帽檐端大外圆精车到尺寸；调装工件，将帽口端向上放置，车端面、车各外圆；凹槽、坡口面暂不车出；两次装夹找正都是以帽口端面及内孔为基准找正，保证加工基准一致；

e)、精铣

先将帽口端向上放置，精铣曲面区域E，铣帽口端端面；精铣帽檐外部工艺台；调装工件将帽口端向下放置，精铣曲面区域F，精铣帽檐内部工艺台；两次装夹找正都是以帽口端面及内孔为基准找正，保证加工基准一致；

f)、精车

帽口端向上放置，以帽口端面及内孔为基准找正；车凹槽、端面、台阶面、坡口面、外圆面，外小锥面、过渡圆角面、内孔、内锥面等，精车到尺寸；

h)、铣削工艺台

保留帽檐内部和外部周向最高点处连线形成的截面处的四个工艺台，铣削加工去除其余工艺台；

i)、钳工抛光

钳工抛光铣刀刀痕，光滑过渡各铣削面接刀痕，光滑过渡去除帽檐内部及外部周向最高点处连线形成的截面处的四个工艺台；光滑过渡内锥面与圆弧面的相惯处。

所述产品形状加工成型阶段的粗铣步骤中，粗铣后进行时效处理。 

所述产品形状加工成型阶段的精铣步骤中，精铣曲面区域E和曲面区域F时，均采用由低向高的走刀方式。 

所述产品形状加工成型阶段的精铣步骤中，精铣后曲面区域E和曲面区域F以检验样板进行检查。 

所述产品形状加工成型阶段的精车步骤中，加工的凹槽使用样板及检验工装检查，其余尺寸使用常规量具测量。 

所述产品形状加工成型阶段的中，装夹找正时，当帽口端向下时，先找平工作台上放置的等高垫铁，工件放置在等高垫铁上，检查工件与等高垫铁之间的间隙，尤其是精铣时保证0.05mm塞尺不入，保证帽口端端面是平的，并把该端面定为高度基准面；找正内孔，确定工件对称中心。 

所述产品形状加工成型阶段的中，装夹找正时，当帽口端向上放置时，垫工艺块，直接找平帽口端端面，定为高度基准面；仍然找正内孔，确定工件对称中心。 

由于上述加工步骤，从而保证生产出满足要求的工件，具体体现在： 

1、在帽檐端铣释放应力的槽，使工件先释放应力，充分变形，这时工件其余部分还没有加工，有足够的余量满足变形后的加工。

2、铣工艺台，是为了精铣、精车时装卡、找正用。否则，装夹和找正就需要借助于专用工装，所用设备相应要增大，增加制造成本。 

3、精铣曲面区域E和曲面区域F时，采用由低向高的走刀方式，这种走刀方式振刀较轻，并且可以大大放宽每刀之间的步距，从而提高了光洁度，减少了加工时间。 

4、每次装卡找正都是以帽口端面及内孔为基准，这样可以保证加工基准的一致性，但要注意每次加工高度尺寸一直都有变化。 

5、在粗车阶段，求出该产品外形最大轮廓，绘制工艺简图，依据工艺简图进行粗车，这样做减少了铣削加工量，提高了加工效率。 

附图说明

图1是主蒸汽进口接管产品结构正视图； 

图2是主蒸汽进口接管产品结构俯视图；

图3是图2中A-A截面图，即沿主蒸汽进口接管帽檐周向最低点处连线形成的A-A截面；

图4是图2中B-B截面图，即沿主蒸汽进口接管帽檐周向最高点处连线形成的B-B截面；

图5 是图4中部位I的局部放大图；

图6 是图4中部位II的局部放大图；

图7是图3中部位III的局部放大图；

图8是粗车用工艺简图；

图9是仰视角度看粗铣释放应力槽后的工艺简图；

图10是正视角度看粗铣释放应力槽后的工艺简图；

图11是精铣后工艺台布置正视图；

图12是图11中E向示图；

图13是图11中F向示图；

图14是图11中G向示图；

图15是图11中H向示图；

图16是图11中部位IV的局部放大图；

图中：

1—帽口；

2—帽檐；

3—特征9与特征10之间的过渡圆角；

4—帽口端内圆；

5—内锥面；

6—特征5与特征7之间的过渡圆角；

7—帽檐端大圆弧面；

8—帽檐端大外圆；

9—特征7偏置一定厚度得到的圆弧面；

10—大外锥面；

11—帽口端端面；

12—坡口面；

13—帽口端外圆；

14—凹槽；

15—帽口端台阶面；

16—坡口面；

17—帽口端外圆；

18—过渡圆角；

19—帽口端小锥面；

20—倒角面；

21—倒角面，在B-B截面位置与特征8重合，结合图5；

22—倒角面；

30—释放应力槽底面；

31—释放应力槽侧面；

32—释放应力槽侧面；

50—帽口端粗车内圆，由特征4偏置留量得到；

51—帽口端粗车端面，由特征11偏置留量得到；

52—帽口端粗车外圆，由特征17偏置留量得到；

53—帽口端粗车外锥面，由特征19偏置留量得到；

54—由B-B截面位置特征3偏置留量得到；

55—由B-B截面位置特征9偏置留量得到；

56—由特征8偏置留量得到；

57—由特征22最低点偏置留量得到；

58—由A-A截面位置特征7偏置留量得到；

59—由特征5偏置留量得到；

111—工艺台；112—工艺台；113—工艺台；114—工艺台；115—工艺台；

116—工艺台；117—工艺台；118—工艺台；119—工艺台；120—工艺台；

121—工艺台；122—工艺台。

具体实施方式

 以下以主蒸汽进口接管加工步骤为例对本发明制造方法进行具体说明，如图1、图2、图3、图4所示，主蒸汽进口接管的尺寸如下：帽檐2直径为2100mm，高度622mm，帽口端内圆4直径1190.4mm，锥面大端开口1400mm，壁厚55mm；结合图3、图4、图5、图6、图7，帽檐2端边沿有特征倒角面20、21、22三个方向的倒角，且倒角面21在B-B截面位置与帽檐端大外圆8重合；帽口端端面11很窄，有坡口面12、16，有深凹槽14特征，且帽口端内圆4、帽口端外圆17、凹槽14尺寸有±0.25的公差要求。 

图1、图2所示的主蒸汽进口接管，其锻造毛坯为圆柱形，毛坯制作检测阶段包括以下步骤： 

a)、粗车去黑皮；进行无损检测，采用100%超声波探伤；

b)、100%超声波探伤达到锻件质量标准要求，无损检测合格后，毛坯进行热处理；

c)、粗车毛坯取试棒，对试棒进行拉伸、冲击等各种机械性能试验；

d)、试棒机械性能试验合格后，粗车毛坯去黑皮，进行无损检测，采用100%超声波探伤；

100%超声波探伤达到锻件质量标准要求、无损检测合格的毛坯，进入产品形状加工成型阶段，所述产品形状加工成型阶段，具体包括以下步骤：

a)、粗车

结合图3、图4，根据主蒸汽进口接管帽檐2周向最低点处连线形成的A-A截面，根据主蒸汽进口接管帽檐2周向最高点处连线形成的B-B截面，在留出10mm留量的条件下，求出该产品外形最大轮廓，绘制如图8所示工艺简图，依据工艺简图进行粗车；

b)、粗铣

使用数控铣床进行粗铣，均匀留量10mm；结合图9、图10，先将帽口1端向下放置，铣释放应力槽，释放应力槽由释放应力槽底面30、释放应力槽侧面31、32构成，垂直于A-A截面，平行于B-B截面，并且保证工件留量至少10mm；调装工件，图3、图4、图6、图7及图11、图12，帽口1端向上，采用层切走刀的方式，粗铣曲面区域E，曲面区域E由特征过渡圆角3、圆弧面9、大外锥面10、倒角面20构成；并留出111、112、113、114工艺台，111、113工艺台是等高的，在B-B截面帽檐的两端；112、114工艺台是等高的，不超过特征倒角面20的高度，在A-A截面帽檐的两端；结合图3、图4、图6、图7及图13，再次调装工件将帽口1端向下放置，仍采用层切走刀的方式，粗铣曲面区域F，曲面区域F由过渡圆角6、帽檐端大圆弧面7、倒角面21、22特征构成；并留出115、116、117、118、119、120、121、122工艺台。115、116工艺台是等高的，在B-B截面帽檐的两端，117、118、119、120、121、122工艺台是等高的，在A-A截面帽檐的两端；粗铣所有工艺台时高度要严格控制，长度与宽度可增大，留出大的加工余量；每次装夹找正都是以帽口端面及内孔为基准找正，保证加工基准一致；

粗铣后对工件进行时效处理，放置三天 ，使工件充分变形，释放应力；

c)、半精铣

使用数控铣床进行半精铣，均匀留量3mm；先将帽口1端向上放置，采用层切走刀的方式，半精铣曲面区域E及111、112、113、114四个工艺台，铣帽口端端面11；调装工件将帽口端向下放置，采用层切走刀的方式，半精铣曲面区域F及115、116、117、118、119、120、121、122八个工艺台；所有工艺台相应留加工余量，并且控制高度；两次装夹找正都是以帽口端端面及内孔为基准找正，保证加工基准一致；

d)、半精车

使用数控车床进行半精车，先将帽口端向下放置，车帽口端粗车内圆50形成内孔即帽口端内圆4，车留量内锥59形成内锥面5，车117、118、119、120、121、122工艺台端面，直径留量4mm，端面留量2mm；精车特征56即帽檐端大外圆8到尺寸；调装工件，将帽口端向上放置，车特征51形成帽口端端面11、各外圆；凹槽14、坡口面12、16崭不车出，直径留量4mm，端面留量3mm；两次装夹找正都是以帽口端面及内孔为基准找正，保证加工基准一致；

e)、精铣

使用数控铣床进行精铣，均匀留量0.1mm；先将帽口端向上放置，采用由低向高的走刀方式，精铣曲面区域E，铣帽口端端面11，端面留量2mm；精铣111、112、113、114四个工艺台；工艺台宽度与长度的设置的原则是尽量小，满足精车装卡的需要即可；如图12、图14、图15所示，当111、113工艺台宽度为80mm时，工艺台影响型面的误差很小，仅有0.3-0.4mm厚度误差，112、114工艺台的宽度不超过特征20倒角面的宽度，宽度80mm左右即可；结合图13、图14、图15，调装工件将帽口端向下放置，先使用球头刀把该型面最低位置铣出125mm的宽度，再采用由低向高的走刀方式，使用R10圆角直径125mm的圆角面铣刀精铣曲面区域F，精铣115、116、117、118、119、120、121、122八个工艺台，长度100mm即可，宽度不超过特征22倒角面的宽度；

两次装夹找正都是以帽口端面及内孔为基准找正，保证加工基准一致；各型面以检验样板检查；

f)、精车

使用数控车床进行精车；结合图5，帽口端向上放置，以帽口端面及内孔为基准找正；先粗车帽口端凹槽14，再精车凹槽14、帽口端端面11、台阶面15、坡口面12、坡口面16、外圆面13、外圆面17、外小锥面19、过渡圆角面18、内圆4、内锥面5等，精车到尺寸；

凹槽14使用样板及检验工装检查；

h)、铣削工艺台

保留111、113、115、116四个工艺台，铣削加工去除其余工艺台；

i)、钳工抛光

结合图16、钳工抛光铣刀刀痕，光滑过渡各铣削面接刀痕，光滑过渡去除111、113、115、116四个工艺台；光滑过渡内锥面5与圆弧面7的相惯处6。

经过上述加工步骤，即完成精度、尺寸符合设计要求的主蒸汽进口接管。 

需说明的是，由于主蒸汽出口接管形状特征与主蒸汽进口接管相同，只是尺寸不同，当加工帽檐2200mm，高度650mm，内孔直径1292.4mm，锥面大端开口1500mm的主蒸汽出口接管时，上述制造方法同样适用，本文不做累述。 

Claims (1)

1.一种主蒸汽进出口接管异型曲面的制造方法，包括产品毛坯制作检测阶段及产品形状加工成型阶段，其特征在于：无损检测合格的毛坯进入产品形状加工成型阶段，所述产品形状加工成型阶段，具体包括以下步骤：

a)、粗车

根据产品帽檐周向最高点处连线及帽檐周向最低点处连线形成的两处截面，求出该产品外形最大轮廓，绘制工艺简图，依据工艺简图进行粗车；

b)、粗铣

先将帽口端向下放置，在帽檐端铣释放应力槽；调装工件，帽口端向上，粗铣曲面区域E，在帽檐外部留出工艺台，以备后续加工时装夹用；再次调装工件将帽口端向下放置，粗铣曲面区域F，在帽檐内部留出工艺台；每次装夹找正都是以帽口端端面及内孔为基准找正，保证加工基准一致；

c)、半精铣

先将帽口端向上放置，半精铣曲面区域E，铣帽檐端外部工艺台，铣帽口端端面；调装工件将帽口端向下放置，半精铣曲面区域F及帽檐端内部工艺台；两次装夹找正都是以帽口端端面及内孔为基准找正，保证加工基准一致；

d)、半精车

先将帽口端向下放置，车内孔、内锥、帽檐内部工艺台端面，帽檐端大外圆精车到尺寸；调装工件，将帽口端向上放置，车帽口端端面、车各外圆；凹槽、坡口面暂不车出；两次装夹找正都是以帽口端端面及内孔为基准找正，保证加工基准一致；

e)、精铣

先将帽口端向上放置，精铣曲面区域E，铣帽口端端面；精铣帽檐外部工艺台；调装工件将帽口端向下放置，精铣曲面区域F，精铣帽檐内部工艺台；两次装夹找正都是以帽口端端面及内孔为基准找正，保证加工基准一致；

f)、精车

帽口端向上放置，以帽口端端面及内孔为基准找正；车凹槽、帽口端端面、台阶面、坡口面、外圆面，外小锥面、过渡圆角面、内孔、内锥面，精车到尺寸；

h)、铣削工艺台

保留帽檐内部和外部周向最高点处连线形成的截面处的四个工艺台，铣削加工去除其余工艺台；

i)、钳工抛光

钳工抛光铣刀刀痕，光滑过渡各铣削面接刀痕，光滑过渡去除帽檐内部及外部周向最高点处连线形成的截面处的四个工艺台；光滑过渡内锥面与圆弧面的相惯处。

2、根据权利要求1所述的主蒸汽进出口接管异型曲面的制造方法，其特征是：所述b)步骤中，粗铣后工件进行时效处理。

3、根据权利要求1所述的主蒸汽进出口接管异型曲面的制造方法，其特征是：所述e)步骤中，精铣曲面区域E和曲面区域F时，均采用由低向高的走刀方式。

4、根据权利要求1所述的主蒸汽进出口接管异型曲面的制造方法，其特征是：所述e)步骤中，精铣后曲面区域E和曲面区域F以检验样板进行检查。

5、根据权利要求1所述的主蒸汽进出口接管异型曲面的制造方法，其特征是：所述f)步骤中，加工的凹槽使用样板及检验工装检查，其余尺寸使用常规量具测量。

6、根据权利要求1所述的主蒸汽进出口接管异型曲面的制造方法，其特征是：所述的产品毛坯制作检测阶段，具体包括以下步骤：

a)、锻造完成圆柱形毛坯，粗车去黑皮，进行无损检测；

b)、对无损检测合格的毛坯进行热处理，之后粗车毛坯取试棒，对试棒进行机械性能试验；

c)、试棒性能试验合格后，粗车毛坯去黑皮，进行无损检测。

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