CN103286338A - Ap1000蒸汽发生器管板群孔高效加工技术方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种AP1000蒸汽发生器管板群孔高效加工技术方法，该方法通过改进的数控三轴深孔钻床进行，该改进的数控三轴深孔钻床包括在数控三轴深孔钻床上安装的管板装卡工装、安装于被加工管板上的管板位移监控系统、安装于数控三轴深孔钻床上的刀具和安装于数控三轴深孔钻床上的配套工装；该加工方法包括以下步骤：（1）对被加工管板进行退火热处理，以提高数控三轴深孔钻的切削效果；（2）采用捆绑固定法将被加工管板固定到工作台上，使得长周期打孔时被加工管板不发生移动；并在被加工管板上安装管板位移监控系统；（3）对被加工管板进行钻孔。

Description

AP1000蒸汽发生器管板群孔高效加工技术方法

技术领域

本发明涉及一种管板群孔的加工方法，特别是涉及应用于AP1000蒸汽发生器管板的一种蒸汽发生器管板群孔高效加工技术方法。

背景技术

蒸汽发生器是指利用燃料或其它能源的热能（如电能）把水加热成为蒸汽的机械设备。

管板，就是在钢板上钻出比管子外径一样略大一些的孔，将管子穿入焊住固定，起这样作用的一种配件。

蒸发器管板深孔加工一直是核电设备制造厂的难题,蒸发器管板深孔加工不同于单个孔或少量管孔加深孔工，此类型管板孔加工需要在长周期内保证设备、刀具、工艺等整个深孔加工系统的稳定性，以往核电管板深孔加工过程中，配套关键工装（导向套、间距块）设计不佳、BTA钻头选型及使用经验不足造成刀具崩刃和刀具寿命影响控制不合理、对管板材质切削性能掌握不足或加工工艺参数选取不合理，都会影响管孔精度、直线度和光洁度，而且机床多次定位和重复定位而产生累积误差往往造成孔位置度超差无法控制。

随着第三代AP1000核电项目的引进和发展以及后续CAP1400核电机组的应用，管板的深孔要求不断提高、加工难度不断增大，AP1000蒸发器管板厚度增加到800mm，孔数量增加到20050个，孔直径Φ17.73mm，孔深比达45，管孔精度、表面质量要求极高，必须考虑一种精度好、效率高且稳定的制造工艺满足此类型管板群孔的加工。

由于上述问题的存在，本发明人对现有的管板钻孔技术进行研究和分析，以便能制作出可以一次性加工多个孔、稳定性高、刀具使用寿命长、精度高、直线度和光洁度好、多次定位后累计误差低的一种蒸汽发生器管板群孔高效加工技术方法。

发明内容

为了解决上述问题，本发明人进行了锐意研究，结果发现：通过使用改进的数控三轴深孔钻床进行，该改进的数控三轴深孔钻床包括在数控三轴深孔钻床上安装的管板装卡工装、安装于被加工管板上的管板位移监控系统、安装于数控三轴深孔钻床上的刀具和安装于数控三轴深孔钻床上的配套工装；该加工方法包括以下步骤：（1）对被加工管板进行退火热处理，以提高数控三轴深孔钻的切削效果；（2）采用捆绑固定法将被加工的管板固定到工作台上，以保证在长周期打孔时被加工管板不发生移动；并在被加工管板上安装管板位移监控系统；（3）完成对被加工管板的钻孔工作。从而完成了本发明。

本发明的目的在于提供以下方面：

第一、一种蒸汽发生器管板群孔高效加工技术方法，其特征在于：

该方法通过改进的数控三轴深孔钻床进行，该改进的数控三轴深孔钻床包括在数控三轴深孔钻床上安装的管板装卡工装、安装于被加工管板上的管板位移监控系统、安装于数控三轴深孔钻床上的刀具和安装于数控三轴深孔钻床上的配套工装；

其中，数控三轴深孔钻床包括工作台1，其上设置弯板6和立柱，在立柱22上共设有上下分布的三个主轴21；其中，数控三轴深孔钻床的排屑方式为单管内排屑；

管板装卡工装包括安放于工作台1上的后V型架5a和前V型架5b；

配套工装包括导向套23和间距块，导向套分别设置于数控三轴深孔钻床的三个主轴上，间距块设置于相邻的主轴之间；

该加工方法包括以下步骤：

（1）对被加工管板进行退火热处理，以提高数控三轴深孔钻的切削效果；

（2）采用捆绑固定法将被加工管板固定到工作台1上，使得长周期打孔时被加工管板不发生移动；并在被加工管板上安装管板位移监控系统；

（3）对被加工管板进行钻孔。

第二、如上述第一方面所述的一种蒸汽发生器管板群孔高效加工技术方法，其特征在于：在步骤（1）中退火热处理的退火温度598-618℃。

第三、如上述第一方面所述的一种蒸汽发生器管板群孔高效加工技术方法，其特征在于：数控三轴深孔钻床所用冷却液为T-400E型号切削油。

第四、如上述第一方面所述的一种蒸汽发生器管板群孔高效加工技术方法，其特征在于：步骤（3）中的捆绑固定法包括以下步骤：

（1）在被加工管板上均匀划四中心线；

（2）将后V型架和前V型架二者的中心线与主轴平行；

（3）将被加工管板吊至后V型架和前V型架上，调整后Ｖ型架的丝杠10，粗调被加工管板位置；

（4）在被加工管板与弯板之间均匀安置可调垫铁，调整被加工管板的位置；

（5）被加工管板调整与找正相结合，直至被加工管板四中心线和被加工管板平面找正合格；

（6）、利用钢丝绳3、U型环2、手孔座支撑架4将被加工管板固定到工作台1上。

第五、如上述第一方面所述的一种蒸汽发生器管板群孔高效加工技术方法，其特征在于：步骤（5）中数控三轴深孔钻钻孔时，钻取被加工管板前端的镍基堆焊层时主轴转速n=800rpm，进给速度vf=30mm/min；

数控三轴深孔钻钻取被加工管板后面的母材时主轴转速n=1600rpm，进给速度vf=155mm/min。

第六、一种蒸汽发生器管板群孔高效加工装置，其如上述第一方面至第五方面中任一项所述。

根据本发明提供的一种蒸汽发生器管板群孔高效加工技术方法，由于使用了设有三个主轴的数控三轴深孔钻，因此可以一次性钻取三个孔，提高了工作效率，节省了工作时间；由于在钻孔之前分析和控制影响管板钻孔的关键因素，因此提高了刀具的使用寿命；由于采用了管板装卡工装和捆绑固定法，使得被加工管板固定的更加牢固，间接的提高了管板钻孔的精度、直线度和光洁度；由于应用了管板位移监控系统，使得管板加工中多次定位后累计误差降低，提高了管板钻孔的精度。

附图说明

图1示出根据本发明优选实施方式的一种蒸汽发生器管板群孔高效加工技术方法中数控三轴深孔钻床的结构示意图；

图2示出根据本发明优选实施方式的一种蒸汽发生器管板群孔高效加工技术方法中导向套结构示意图；

图3示出根据本发明优选实施方式的一种蒸汽发生器管板群孔高效加工技术方法中导向套结构示意图；

图4示出根据本发明优选实施方式的一种蒸汽发生器管板群孔高效加工技术方法中间距块结构示意图；

图5示出根据本发明优选实施方式的一种蒸汽发生器管板群孔高效加工技术方法中管板装卡工装和被加工管板的结构示意图；

图6a示出根据本发明优选实施方式的一种蒸汽发生器管板群孔高效加工技术方法中管板装卡工装和被加工管板左视剖面图；

图6b示出根据本发明优选实施方式的一种蒸汽发生器管板群孔高效加工技术方法中管板装卡工装和被加工管板左视图；

图7示出根据本发明优选实施方式的一种蒸汽发生器管板群孔高效加工技术方法中数控三轴深孔钻床的右视图；

图8示出根据本发明优选实施方式的一种蒸汽发生器管板群孔高效加工技术方法中单管内排屑的工作原理图。

附图标号说明：

1-工作台

2-U型环

3-钢丝绳

4-手孔座支撑架

5a-后V型架

5b-前V型架

6-弯板

7-冷却剂入口

8-钻杆

9-被加工管板

10-丝杠

10a-丝杠母

21-主轴

22-立柱

23-导向套

具体实施方式

下面通过对本发明进行详细说明，本发明的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

在根据本发明的一个优选实施方式中，如图1-4中所示，提供一种蒸汽发生器管板群孔高效加工技术方法，该方法通过改进的数控三轴深孔钻床进行，该改进的数控三轴深孔钻床包括在数控三轴深孔钻床上安装的管板装卡工装、安装于被加工管板上的管板位移监控系统、安装于数控三轴深孔钻床上的刀具和安装于数控三轴深孔钻床上的配套工装；

其中，数控三轴深孔钻床包括工作台1，其上设置弯板6和立柱，在立柱22上共设有上下分布的三个主轴21；其中，数控三轴深孔钻床的排屑方式为单管内排屑；

管板装卡工装包括安放于工作台1上的后V型架5a和前V型架5b；

配套工装包括导向套23和间距块，导向套分别设置于数控三轴深孔钻床的三个主轴上，间距块设置于相邻的主轴之间；

该加工方法包括以下步骤：

（1）对被加工管板进行退火热处理，以提高数控三轴深孔钻的切削效果；

（2）采用捆绑固定法将被加工管板固定到工作台1上，使得长周期打孔时被加工管板不发生移动；并在被加工管板上安装管板位移监控系统；

（3）对被加工管板进行钻孔。

在一个优选的实施方式中，在步骤（1）中，对被加工管板进行退火热处理，由于AP1000蒸发器管板面上堆焊690镍基合金，堆焊厚度10mm，大面积堆焊影响管板性能和金相组织的均匀性，给钻孔带来不利，因此在对AP1000蒸发器管板进行钻孔工作前需要进行退火处理，通过退火热处理使得被加工管板母材的组织均匀,机械性能稳定,母材内部内应力被消除，这样有利于钻孔工作。

在这里，退火温度优选为598-618℃，保温时间优选为1h。

在一个优选的实施方式中，选择适用于AP1000蒸发器管板钻孔工作刀具、配套工装、冷却液和排屑方式；防止在钻孔工作中因前期的准备不足而导致的钻孔失败、刀具损坏和钻孔偏差等问题的出现。

其中，本发明中对于刀具的选择：通过大量工艺试验，确定钻头型号为14-9910-02024/10020/B，考虑刃口磨损对钻孔质量的影响，控制单支钻头钻孔不超过11个；通过此种设置可以提高刀具的使用寿命，防止由于错误的使用刀具而使得刀具折断和卷刃、这样节省了刀具、节省了工作时间，提高了工作效率。

所述配套工装包括：导向套和间距块，其中，导向套对主轴上的钻头具有导向作用，提高了钻孔的精确度，间距块设置于相邻主轴之间，其厚度等于相连管板孔的距离，所述导向套与间距块并无特殊限制，均为常规的导向套和间距块。

对于导向套和间距块的选择：对于具有短节的孔需要长导向套，导向套每钻800个孔进行更换，以此保证钻孔质量。

本发明中，鉴于AP1000蒸发器管板材质属于强度高、韧性好的难加工材料，堆焊的镍基堆焊层切削变形大、切削温度高、导热性差，且管板孔表面质量要求高，数控三轴深孔钻床采用单管内排屑的排屑方式，并通过加大冷却液流量和压力，改善排屑条件。

本发明中，冷却液采用T-400E型号切削油，该型号的冷却液为常规冷却液。

在一个优选的实施方式中，如图8中所示，数控三轴深孔钻床的排屑方式为单管内排屑，所述单管内排屑方式的工作原理如下：

第一、通过授油器向数控三轴深孔钻床的冷却剂入口7通入切削液。

第二、切削液从钻杆8的外壁与被加工管板9上已加工的孔之间缝隙进入，切削液到达钻头后对钻头进行冷却润滑。

第三、钻头处的切削液将铁屑通过钻杆8的内部流出到外部。

其中，所述授油器为常规的授油器。

在一个优选的实施方式中，在步骤（2）所述的捆绑固定法使得被加工管板可以牢固的固定与工作台上，间接的提高了钻孔的准确度。

在将被加工管板固定之后，在被加工管板上安装管板位移监控系统，以此监控被加工管板在加工周期内的位移量，通过管板位移监控系统提高了钻孔的精确度，在这里，管板位移监控系统并无特殊限制，为常规的位移监控系统。

在一个优选的实施方式中，如图5、6a、6b和7中所示，在步骤（2）中，后V型架5a的底部通过丝杠母10a与丝杠10相连，丝杆10的一端与工作台1的边缘相连，其中，丝杠沿着如图6a中X轴方向设置，通过旋转丝杆10可以带动后V型架沿着X轴方向运动，进而可以调节被加工管板9的方向。

在一个优选的实施方式中，在步骤（3）中钻孔过程中，采用一定顺序完成钻孔：

首先在数控三轴深孔钻上设置长导向套，并完成AR001～AR004行和BR001～BR004行的钻孔工作。

其次更换普通导向套，并完成剩余钻孔工作，其顺序为：

钻AR005～AR14行→钻BR005～BR24行，

钻AR15～AR34行→钻BR25～BR44行，

钻AR35～AR54行→钻BR45～BR64行，

钻AR55～AR74行→钻BR65～BR84行，

钻AR75～AR94行→钻BR85～BR104行，

钻AR95～AR114行→钻BR105～BR124行，

钻AR115～AR134行→钻BR125～BR141行，

钻AR135～AR141行→钻BR142～145行，其中，钻AR135～AR141行和钻BR142～145行仅用两个轴钻孔，

钻AR142～AR145行，其中，钻AR142～AR145行仅用两个轴钻孔，

钻BR146行→钻AR146行，其中，钻BR146行和钻AR146行仅用一个轴钻孔。

其中，在这里A表示被加工管板表面的左侧，B表示被加工管板表面的右侧，R表示沿着被加工管板表面的竖向方向，即竖排钻孔。通过此种顺序可以均匀释放应力，防止由于被加工管板产生形变而影响到钻孔的精确度。

根据本发明提供的一种蒸汽发生器管板群孔高效加工技术方法，由于使用了设有三个主轴的数控三轴深孔钻，因此可以一次性钻取三个孔，提高了工作效率，节省了工作时间；由于在钻孔之前分析和控制影响管板钻孔的关键因素，因此提高了刀具的使用寿命；由于采用了管板装卡工装和捆绑固定法，使得被加工管板固定的更加牢固，间接的提高了管板钻孔的精度、直线度和光洁度；由于应用了管板位移监控系统，使得管板加工中多次定位后累计误差降低，提高了管板钻孔的精度。

以上接合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种蒸汽发生器管板群孔高效加工技术方法，其特征在于：

该方法通过改进的数控三轴深孔钻床进行，该改进的数控三轴深孔钻床包括在数控三轴深孔钻床上安装的管板装卡工装、安装于被加工管板（9）上的管板位移监控系统、安装于数控三轴深孔钻床上的刀具和安装于数控三轴深孔钻床上的配套工装；

其中，数控三轴深孔钻床包括工作台（1），其上设置弯板（6）和立柱，在立柱（22）上共设有上下分布的三个主轴（21）；其中，数控三轴深孔钻床的排屑方式为单管内排屑；

管板装卡工装包括安放于工作台（1）上的后V型架（5a）和前V型架（5b）；

配套工装包括导向套（23）和间距块，导向套分别设置于数控三轴深孔钻床的三个主轴上，间距块设置于相邻的主轴之间；

该加工方法包括以下步骤：

（1）对被加工管板进行退火热处理，以提高数控三轴深孔钻的切削效果；

（2）采用捆绑固定法将被加工管板固定到工作台（1）上，使得长周期打孔时被加工管板不发生移动；并在被加工管板上安装管板位移监控系统；

（3）对被加工管板进行钻孔。

2.如权利要求1所述的一种蒸汽发生器管板群孔高效加工技术方法，其特征在于：在步骤（1）中退火热处理的退火温度598-618℃。

3.如权利要求1所述的一种蒸汽发生器管板群孔高效加工技术方法，其特征在于：数控三轴深孔钻床所用冷却液为T-400E型号切削油。

4.如权利要求1所述的一种蒸汽发生器管板群孔高效加工技术方法，其特征在于：步骤（3）中的捆绑固定法包括以下步骤：

（1）在被加工管板上均匀划四中心线；

（2）将后V型架和前V型架二者的中心线与主轴平行；

（3）将被加工管板吊至后V型架和前V型架上，调整后Ｖ型架的丝杠（10），粗调被加工管板位置；

（4）在被加工管板与弯板之间均匀安置可调垫铁，调整被加工管板的位置；

（5）被加工的管板调整与找正相结合，直至被加工管板四中心线和被加工管板平面找正合格；

（6）利用钢丝绳（3）、U型环（2）和手孔座支撑架（4）将被加工管板固定到工作台（1）上。

5.如权利要求1所述的一种蒸汽发生器管板群孔高效加工技术方法，其特征在于：步骤（5）中数控三轴深孔钻钻孔时，钻取被加工管板前端的镍基堆焊层时主轴转速n=800rpm，进给速度vf=30mm/min；

数控三轴深孔钻钻取被加工管板后面的母材时主轴转速n=1600rpm，进给速度vf=155mm/min。

6.一种蒸汽发生器管板群孔高效加工装置，其如上述权利要求1至权利要求5中任一项所述。

Images