CN105750843B - 一种钼合金薄壁长管的内孔加工方法 - Google Patents

一种钼合金薄壁长管的内孔加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于钼合金加工技术领域，公开了一种用于反应堆的钼合金薄壁长管的内孔加工方法。该方法是将枪钻、线切割和珩磨有机结合的复合加工方法，其包括以下步骤：(1)对钼合金棒外圆基准加工、(2)枪钻钻穿丝孔、(3)内孔线切割及(4)珩磨精加工内孔。该方法制备的钼合金薄壁长管的内孔的直线度好于0.03mm，内孔圆柱度好于5μm，内孔粗糙度好于0.2μm。

Description

一种钼合金薄壁长管的内孔加工方法
技术领域
本发明属于钼合金加工技术领域，具体涉及一种用于反应堆的钼合金薄壁长管的内孔加工方法。
背景技术
传统的制备钼管的方法包括旋压法、挤压-轧制-拉拔法、深冲-拉伸法及粉末冶金法等，利用上述方法能制备出壁厚较厚、长度较短且直径较大的钼管。目前某高温燃料元件用薄壁长管部件，要求的结构尺寸为长度400mm以上，内径15～25mm，壁厚仅1mm左右，长径比超过40，并且技术要求内外圆同轴度≤0.05mm，内孔直线度≤0.05mm，内孔粗糙度Ra好于1.6μm。该薄壁长管部件由加工性能差的钼合金棒加工而成，结构和材料的特殊性给制备工作带来极大难度。
对于该类部件加工，为避免加工难度，俄罗斯采用短管焊接方式来成形，这给焊接工艺提出了较高的要求。国内由于未在焊接工艺方面进行研究，因此采用长棒料一次性加工而成。在部件制备过程中发现，钼棒料的深孔加工是制约整个部件成败的关键点。目前国内深孔加工的成熟方法较多，主要有钻镗孔和拉铰孔等，原材料均是加工性能较好的常规材料，或者是内孔尺寸较大，便于操作，而对于难熔金属钼合金薄壁长管的深孔加工却未见报道。由于钼合金加工性能较差，尤其是对于长度大于400mm的长管内孔加工，传统的加工方法很难实现精度和效率方面的要求，如车镗加工方法精度和效率极低；拉铰加工易导致脆性高的钼合金管断裂。因此，目前急需研发一种能够实现该类钼合金管加工的方法。
发明内容
(一)发明目的
根据现有技术所存在的问题，本发明克服了钼合金管加工难度大的难题，提供了一种加工精度高、成品率高、能够最大程度地降低加工应力的钼合金薄壁长管内孔的加工方法。
(二)技术方案
为了解决现有技术所存在的问题，本发明提供的技术方案如下：
一种钼合金薄壁长管的内孔加工方法，该方法是将枪钻、线切割和珩磨有机结合的复合加工方法，其包括以下步骤：
(1)对钼合金棒外圆基准加工
利用中心架对钼合金棒进行夹持，并对钼合金棒进行车削以保证外圆的直线度不大于0.05mm；其中采用中心架进行夹持以使钼合金棒圆周均匀受力、减少切削过程中的振动、增大轴向夹持力；
(2)枪钻钻穿丝孔
利用“V”型铁对钼合金棒夹持，并利用枪钻对钼合金棒钻孔；枪钻钻头的刀刃表面涂有TiC或TiN；钻孔过程中钻头的外刃和内刃同时钻削，刀刃的导向部起到自导向的作用；钻头上开有小孔，冷却液从该小孔流出对导向部进行润滑并协助切屑排出；
所述钻孔直径为所需目标钼合金薄壁长管内径的30％～50％，枪钻的刀杆转速为400r/min～600r/min，进给量为60mm/h，冷却液压力为2MPa；
(3)内孔线切割
利用线切割的方法对步骤(2)得到的已经钻孔的钼合金棒料进行无应力去量加工，以煤油作为冷却液，钼丝作为切割丝，脉冲电源为线切割电源；
线切割过程中采用的是专用工装夹具，该专用工装夹具包括定位块和定位板，其中定位板与线切割机床模具固定在一起，定位块固定于定位板上；所述定位块的数量为多个，将钼合金棒料的不同轴向位置与定位板固定在一起，定位块的中间设置有与钼合金棒外径相适应的定位孔，还设置有用于锁紧钼合金棒的螺孔与螺钉；
线切割后得到的钼合金薄壁长管内径为目标钼合金薄壁长管内径的96％～98％；
(4)珩磨精加工内孔
利用珩磨方法对步骤(3)得到的钼合金棒料内孔进行精细加工，先利用专用胎具将钼合金棒料垂直固定于珩磨机床上，确保钼合金棒料与珩磨杆同心，所述专用胎具包括支架和定位环，其中支架为“工”字型，支架上下两端均设置有定位环，定位环的中心设置有圆形槽，钼合金棒料的上下两端均位于该圆形槽内；
该珩磨方法所用珩磨杆的长度大于目标钼合金薄壁长管的长度，珩磨杆带动珩磨头以钼合金棒料的内孔孔壁为导向，沿着该内孔的方向进行加工；
珩磨头圆周上安装有高硬度油石；珩磨头上设置有可膨胀机构将油石沿径向胀开，以50μm/小时量进给，珩磨头旋转和往复运动，产生往复网格面接触，实现珩磨精细加工，使钼合金棒料内孔达到目标钼合金薄壁长管内径要求。
优选地，步骤(2)中利用枪钻钻穿丝孔过程中，每加工50mm深度的孔时，磨削刀刃，以使刀刃保持锋利，确保加工质量。
优选地，步骤(3)中定位块与工件相贴合的表面为线切割机床完成垂直丝校后切割而成，从而保证切割丝、定位块内孔及钼合金棒内孔轴线平行。
优选地，在步骤(3)对内孔线切割后将钼合金棒放置入高温真空炉中，温度为1200℃，并保温2～3小时，进行真空消应力退火处理。
优选地，所述步骤(3)中脉冲电源的脉冲电压为120V，电流为5A，脉宽为156ms。
优选地，步骤(4)中所述高硬度油石为立方氮化硼。
优选地，在步骤(4)珩磨过程中，珩磨头转速为500r/min，往复运动速率为4m/min。
本申请中所述的钼合金薄壁长管指的是长度大于400mm，壁厚为0.1～2mm，内径为15～25mm的钼合金管。
(三)有益效果
本发明提供的钼合金薄壁长管的内孔加工方法，将枪钻、线切割和珩磨相结合，还设计了专用夹装工具，实现了脆性大的钼合金薄壁长管的内孔加工，并且所制备的钼合金薄壁长管的长度大于400mm。具体的有益效果为：
(1)在钻孔之前先对钼合金棒外圆基准加工，并且采用了可使钼合金棒圆周均匀受力、减少切削过程中的振动、增大轴向夹持力的中心架，从而保证了外圆的直线度不大于0.05mm及外圆与内孔轴线平行度。
(2)枪钻过程中使用刀刃表面涂有TiC或TiN的钻头，并且每加工50mm深度的孔时，磨削刀刃，以使刀刃保持锋利。其中磨削刀刃这点非常重要，因为钼合金比常规金属硬度大，及时磨削刀刃才能保证钻孔质量。同时，钻孔直径为所需目标钼合金薄壁长管内径的30％～50％，满足了线切割加工过程中的要求。
(3)线切割步骤中设计了专用工装夹具，保证了切割丝、定位孔及钼合金棒料内孔轴线平行度及内孔线切割精度；同时，采用介电系数更高，流动性和排污解能力煤油作为冷却液，以适应钼合金线切割要求，与其他冷却液相比，减少了断丝次数，提高了效率；脉冲电源电压、电流及脉宽的参数设置，增大了电火花放电能力；线切割后得到的钼合金薄壁长管内径为目标钼合金薄壁长管内径的96％～98％，利于后续的珩磨加工。
(4)珩磨步骤也设计了专用胎具，确保钼合金棒料与珩磨杆同心；珩磨头四周安装有高硬度油石立方氮化硼，并且以50μm/小时量进给，最终使得该钼合金薄壁长管的内孔的直线度好于0.03mm，内孔圆柱度好于5μm，内孔粗糙度好于0.2μm。
附图说明
图1是本申请提供的线切割过程中采用的专用工装夹具的主视示意图；其中1是定位板；2是定位块；3是钼合金棒料；4是螺钉；
图2是本申请提供的线切割过程中采用的专用工装夹具的俯视图；
图3是本申请提供的珩磨精加工内孔过程中采用的专用胎具的主视示意图；其中3是钼合金棒料；5是定位环；6是支架；
图4是本申请提供的珩磨精加工内孔过程中采用的专用胎具中定位环的俯视示意图。
具体实施方式
下面将结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步阐述。
实施例1
本实施例实现了长度为700mm、壁厚为1mm的钼合金薄壁长管的内孔加工，且使得内孔内径为18mm。该方法是将枪钻、线切割和珩磨相结合的复合加工方法，其包括以下步骤：
(1)对钼合金棒外圆基准加工
利用中心架对钼合金棒进行夹持，并对钼合金棒进行车削以保证外圆的直线度不大于0.05mm；其中采用中心架进行夹持以使钼合金棒圆周均匀受力、减少切削过程中的振动、增大轴向夹持力；
(2)枪钻穿丝孔
利用“V”型铁对钼合金棒夹持，并利用枪钻对钼合金棒钻孔；枪钻钻头的刀刃表面涂有TiC；钻孔过程中钻头的外刃和内刃同时钻削，刀刃的导向部起到自导向的作用；钻头上开有小孔，冷却液从该小孔流出对导向部进行润滑并协助切屑排出；
所述钻孔直径为8mm；枪钻的刀杆转速为400r/min，进给量为60mm/h，冷却液压力为2MPa；利用枪钻加工穿丝孔过程中，每加工50mm深度的孔时，磨削刀刃，以使刀刃保持锋利，确保加工质量。
(3)内孔线切割
利用线切割的方法对步骤(2)得到的已经钻孔的钼合金棒料进行无应力去量加工，以煤油作为冷却液，钼丝作为切割丝，脉冲电源为线切割电源；脉冲电源的脉冲电压为120V，电流为5A，脉宽为156ms。
线切割过程中采用的是专用工装夹具，该专用工装夹具包括定位块2和定位板1，其中定位板1与线切割机床模具固定在一起，定位块2固定于定位板1上；所述定位块2的数量为多个，将钼合金棒料3的不同轴向位置与定位板1固定在一起，定位块2的中间设置有与钼合金棒3外径相适应的定位孔，还设置有用于夹紧钼合金棒3的螺孔与螺钉4；
线切割后得到的钼合金薄壁长管内径为17.6mm。定位块与工件相贴合的表面为线切割机床完成垂直丝校后切割而成，从而保证切割丝、定位块内孔及钼合金棒内孔轴线平行。对内孔线切割后将钼合金棒放置入高温真空炉中，温度为1200℃，并保温2～3小时，进行真空消应力退火处理。
(4)珩磨精加工内孔
利用珩磨方法对步骤(3)得到的钼合金棒料内孔进行精细加工，先利用专用胎具将钼合金棒料垂直固定于珩磨机床上，确保钼合金棒料与珩磨杆同心，所述专用胎具包括支架6和定位环5，其中支架6为“工”字型，支架6上下两端均设置有定位环5，定位环5的中心设置有圆形槽，钼合金棒料的上下两端均位于该圆形槽内；
该珩磨方法所用珩磨杆的长度大于目标钼合金薄壁长管的长度，珩磨杆带动珩磨头以钼合金棒料的内孔孔壁为导向，沿着该内孔的方向进行加工；
珩磨头圆周上安装有高硬度油石立方氮化硼。珩磨头上设置有可膨胀机构将油石沿径向胀开，以50μm/小时量进给，珩磨头旋转和往复运动，产生往复网格面接触，实现珩磨精细加工，使钼合金棒料内孔达到目标钼合金薄壁长管内径要求。珩磨头转速为500r/min，往复运动速率为4m/min。
实施例1制备的该钼合金薄壁长管的内孔的直线度好于0.03mm，内孔圆柱度好于5μm，内孔粗糙度好于0.2μm。
实施例2
与实施例1不同的是，枪钻钻头刀刃表面涂有TiN。

Claims (6)

1.一种钼合金薄壁长管的内孔加工方法，其特征在于，该方法是将枪钻、线切割和珩磨有机结合的复合加工方法，其包括以下步骤：
(1)对钼合金棒外圆基准加工
利用中心架对钼合金棒进行夹持，并对钼合金棒进行车削以保证外圆的直线度不大于0.05mm；
(2)枪钻钻穿丝孔
利用“V”型铁对钼合金棒夹持，并利用枪钻对钼合金棒钻穿丝孔；枪钻钻头的刀刃表面涂有TiC或TiN；钻孔过程中钻头的外刃和内刃同时钻削，刀刃的导向部起到自导向的作用；钻头上开有小孔，冷却液从该小孔流出对导向部进行润滑并协助切屑排出；
所述枪钻钻穿丝孔的直径为所需目标钼合金薄壁长管内径的30％～50％，枪钻的刀杆转速为400r/min～600r/min，进给量为60mm/h，冷却液压力为2MPa；
(3)内孔线切割
利用线切割的方法对步骤(2)得到的已经钻孔的钼合金棒料进行无应力去量加工，以煤油作为冷却液，钼丝作为切割丝，脉冲电源为线切割电源；
线切割过程中采用的是专用工装夹具，该专用工装夹具包括定位块和定位板，其中定位板与线切割机床模具固定在一起，定位块固定于定位板上；所述定位块的数量为多个，将钼合金棒料的不同轴向位置与定位板固定在一起，定位块的中间设置有与钼合金棒外径相适应的定位孔，还设置有用于锁紧钼合金棒的螺孔与螺钉；
线切割后得到的钼合金薄壁长管内径为目标钼合金薄壁长管内径的96％～98％；
(4)珩磨精加工内孔
利用珩磨方法对步骤(3)得到的钼合金棒料内孔进行精细加工，先利用专用胎具将钼合金棒料垂直固定于珩磨机床上，确保钼合金棒料与珩磨杆同心；所述专用胎具包括支架和定位环，其中支架为“工”字型，支架上下两端均设置有定位环，定位环的中心设置有圆形槽，钼合金棒料的上下两端均位于该圆形槽内；
该珩磨方法所用珩磨杆的长度大于目标钼合金薄壁长管的长度，珩磨杆带动珩磨头以钼合金棒料的内孔孔壁为导向，沿着该内孔的方向珩磨；
珩磨头圆周上安装有高硬度油石并设置有可膨胀机构将油石沿径向胀开，以50μm/小时量进给，珩磨头旋转和往复运动，产生往复网格面接触，实现珩磨精细加工，使钼合金棒料内孔达到目标钼合金薄壁长管内径要求。
2.根据权利要求1所述的一种钼合金薄壁长管的内孔加工方法，其特征在于，步骤(2)中利用枪钻钻穿丝孔过程中，每加工50mm深度的孔时，磨削刀刃。
3.根据权利要求1所述的一种钼合金薄壁长管的内孔加工方法，其特征在于，在步骤(3)对内孔线切割后将钼合金棒放置入高温真空炉中，温度为1200℃，并保温2～3小时，进行真空消应力退火处理。
4.根据权利要求1所述的一种钼合金薄壁长管的内孔加工方法，其特征在于，所述步骤(3)中脉冲电源的脉冲电压为120V，电流为5A，脉宽为156ms。
5.根据权利要求1所述的一种钼合金薄壁长管的内孔加工方法，其特征在于，步骤(4)中所述高硬度油石为立方氮化硼。
6.根据权利要求1所述的一种钼合金薄壁长管的内孔加工方法，其特征在于，在步骤(4)珩磨过程中，珩磨头转速为500r/min，往复运动速率为4m/min。
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