CN105773070A - 高精度薄壁六方管加工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明属于薄壁异型管制造技术领域，具体涉及一种高精度薄壁六方管加工工艺。包括如下步骤：将铝锭挤压成管型坯料；将管型坯料入炉退火，进行应力释放，炉温100℃保温5小时；内孔加工；外形铣削；长度加工。本发明提供的高精度核纯级LT24Al薄壁六方管加工工艺，可制备出满足该实验堆燃料组件要求的高精度核纯级LT24Al薄壁六方管。
Description
技术领域
本发明属于薄壁异型管制造技术领域，具体涉及一种高精度薄壁六方管加工工艺。
背景技术
某试验堆燃料组件外套管由原有薄壁圆管结构改为薄壁六方管结构，该产品为国内首次制造，又属核纯级特殊材料薄壁异形管，在相关领域均未见报道。由于受铝材性能和制备工艺的限制，现有的工艺无法满足高精度核纯级LT24Al薄壁六方管制备的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高精度核纯级LT24Al薄壁六方管加工工艺，该工艺可制备出满足该实验堆燃料组件要求的高精度核纯级LT24Al薄壁六方管。
为达到上述目的，本发明所采取的技术方案为：
一种高精度薄壁六方管加工工艺，包括如下步骤：
(1)将铝锭挤压成管型坯料；
(2)坯料热处理：将步骤(1)挤压后的管型坯料入炉退火，进行应力释放，炉温100℃保温5小时；
(3)内孔加工：内孔加工工装包括刀杆、两个支撑架及中心架，刀杆开有切削液通道，刀杆安装有铰刀，刀杆安装在深孔钻镗床的刀杆夹套上，刀杆夹套安装在机床进给箱上，两个支撑架固定在深孔钻镗床的导轨上，确保其支撑高度与机床主轴保持一致；中心架固定在深孔钻镗床的导轨上，对刀杆进行支撑，其中心高度与支撑架保持一致；内孔加工使用深孔钻镗床，热处理后工件一端装夹于机床主轴，另一端采用支撑架支撑，刀杆使用中心架支撑，由深孔钻镗床提供主运动，铰刀随机床进给箱做轴向进给，高压冷却液经刀杆尾部的切削液通道输入至刀杆内部，并从刀杆上的出油孔排出，直接进入切削区，进行冷却润滑，并将切屑由刀杆外部排出；
(4)外形铣削：外形铣削工装包括螺母、挡块、芯轴及细砂粒；芯轴的一端为阶梯状定位台，用于内孔加工后工件的定位及细砂粒的密封，芯轴的另一端用螺母及挡块对细砂粒进行密封；将内孔加工后工件套在芯轴上，芯轴与内孔加工后工件间隙处装入细砂粒，再灌入约1500ml水；内孔加工后工件及芯轴的一端夹持在机床的分度卡盘上，同时夹紧芯轴及内孔加工后工件，芯轴的另一端用螺母及挡块对细沙粒进行密封，顶尖进行顶紧；
(5)长度加工。
所述步骤(1)将铝锭挤压成管型坯料的方法如下：采用正挤压方法在立式挤压机上成形，挤压模工作带控制成形后管材外径尺寸，挤压针控制成形后管材内径尺寸；挤压模采用45°锥模，挤压坯为环形铝坯，为实现坯料的完全挤压，在坯料上方放置顶出铝垫；挤压前将坯料加热并保温后，取出放入挤压筒中，再依次放入顶出铝垫和挤压垫，挤压轴下行带动挤压针穿入坯料内孔中，同时向下施加压力使坯料从挤压模与挤压针的间隙中流出，确保挤压后坯料管内孔尺寸满足直径64～66mm，外圆尺寸为81～84mm，矫直后直线度为0.3～0.5mm。
所述铰刀为双刃焊接硬质合金浮动拉铰刀，铰刀的切削部分采用硬质合金焊接式，铰刀分为上刀块和下刀块两部分，由紧固螺钉连接为一体，通过螺钉调节径向尺寸。
所述步骤(4)外形铣削时，刀具选用Φ100mm、90°方肩铣刀，刀片材料为硬质合金基材和高级PVDTiB2涂层。
所述步骤(4)外形铣削分粗铣和精铣，在精加工过程中，在工件上压百分表进行检测，确保拆除支撑后变形量为0.15mm；调整支撑力大小，在每次支撑时，用百分表对工件表面进行检测，要求工件向上变形不大于0.02mm，通过操作验证精加工拆除支撑后变形不大于0.02mm。
所述步骤(4)外形铣削时，在六方管六个面采取对称加工的方式，加工一面接着加工其对称面，低温释放应力后再加工其它面。
所述步骤(5)长度加工方法如下：采用线切割加工方式取总长，同时采用软布进行装卡部位包裹。
本发明所取得的有益效果为：
本发明建立了高精度核纯级LT24Al薄壁六方管加工工艺，填补了非均匀、高精度、核纯级铝六方管制备工艺的空缺，为新型研究实验堆燃料组件的研制提供了保证，也对我国今后类似结构燃料组件的研制提供了技术保证。设计制作的内孔加工工装保证了内孔尺寸精度、粗糙度，外形铣削工装利用内孔芯轴及砂粒支撑，解决加工过程中产生的振动及自身重力引起的尺寸超差问题。
附图说明
图1为外套管加工工艺流程；
图2为内孔加工工装示意图；
图3为外形铣削工装示意图；
图中：1、深孔钻镗床；2、机床主轴；3、热处理后工件；4、支撑架；5、铰刀；6、刀杆；7、中心架；8、刀杆夹套；9、机床进给箱；10、切削液通道；11、分度卡盘；12、内孔加工后工件；13、细砂粒；14、芯轴；15、挡块；16、螺母；17、顶尖。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
如图1所示，本发明所述高精度薄壁六方管加工工艺包括如下步骤：
(1)将铝锭挤压成管型坯料：采用正挤压方法在立式挤压机上成形，挤压模工作带控制成形后管材外径尺寸，挤压针控制成形后管材内径尺寸。挤压模采用45°锥模，挤压坯为环形铝坯，为实现坯料的完全挤压，在坯料上方放置顶出铝垫。挤压前将坯料加热并保温一定时间后，取出放入挤压筒中，再依次放入顶出铝垫和挤压垫，挤压轴下行带动挤压针穿入坯料内孔中，同时向下施加压力使坯料从挤压模与挤压针的间隙中流出，确保挤压后坯料管内孔尺寸满足直径64～66mm，外圆尺寸为81～84mm，矫直后直线度为0.3～0.5mm。
(2)坯料热处理：将步骤(1)挤压后的管型坯料入炉退火，进行应力释放，炉温100℃保温5小时，经检测，各项力学性能均满足技术要求，然后进行机械加工。
(3)内孔加工：如图2所示，内孔加工工装包括刀杆6、两个支撑架4及中心架7，刀杆6开有切削液通道10，刀杆6安装有铰刀5，刀杆6安装在深孔钻镗床1的刀杆夹套8上，刀杆夹套8安装在机床进给箱9上，两个支撑架4固定在深孔钻镗床1的导轨上，确保其支撑高度与机床主轴2保持一致；中心架7固定在深孔钻镗床1的导轨上，用于对刀杆6进行支撑，其中心高度与支撑架4保持一致。内孔加工使用深孔钻镗床1，热处理后工件3一端装夹于机床主轴2，另一端采用支撑架4支撑，刀杆6使用中心架7支撑，由深孔钻镗床1提供主运动，铰刀5随机床进给箱9做轴向进给，高压冷却液经刀杆6尾部的切削液通道10输入至刀杆6内部，并从刀杆6上的出油孔排出，直接进入切削区，进行冷却润滑，并将切屑由刀杆6外部排出，达到强制冷却和排屑的目的。铰刀5为双刃焊接硬质合金浮动拉铰刀。铰刀5的切削部分采用硬质合金焊接式，铰刀5分为上刀块和下刀块两部分，由紧固螺钉连接为一体，通过螺钉调节径向尺寸。
(4)外形铣削：如图3所示，外形铣削工装包括螺母16、挡块15、芯轴14及细砂粒13。芯轴14的一端为阶梯状定位台，用于内孔加工后工件12的定位及细砂粒13的密封，芯轴14的另一端用螺母16及挡块15对细砂粒13进行密封。采用铣削中心进行外形加工，刀具选用Φ100mm、90°方肩铣刀，刀片材料为硬质合金基材和高级PVDTiB2涂层。将内孔加工后工件12套在芯轴14上，芯轴14与内孔加工后工件12间隙处装入细砂粒13，装入细砂粒13前，扶正心轴防止偏斜，避免在加工过程中受力不均匀出现工件扭曲。装完细砂粒13后，再灌入约1500ml水，可以使细砂粒13更密实，防止细砂粒13在加工过程中出现空腔，也能起到更好的减振效果，内孔加工后工件12及芯轴14的一端夹持在机床的分度卡盘11上，应同时夹紧芯轴14及内孔加工后工件12，芯轴14的另一端用螺母16及挡块15对细沙粒13进行密封，顶尖17进行顶紧。铣削分粗铣和精铣两部分，采用小吃刀量、低转速，铣削分为粗铣、半精铣、精铣三个工步。在精加工过程中，在工件上压百分表进行检测，确保拆除支撑后变形量为0.15mm，影响工件加工后精度。调整支撑力大小，在每次支撑时，用百分表对工件表面进行检测，要求工件向上变形不大于0.02mm，通过操作验证精加工拆除支撑后变形不大于0.02mm。由于铝材加工应力较大，在六方管六个面的外形铣削上采取对称加工的方式，进行6个面，加工一面接着加工其对称面，低温释放应力后再加工其它面的顺序进行加工。
(5)长度加工：采用线切割加工方式取总长，以保证断面和管轴向的垂直度，同时采用软布进行装卡部位包裹，避免表面划伤。
Claims (7)
1.一种高精度薄壁六方管加工工艺，其特征在于：包括如下步骤：
(1)将铝锭挤压成管型坯料；
(2)坯料热处理：将步骤(1)挤压后的管型坯料入炉退火，进行应力释放，炉温100℃保温5小时；
(3)内孔加工：内孔加工工装包括刀杆(6)、两个支撑架(4)及中心架(7)，刀杆(6)开有切削液通道(10)，刀杆(6)安装有铰刀(5)，刀杆(6)安装在深孔钻镗床(1)的刀杆夹套(8)上，刀杆夹套(8)安装在机床进给箱(9)上，两个支撑架(4)固定在深孔钻镗床(1)的导轨上，确保其支撑高度与机床主轴(2)保持一致；中心架(7)固定在深孔钻镗床(1)的导轨上，对刀杆(6)进行支撑，其中心高度与支撑架(4)保持一致；内孔加工使用深孔钻镗床(1)，热处理后工件(3)一端装夹于机床主轴(2)，另一端采用支撑架(4)支撑，刀杆(6)使用中心架(7)支撑，由深孔钻镗床(1)提供主运动，铰刀(5)随机床进给箱(9)做轴向进给，高压冷却液经刀杆(6)尾部的切削液通道(10)输入至刀杆(6)内部，并从刀杆(6)上的出油孔排出，直接进入切削区，进行冷却润滑，并将切屑由刀杆(6)外部排出；
(4)外形铣削：外形铣削工装包括螺母(16)、挡块(15)、芯轴(14)及细砂粒(13)；芯轴(14)的一端为阶梯状定位台，用于内孔加工后工件(12)的定位及细砂粒(13)的密封，芯轴(14)的另一端用螺母(16)及挡块(15)对细砂粒(13)进行密封；将内孔加工后工件(12)套在芯轴(14)上，芯轴(14)与内孔加工后工件(12)间隙处装入细砂粒(13)，再灌入约1500ml水；内孔加工后工件(12)及芯轴(14)的一端夹持在机床的分度卡盘(11)上，同时夹紧芯轴(14)及内孔加工后工件(12)，芯轴(14)的另一端用螺母(16)及挡块(15)对细沙粒(13)进行密封，顶尖(17)进行顶紧；
(5)长度加工。
2.根据权利要求1所述的高精度薄壁六方管加工工艺，其特征在于：所述步骤(1)将铝锭挤压成管型坯料的方法如下：采用正挤压方法在立式挤压机上成形，挤压模工作带控制成形后管材外径尺寸，挤压针控制成形后管材内径尺寸；挤压模采用45°锥模，挤压坯为环形铝坯，为实现坯料的完全挤压，在坯料上方放置顶出铝垫；挤压前将坯料加热并保温后，取出放入挤压筒中，再依次放入顶出铝垫和挤压垫，挤压轴下行带动挤压针穿入坯料内孔中，同时向下施加压力使坯料从挤压模与挤压针的间隙中流出，确保挤压后坯料管内孔尺寸满足直径64～66mm，外圆尺寸为81～84mm，矫直后直线度为0.3～0.5mm。
3.根据权利要求1所述的高精度薄壁六方管加工工艺，其特征在于：所述铰刀(5)为双刃焊接硬质合金浮动拉铰刀，铰刀(5)的切削部分采用硬质合金焊接式，铰刀(5)分为上刀块和下刀块两部分，由紧固螺钉连接为一体，通过螺钉调节径向尺寸。
4.根据权利要求1所述的高精度薄壁六方管加工工艺，其特征在于：所述步骤(4)外形铣削时，刀具选用Φ100mm、90°方肩铣刀，刀片材料为硬质合金基材和高级PVDTiB2涂层。
5.根据权利要求1所述的高精度薄壁六方管加工工艺，其特征在于：所述步骤(4)外形铣削分粗铣和精铣，在精加工过程中，在工件上压百分表进行检测，确保拆除支撑后变形量为0.15mm；调整支撑力大小，在每次支撑时，用百分表对工件表面进行检测，要求工件向上变形不大于0.02mm，通过操作验证精加工拆除支撑后变形不大于0.02mm。
6.根据权利要求1所述的高精度薄壁六方管加工工艺，其特征在于：所述步骤(4)外形铣削时，在六方管六个面采取对称加工的方式，加工一面接着加工其对称面，低温释放应力后再加工其它面。
7.根据权利要求1所述的高精度薄壁六方管加工工艺，其特征在于：所述步骤(5)长度加工方法如下：采用线切割加工方式取总长，同时采用软布进行装卡部位包裹。
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