CN114211205B - 一种控制棒导向筒的双孔管整体制造工艺 - Google Patents

一种控制棒导向筒的双孔管整体制造工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种控制棒导向筒的双孔管整体制造工艺，涉及民用核电堆内构件控制棒导向筒的制造工艺技术领域。该制造工艺包括通孔加工工艺和通槽加工工艺，所述通孔加工工艺为采用数控深孔钻镗床，定制高强度整体硬质合金内冷枪钻一次加工成型，再将加工成型的通孔的内孔表面磨至粗糙度为Ra1.6并校型；所述通槽加工工艺为设计专用夹具保证通槽的直线度，采用加工中心并定制高强度加长立铣刀分段加工。本发明提供的一种双孔管整体制造工艺，采用整体机加工成型技术代替焊接成型技术，能够满足双孔管的加工工艺要求，在此基础上具有加工效率高的优势，解决了现有焊接变形大的技术问题。

Description

一种控制棒导向筒的双孔管整体制造工艺
技术领域
本发明涉及民用核电堆内构件控制棒导向筒的制造工艺技术领域，具体涉及一种双孔管整体制造工艺。
背景技术
控制棒导向筒是核岛主设备反应堆内驱动线构件的重要组成部分，其功能是为控制棒的运动提供定位和导向，确保在事故工况下控制棒能够快速插入燃料组件实现紧急停堆，对核电站的安全运行至关重要。行业内，一般在控制棒导向筒组装完成后，要求使用24组Φ10.26mm的综合检验规对内部的导向通道进行摩擦力试验，测得的摩擦力不应超过90N。而双孔管是控制棒导向筒的核心部件，它的作用是为控制棒驱动提供精确导向，因此，双孔管的尺寸精度和直线度是决定控制棒导向筒摩擦力试验合格的关键性技术指标，其制造精度要求非常高。
双孔管的结构如说明书附图2的主视图和说明书附图3、4的侧视图所示，包括双孔管管体10，双孔管管体10的材料采用奥氏体不锈钢，在双孔管的管体10上开设有两个贯通全长的通孔11，两个通孔11之间通过通槽 12连通，该双孔管的加工工艺要求尺寸公差为±0.15，位置度公差φ0.2，表面粗糙度Ra1.6。目前，行业内通用的制造工艺是由双孔管管体10的中线拆分为两个半双孔管，分别采用数控刨床和加工中心进行加工，再采用真空电子束焊接成型。然而，该制造工艺存在两个半双孔管精度要求高、加工变形大、加工效率低、焊接成型后变形大等不足。
发明内容
针对上述现有技术存在的不足，本发明提供一种双孔管的整体制造工艺，采用整体机加工成型技术替代焊接成型，以解决双孔管焊前加工效率低下、焊接时变形大等问题，提高了控制棒导向筒的制造精度。
为此，本发明采用的技术方案如下：
本发明提供一种控制棒导向筒的双孔管整体制造工艺，采用奥氏体不锈钢板材，包括奥氏体不锈钢板材上的通孔加工工艺和通槽加工工艺，其中：
所述通孔加工工艺为采用数控深孔钻镗床，定制高强度整体硬质合金内冷枪钻一次加工成型，再将加工成型的通孔的内孔表面磨至粗糙度为 Ra1.6并校型。
所述通槽加工工艺为设计专用夹具保证通槽的直线度，采用加工中心并定制高强度加长立铣刀分段加工。
以及包括所述通孔和通槽的相贯线采用加工中心定制专用圆弧铣刀加工成型。
上述技术方案中，所述通孔加工工艺包括如下步骤：
S1，确定工艺基准面并精磨，保证其平面度为0.05mm；
S2，找正工艺基准面，采用小于所述通孔孔径的硬质合金钻头加工定位孔，并保证定位孔与工艺基准面的位置度为φ0.05mm；
S3，采用与所述通孔孔径相同的硬质合金内冷枪钻头加工所述通孔，此时所述通孔的尺寸公差为(0，+0.02)；
S4，使用珩磨头珩磨所述通孔的内孔表面至粗糙度为Ra1.6，此时所述通孔的尺寸公差为(+0.07，+0.15)；
S5，校型，具体过程是在大理石平台上校平工艺基准面，使所述通孔的孔中心轴线与工艺基准面的平行度小于0.05mm。
上述技术方案中，所述通槽加工工艺包括如下步骤：
S6，将加工好通孔的双孔管装夹在专用夹具上，总长留10mm余量待通槽加工完成后采用线切割去除；
S7，精铣外形；
S8，通槽粗加工：采用内冷钻头和带圆角立铣刀对通槽进行粗加工；
S9，通槽精加工：采用加长三面刃整体硬质合金铣刀对通槽进行分层精加工。
上述技术方案中，所述专用夹具包括设置在工作台面上的底座，所述底座上垂直设有第一侧板和第二侧板，所述第一侧板和第二侧板之间的间隔形成了用于放置所述双孔管的放置槽，在所述放置槽的槽口处还设有多个压紧组件，用于压紧所述双孔管。
与现有技术相比，本发明的有益效果主要包括：
本发明提供的一种控制棒导向筒双孔管整体制造工艺，是针对现有双孔管采用两个半双孔管分别加工再用真空电子束焊接成型存在焊接成型后变形大的问题，而采用的一种整体机加工成型方法，具体是解决了在整块奥氏体不锈钢板材上钻通孔和铣通槽存在的工件刚性差、变形大、尺寸公差和加工面粗糙度不易达到以及刀具长径比超过8倍、极其容易断刀的技术难点。采用本发明的制造工艺加工双孔管后检测通孔表面粗糙度满足Ra1.6，通槽内壁表面粗糙度满足Ra3.2，各尺寸及形位公差均可满足技术要求，摩擦力试验测试结果优于焊接件，加工工时也由原先的40小时/件缩短至20小时/件，提高了加工效率。
附图说明
图1是本发明双孔管整体制造工艺的工艺路线图；
图2是本发明待加工的双孔管的主视图；
图3是图2中的A向侧视图；
图4是图2中的B向侧视图；
图5是图4中Ⅰ处放大图；
图6是图4中Ⅱ处放大图；
图7是本发明所述专用夹具的整体结构示意图。
图中所示:
10-双孔管管体，11-通孔，12-通槽，13-D工艺基准面，14-E工艺基准面，15-相贯线；
20-专用夹具，21-底座，22-第一侧板，23-第二侧板，24-压紧组件， 241-压板，242-固定板，25-紧固螺钉。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本实施例以如图2-6所示的双孔管为例，对本发明的制造工艺进行详细说明。如图2-6所示，本实施例待加工的双孔管包括双孔管管体10，管体10采用整块奥氏体不锈钢材料下料(具体为06Cr19N i 10565*70*28的不锈钢板材)，需要在管体10上加工两个贯通全长的φ11.18mm的通孔11，该通孔11的长度为552mm，并且加工出连通两个通孔11的通槽12，该通槽12的槽宽为6.1mm，长径比超过49，工件加工后要求尺寸公差为± 0.15mm，位置度公差φ0.2mm，表面粗糙度Ra1.6mm。现有通用的加工工艺是由管体10纵向的中线拆分成两个半双孔管，分别采用数控刨床和加工中心加工，再用真空电子束焊接成型，该方法存在加工效率低、焊接成型后变形大等缺点。因此，本发明提出一种双孔管的整体制造工艺。
本发明涉及的一种双孔管整体制造工艺，其整体的工艺路线如图1所示，在该整体的工艺路线中，两个长度为552mm、直径为φ11.18mm的通孔 11和槽宽为6.1mm的通槽12的加工是整个工艺路线中的技术难点，其他工艺过程均为本领域内常用的工艺，因此，下面将对通孔11和通槽12的加工工艺进行详细说明。
一种控制棒导向筒的双孔管整体制造工艺，包括通孔11的加工工艺和通槽12的加工工艺，其中：
所述通孔11的加工工艺为采用数控深孔钻镗床，定制高强度整体硬质合金内冷枪钻一次加工成型，再将加工成型的通孔11的内表面磨至粗糙度为Ra1.6并校型。
所述通槽12的加工工艺为设计专用夹具20保证通槽12的直线度，采用加工中心并定制高强度加长立铣刀分段加工。
所述通孔11和通槽12的相贯线15采用加工中心定制专用圆弧铣刀加工成型。
通过上述在整块奥氏体不锈钢板材上进行通孔11和通槽12的加工，有效避免了分两个半圆加工再进行焊接的变形问题，且提高了加工效率。
进一步地，所述通孔11的加工工艺包括如下步骤：
S1，确定工艺基准面并精磨，保证其平面度为0.05mm；
如图3所示，将所述通孔11的侧面定义为D工艺基准面13，将所述通孔11的底面定义为E工艺基准面14，采用珩磨头分别对D工艺基准面13 和E工艺基准面精磨14，保证两个工艺基准面的平面度为0.05mm。
S2，分别找正D工艺基准面13和E工艺基准面14，选用φ11mm的硬质合金钻头先加工出一个定位孔，并保证该定位孔与两个工艺基准面的位置度为φ0.05mm；
S3，之后采用φ11.18mm的硬质合金内冷枪钻头加工通孔11，此时所述通孔11的尺寸公差为(0，+0.02)；
S4，使用珩磨头珩磨所述通孔11的内孔表面至粗糙度为Ra1.6，此时所述通孔11的尺寸公差控制在φ11.18mm(+0.07，+0.15)。
S5，校型，具体过程是在大理石平台上校平两个工艺基准面，使所述通孔11的孔中心轴线与工艺基准面的平行度小于0.05mm。
进一步地，所述通槽12的加工工艺包括如下步骤：
S6，将加工好通孔11的双孔管管体10装夹在专用夹具20上，总长留 10mm余量待通槽12加工完成后采用线切割去除；
S7，精铣外形；
以φ11.18mm的通孔11孔内打表找正，要求通孔11的孔中心轴线与D、 E工艺基准面的平行度为0.05mm，在完成精铣外形后，通过钳工校正D、E 工艺基准面，保证其平面度为0.05mm；
S8，通槽粗加工：采用φ5.1mm的内冷钻头和φ5.8mm带0.5mm圆角的立铣刀对通槽12进行粗加工；
S9，通槽精加工：采用φ6mm加长三面刃整体硬质合金铣刀对通槽12 进行分层精加工，每刀的加工量不大于0.05mm，且逆时针走刀以减小刀具震动，在铣侧边前，先沿着中线加工一刀，然后分两层加工，加工参数为 S2000、F100、A0.05，注意刀具有效刃长度，可以修磨光杆部分，避免干涉。
进一步地，如图7所示，所述专用夹具20包括设置在工作台面上的底座21，所述底座21上垂直设有第一侧板22和第二侧板23，所述第一侧板 22和第二侧板23之间的间隔形成了用于放置所述双孔管管体10的放置槽，在所述放置槽的槽口处还设有多个压紧组件24，用于压紧所述双孔管管体 10。
可选的，所述压紧组件24包括竖直向下的压板241和水平设置的固定板242，所述固定板242分别螺接在第一侧板22和第二侧板23的顶面上，所述压板241固定在所述固定板242靠近放置槽的一侧，且所述压板241 的底面与所述双孔管管体10的顶部相抵接。
可选的，所述底座21、第一侧板22以及第二侧板23为一体成型结构，所示压板241和所述固定板242也为一体成型结构，所述第二侧板23的外侧面设置多个用于压紧所述双孔管的紧固螺钉。在使用时，将双孔管管体 10放置在专用夹具20的放置槽中，采用压紧组件24将双孔管管体10的顶部压紧，再采用紧固螺钉将双孔管管体10的侧面压紧，以保证加工出通槽 12的直线度。
另外，如图5、6所示，所述通孔11和通槽12的相贯线15采用加工中心定制专用内倒角圆弧铣刀，两侧R1.2mm轮廓一次加工成型。
采用本发明所述的双孔管整体制造工艺来加工双孔管，在加工完成后对双孔管的关键尺寸进行检查，测得如下结果：
表1通孔
通孔11的孔径 通孔11的直线度 两个通孔11的位置度
结果 φ11.18(﹢0.07,+0.15)mm φ0.2mm φ0.2mm
表2通槽
通槽12的槽宽 通槽12的槽内表面粗糙度
结果 6.15mm Ra3.2
并且，通孔11的表面粗糙度Ra1.6，符合图纸要求；加工完成后D、E基准面直线度0.1mm；摩擦力试验测试结果25N，优于技术要求。(技术要求：小于60N)。
可见，本发明提供的一种双孔管整体制造工艺，采用整体机加工成型技术代替焊接成型技术，能够满足双孔管的加工工艺要求，在此基础上具有加工效率高的优势，解决了现有焊接变形大的技术问题。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种控制棒导向筒的双孔管整体制造工艺，采用奥氏体不锈钢板材，其特征在于，所述制造工艺包括奥氏体不锈钢板材上的通孔加工工艺和通槽加工工艺，其中：
所述通孔加工工艺为采用数控深孔钻镗床，定制整体硬质合金内冷枪钻一次加工成型，再将加工成型的通孔的内孔表面磨至粗糙度为Ra1.6并校型；
所述通槽加工工艺为设计专用夹具保证通槽的直线度，采用加工中心并定制加长立铣刀分段加工；
以及所述通孔和通槽的相贯线采用加工中心定制专用圆弧铣刀加工成型。
2.根据权利要求1所述的一种控制棒导向筒的双孔管整体制造工艺，其特征在于，所述通孔加工工艺包括如下步骤：
S1，确定工艺基准面并精磨，保证其平面度为0.05mm；
S2，找正工艺基准面，采用小于所述通孔孔径的硬质合金钻头加工定位孔，并保证定位孔与工艺基准面的位置度为φ0.05mm；
S3，采用与所述通孔孔径相同的硬质合金内冷枪钻头加工所述通孔，此时所述通孔的尺寸公差为0～0.02mm；
S4，使用珩磨头珩磨所述通孔的内孔表面至粗糙度为Ra1.6，此时所述通孔的尺寸公差为0.07～0.15mm。
3.根据权利要求2所述的一种控制棒导向筒的双孔管整体制造工艺，其特征在于，所述工艺基准面包括D工艺基准面和E工艺基准面，所述D工艺基准面为所述通孔的侧面，所述E工艺基准面为所述通孔的底面。
4.根据权利要求3所述的一种控制棒导向筒的双孔管整体制造工艺，其特征在于，所述通孔加工工艺还包括步骤S5校型，具体过程是在大理石平台上校平工艺基准面，使所述通孔的孔中心轴线与工艺基准面的平行度小于0.05mm。
5.根据权利要求1所述的一种控制棒导向筒的双孔管整体制造工艺，其特征在于，所述通槽加工工艺包括如下步骤：
S6，将加工好通孔的双孔管装夹在专用夹具上，总长留10mm余量待通槽加工完成后采用线切割去除；
S7，精铣外形；
S8，通槽粗加工：采用内冷钻头和带圆角立铣刀对通槽进行粗加工；
S9，通槽精加工：采用加长三面刃整体硬质合金铣刀对通槽进行分层精加工。
6.根据权利要求5所述的一种控制棒导向筒的双孔管整体制造工艺，其特征在于，所述步骤S7精铣外形时以通孔孔内打表找正，要求通孔的孔中心轴线与D、E工艺基准面的平行度为0.05mm，在完成精铣外形后，通过钳工校正D、E工艺基准面，保证其平面度为0.05mm。
7.根据权利要求5所述的一种控制棒导向筒的双孔管整体制造工艺，其特征在于，所述步骤S9通槽精加工中，每刀的加工量不大于0.05mm，且逆时针走刀以减小刀具震动，在铣侧边前，先沿着中线加工一刀，然后分两层加工。
8.根据权利要求5所述的一种控制棒导向筒的双孔管整体制造工艺，其特征在于，所述专用夹具包括设置在工作台面上的底座，所述底座上垂直设有第一侧板和第二侧板，所述第一侧板和第二侧板之间的间隔形成了用于放置所述双孔管的放置槽，在所述放置槽的槽口处还设有多个压紧组件，用于压紧所述双孔管。
9.根据权利要求8所述的一种控制棒导向筒的双孔管整体制造工艺，其特征在于，所述压紧组件包括竖直向下的压板和水平设置的固定板，所述固定板分别螺接在第一侧板和第二侧板的顶面上，所述压板固定在所述固定板靠近放置槽的一侧，且所述压板的底面与所述双孔管的顶部相抵接。
10.根据权利要求9所述的一种控制棒导向筒的双孔管整体制造工艺，其特征在于，所述底座、第一侧板以及第二侧板为一体成型结构，所述第二侧板的外侧面设置多个用于压紧所述双孔管的紧固螺钉。
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