CN115570470B - 一种降低石墨样品表面残留应力的处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种降低石墨样品表面残留应力的处理方法；现有核石墨的加工方式一般都采用切削的方式，没有考虑加工对样品表面的损伤，使得样品表面存在的残余应力较大，特别是对于核石墨样品，一般入堆尺寸较小，因加工方式产生的损伤会对实际辐照产生的应变结果造成一定影响，如果是特别小的样品，这种误差更加明显；本发明通过改变减材制造的切削方式，利用磨削加工方式，分级多次处理样品表面，从而降低表面残留应力，并在磨削方式对石墨样品进行加工的过程中，利用不同目数的磨削设备级配使用，配合进刀量、磨削次数，从而降低上一道工序对样品表面的损伤，以提升样品的表面加工质量，降低石墨样品表面的残留应力。

Description

一种降低石墨样品表面残留应力的处理方法

技术领域

本发明涉及石墨处理技术领域，尤其涉及一种降低石墨样品表面残留应力的处理方法。

背景技术

为满足石墨在不同领域内的广泛用途，需要对制成的石墨样品进行机加工，同时在已加工表面上存在着相当大的残余应力；而现有核石墨的加工方式一般都采用切削的方式，没有考虑加工对样品表面的损伤，使得样品表面存在的残余应力较大，特别是对于核石墨样品，一般入堆尺寸较小，因加工方式产生的损伤会对实际辐照产生的应变结果造成一定影响。如果是特别小的样品，这种误差更加明显，进而影响到测量样品性能指标的准确性。

中国专利申请号200610112911.9公开了一种降低钢铜石墨复合板界面残余应力的方法，该方案对钢铜石墨半固态复合板在室温下进行压下率为0.6～1.4%的轧制处理，利用轧制处理产生的铜石墨覆层与钢板变形量的差异来弥补复合凝固冷却过程中铜石墨覆层与钢板收缩量的差异，进而降低复合板界面残余应力。

但是该技术方案中，冷轧处理的方式不适用于传统机加工方式处理的石墨样品，且该技术方案中，还需利用复合材料界面间的相互作用，来降低复合界面以及石墨的表面残留应力，限制了对石墨表面残留应力的处理效果。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足之处，提供一种降低石墨样品表面残留应力的处理方法，通过改变减材制造的切削方式，利用磨削加工方式，分级多次处理样品表面，从而降低表面残留应力，并在磨削方式对石墨样品进行加工的过程中，利用不同目数的磨削设备级配使用，配合进刀量、磨削次数，从而降低上一道工序对样品表面的损伤，以提升样品的表面加工质量，降低石墨样品表面的残留应力。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种降低石墨样品表面残留应力的处理方法，包括以下步骤：

S100、分级加工；根据石墨样品的形状结构要求，将石墨坯料分别按不同的减材制造方式进行粗加工，并在随后的精加工阶段，对石墨样品的粗加工面采用磨削设备进行处理；

S200、装夹重定位：在石墨样品精加工阶段的磨削处理过程中，首先调整装夹机构改变工装台上石墨坯料的姿态，并配合切换磨削设备的刀具进行重定位，实现精加工阶段的磨削处理；

S300、级配磨削：在磨削设备对装夹的石墨坯料重定位完成后，进行磨削处理的过程中，依次更换磨削设备中不同目数的多个磨头级配使用，并随磨头尺寸目数的增加，依次降低磨头单次磨削的进刀量，并增加磨削次数，同时在级配使用切换磨头的过程中，重复进行S200的重定位工序，最终加工成符合尺寸要求的石墨样品；

S400、表面处理：在S300中完成对石墨样品的尺寸加工后，采用去应力机构与石墨样品的表面进行线性或非线性的作用力。

进一步，所述装夹重定位工序之后，还包括：

刀具切换工序，磨削设备的动力机座携带磨削设备远离装夹机构，并进行转动调整磨削设备朝向装夹机构的侧面，实现对活动设于磨削设备不同侧面上磨头的切换，接着动力机座携带磨削设备复位至装夹机构一侧，对磨头与工装台上石墨坯料的位置关系进行重定位。

进一步，所述磨削设备的刀具采用金刚石颗粒附着于磨头表面，且相同目数的磨头中包括有不同密布程度以及不同尺寸大小的金刚石颗粒。

进一步，所述磨头包括平行于石墨坯料的共面回转磨具或垂直于石墨坯料的错面回转磨具中的一种或多种。

进一步，在多个磨头级配使用的过程中，还包括：

切换的磨头的目数增减与磨头的进刀量大小呈负相关，切换的磨头的目数增减与磨头的磨削次数呈正相关。

进一步，在磨头磨削石墨坯料的过程中，还包括：

磨削设备侧面的若干个驱动支架上一一对应活动设有的若干个错面回转磨具在动力机座的移动作用下依次接触石墨坯料的表面并进行磨削处理。

进一步，在去应力机构接触石墨样品表面的过程中，还包括：

磨削设备侧面的滚压组件对持续接触的石墨样品表面施加线性或非线性的作用力；

所述滚压组件包括活动设于磨削设备上的第一回转部以及第一加力部，第一回转部在动力机座的牵引下沿石墨样品的长度方向移动，第一回转部在第一加力部的作用下调整施加到石墨样品表面的作用力。

进一步，在去应力机构接触石墨样品表面的过程中，还包括：

磨削设备侧面的振动组件包括非圆形截面的第二回转部以及第二加力部，在动力机座带动磨削设备的移动过程中，调整第二加力部使非圆形截面的第二回转部碰撞石墨样品。

进一步，在去应力机构接触石墨样品表面的过程中，还包括：

磨削设备的第三加力部上转动连接的回转盘上活动设有若干个环绕分布的第三回转部，通过回转盘的转动调整接触石墨样品的第三回转部。

进一步，在回转盘转动的过程中，还包括：

回转盘上的动力部与若干个第三回转部间传动连接，动力部使回转盘上的若干个第三回转部保持同步转动状态。

本发明的有益效果在于：

（1）本发明通过改变减材制造的切削方式，利用磨削加工方式，分级多次处理样品表面，从而降低表面残留应力，并在磨削方式对石墨样品进行加工的过程中，利用不同目数的磨削设备级配使用，配合进刀量、磨削次数，从而降低上一道工序对样品表面的损伤，以提升样品的表面加工质量，降低石墨样品表面的残留应力。

（2）本发明利用磨削设备的各侧面增加了可安装的磨头数量，且能够在磨削设备一侧的磨头进行磨削时更换其他侧磨头的型号，使得更换磨削设备刀具的磨头不影响磨削效率；并配合级配磨削工序中重复进行的重定位工序，通过磨削设备的活动，替代磨削设备上用于磨头定位的机构。

（3）本发明通过在相同目数的磨头中采用不同参数附着的金刚石颗粒，例如金刚石颗粒在磨头表面的分布状态或金刚石颗粒的大小，拓展磨头进行磨削处理时的加工性能精度，从而提高对石墨样品表面的处理质量，降低表面的残留应力。

（4）本发明利用错面回转磨具的直径参数实现对石墨坯料回转轮廓中倒角的成型，形成柱状式石墨坯料中不同轴段间的过渡弧，在磨头定位至石墨坯料的倒角位置后，仅通过控制磨头的进给量实现对石墨坯料的倒角功能，增加了对石墨坯料的磨削精度，从而提升了对石墨样品表面的加工质量，降低了表面残留应力的产生。

（5）本发明通过将若干个第三回转部环绕布置在回转盘上，即可仅通过控制回转盘来切换不同的第三回转部实现滚压组件或振动组件的功能，同时还避免了切换第三回转部过程中磨削设备的位移动作，优化了去应力机构的执行过程。

（6）本发明通过在第三回转部进行振动组件功能的过程中，通过转动的回转盘带动若干个第三回转部依次碰撞石墨样品，相比于单个非圆形截面的第二回转部，提升了对石墨样品的碰撞振动效果，从而增强对石墨样品表面残留应力的降低效果。

综上所述，本发明具有提高石墨样品表面加工质量，降低石墨样品表面残留应力等优点。

附图说明

图1为本发明处理方法的流程图；

图2为本发明整体结构第一状态示意图；

图3为本发明整体结构第二状态示意图；

图4为本发明整体结构第三状态示意图；

图5为本发明整体结构第四状态示意图；

图6为本发明共面回转磨具运行状态示意图；

图7为本发明错面回转磨具运行状态示意图；

图8为本发明去应力机构的结构示意图；

图9为本发明错面回转磨具运行状态俯视图；

其中，第一状态为共面回转磨具磨削处理柱状石墨坯料；

第二状态为错面回转磨具磨削处理砌块状石墨坯料；

第三状态为错面回转磨具磨削处理柱状石墨坯料；

第四状态为去应力机构对柱状石墨坯料进行表面处理。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、 “右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“ 顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、 “第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

实施例一

如图1-5所示，本实施例提供一种降低石墨样品表面残留应力的处理方法，包括以下步骤：

S100、分级加工；根据石墨样品的形状结构要求，将石墨坯料1分别按不同的减材制造方式进行粗加工，并在随后的精加工阶段，对石墨样品的粗加工面采用磨削设备2进行处理；

S200、装夹重定位：在石墨样品精加工阶段的磨削处理过程中，首先调整装夹机构3改变工装台31上石墨坯料1的姿态，并配合切换磨削设备2的刀具进行重定位，实现精加工阶段的磨削处理；

S300、级配磨削：在磨削设备2对装夹的石墨坯料1重定位完成后，进行磨削处理的过程中，依次更换磨削设备2中不同目数的多个磨头21级配使用，并随磨头21尺寸目数的增加，依次降低磨头21单次磨削的进刀量，并增加磨削次数，同时在级配使用切换磨头21的过程中，重复进行S200的重定位工序，最终加工成符合尺寸要求的石墨样品；

S400、表面处理：在S300中完成对石墨样品的尺寸加工后，采用去应力机构4与石墨样品的表面进行线性或非线性的作用力。

在本实施例中，例如对于柱状的核石墨样品，可直接装夹在磨削设备2如数控磨床的工装台31上，通过使用不同规格的磨头21依次磨削加工出柱状核石墨样品所需的轮廓造型，对于砌块状的核石墨样品，在成型石墨砌体中用于供燃料棒、控制棒、仪器和试验用的各种孔道101时，采用铣削方式进行粗加工成型，接着依次采取目数增大的磨头21，伸入成型孔道101的壁面，进行粗加工以及精加工阶段的磨削处理；在将石墨样品从粗加工切换至精加工后，采用级配方式使用磨头21，并配合进刀量、磨削次数对石墨坯料1的加工进行磨削处理，在磨头21级配过程中重复进行的定位，确保磨削处理的加工精度，在成型为尺寸要求的石墨样品后，通过去应力机构4，与石墨样品表面施加线性或非线性的作用力，例如采用滚压组件41或振动组件42以恒定或变化的作用力实现接触或敲击石墨样品的表面，以处理并削弱石墨样品表面的残留应力；

值得注意的是，本实施例通过改变减材制造的切削方式，利用磨削加工方式，分级多次处理样品表面，从而降低表面残留应力；

还值得说明的是，本实施例通过磨削的方式对石墨样品进行加工，利用不同目数的磨削设备2级配使用，配合进刀量、磨削次数，从而降低上一道工序对样品表面的损伤，以提升样品的表面加工质量，从而降低了石墨样品表面的残留应力。

如图1-5所示，所述装夹重定位工序之后，还包括：

刀具切换工序，磨削设备2的动力机座22携带磨削设备2远离装夹机构3，并进行转动调整磨削设备2朝向装夹机构3的侧面，实现对活动设于磨削设备2不同侧面上磨头21的切换，接着动力机座22携带磨削设备2复位至装夹机构3一侧，对磨头21与工装台31上石墨坯料1的位置关系进行重定位。

本实施例中，在单个磨削设备2的各侧面上安装不同型号参数的磨削刀具，通过动力机座22如复合滑台牵引磨削设备2相对装夹机构3进行移动，用于实现石墨坯料1表面不同轴段的加工精度要求，并防止磨削设备2切换磨头21过程中的转向与装夹结构以及石墨样品间产生干涉碰撞，同时利用磨削设备2的各侧面增加了可安装的磨头21数量，且相比于数控机床的自动换刀机构减少了换刀时间及换刀的复杂程度；并配合级配磨削工序中重复进行的重定位工序，增加了磨削设备2的活动空间，且替代了磨削设备2上用于磨头21定位的机构设置。

需要说明的是，在精加工阶段使用磨削设备2的刀具，可采用加工方式如下：

步骤一：采用100目的磨头尺寸，设定进刀量为100μm，磨削1次；

步骤二：采用500目的磨头尺寸，设定进刀量为20μm，磨削5次；

步骤三：采用1000目的磨头尺寸，设定进刀量为5μm，至少磨削10次；

同样的，可按上述方式，在满足切换的磨头21的目数增减与磨头21的进刀量大小呈负相关，切换的磨头21的目数增减与磨头21的磨削次数呈正相关的条件下，对石墨样品进行级配磨削，确保石墨样品表面的加工质量。

如图1、6所示，所述磨削设备2的刀具采用金刚石颗粒210附着于磨头21表面，且相同目数的磨头21中包括有不同密布程度以及不同尺寸大小的金刚石颗粒210。

在本实施例中，例如采用电镀或烧结的方式将金刚石颗粒210附着于磨头21表面，利用金刚石颗粒210材料与石墨坯料1之间共有的高耐温性特点，避免减材制造过程中如磨削处理工序产生的热效应对两者材料物理性能的影响，降低引起石墨样品表面的残留应力因素；

需要说明的是，在相同目数的磨头21中采用不同参数附着的金刚石颗粒210，例如金刚石颗粒210在磨头21表面的分布状态或金刚石颗粒210的大小，拓展磨头21进行磨削处理时的加工性能精度，从而提高对石墨样品表面的处理质量，降低表面的残留应力。

如图1、3、6-7、9所示，所述磨头21包括平行于石墨坯料1的共面回转磨具211或垂直于石墨坯料1的错面回转磨具212中的一种或多种。

在本实施例中，对于柱状式的石墨样品，共面回转磨具211即磨头21的回转轴平行于工装台31上柱状石墨坯料1的轴向，用于对石墨坯料1的回转轮廓100进行加工；对于砌块式的石墨样品，共面回转磨具211即磨头21的回转轴平行于工装台31上砌块式石墨坯料1的端面，用于对石墨坯料1的整个表面进行加工；

同样的，对于柱状式的石墨样品，错面回转磨具212即磨头21的回转轴垂直于工装台31上柱状石墨坯料1的轴向，用于对石墨坯料1的回转轮廓100进行倒角处理；对于砌块式的石墨样品，错面回转磨具212即磨头21的回转轴垂直于工装台31上砌块式石墨坯料1的端面，用于对石墨坯料1的孔道101壁面进行加工；

值得说明的是，错面回转磨具212即磨头21的回转轴垂直于石墨坯料1的轴向，利用错面回转磨具212的直径参数实现石墨坯料1回转轮廓100中倒角的成型，形成柱状式石墨坯料1中不同轴段间的过渡弧102，相比于控制磨削设备2的刀具中磨头21的进给量以及位移量两个参数进行倒角，本实施例在磨头21定位至石墨坯料1的倒角位置后，仅通过控制磨头21的进给量实现对石墨坯料1的倒角功能，增加了对石墨坯料1的磨削精度，从而提升了对石墨样品表面的加工质量，降低了表面残留应力的产生。

如图1-5所示，在多个磨头21级配使用的过程中，还包括：

切换的磨头21的目数增减与磨头21的进刀量大小呈负相关，切换的磨头21的目数增减与磨头21的磨削次数呈正相关。

本实施例中，随着级配磨削工序的进行，磨削设备2切换的磨头21目数依次增加，同时配合降低的进刀量以及磨削次数，以在满足加工效率的前提下逐步提高对石墨坯料1加工精度，同时降低磨削处理过程中在石墨样品表面产生的残留应力。

如图7所示，在磨头21磨削石墨坯料1的过程中，还包括：

磨削设备2侧面的若干个驱动支架23上一一对应活动设有的若干个错面回转磨具212在动力机座22的移动作用下依次接触石墨坯料1的表面并进行磨削处理。

在本实施例中，固定在磨削设备2侧面的驱动支架23，例如凸起于磨削设备2侧面的架体231以及安装于架体231上的驱动电机232，带动架体231中的错面回转磨具212的磨头21运转，使磨削设备2高度方向上的若干个不同凸起长度的架体231先后调整至石墨坯料1的高度位置，使得架体231上的错面回转磨具212的磨头21依次接触石墨坯料1表面，实现不同直径的磨头21加工成型出石墨坯料1的过渡弧轮廓。

实施例二

如图5、8所示，其中与实施例一中相同或相应的部件采用与实施例一相应的附图标记，为简便起见，下文仅描述与实施例一的区别点。该实施例二与实施例一的不同之处在于：

在去应力机构4接触石墨样品表面的过程中，还包括：

磨削设备2侧面的滚压组件41对持续接触的石墨样品表面施加线性或非线性的作用力；

所述滚压组件41包括活动设于磨削设备2上的第一回转部241以及第一加力部242，第一回转部241在动力机座22的牵引下沿石墨样品的长度方向移动，第一回转部241在第一加力部242的作用下调整施加到石墨样品表面的作用力。

在本实施例中，第一回转部241例如滚压刀转动安装在第一加力部242如弹性杆件上，并配合磨削设备2带动滚压组件41的移动，使滚压刀对石墨样品的表面进行挤压；

同样的，还可在第一加力部242中采用气动伸缩杆实现对第一回转部241的滚压刀的支撑力控制，并配合设定气动伸缩杆支撑力的变化参数，实现对石墨样品的表面施加线性或非线性的作用力，以实现不同的挤压作用力效果，削弱石墨样品表面的残留应力。

具体的，如图7-8所示，在去应力机构4接触石墨样品表面的过程中，还包括：

磨削设备2侧面的振动组件42包括非圆形截面的第二回转部251以及第二加力部252，在动力机座22带动磨削设备2的移动过程中，调整第二加力部252使非圆形截面的第二回转部251碰撞石墨样品。

在本实施例中，非圆形截面的第二回转部251如椭圆筒的中心与石墨样品表面间的距离小于椭圆筒的半长轴且大于半短轴，进而椭圆筒在转动过程中的短轴端点与石墨样品间留有空隙，长轴端点与石墨表面造成碰撞并振动，固设于磨削设备2并转动连接在第二回转部251上的加力部如弹性杆件，用于缓冲椭圆筒碰撞石墨样品的冲击力，防止造成石墨样品表面的损伤，且利用第二加力部252的伸缩变化增加第二回转部251的活动空间。

实施例三

如图5、8所示，其中与实施例二中相同或相应的部件采用与实施例二相应的附图标记，为简便起见，下文仅描述与实施例二的区别点。该实施例三与实施例二的不同之处在于：

在去应力机构4接触石墨样品表面的过程中，还包括：

磨削设备2的第三加力部262上转动连接的回转盘263上活动设有若干个环绕分布的第三回转部261，通过回转盘263的转动调整接触石墨样品的第三回转部261。

本实施例中，若干个第三回转部261中包括用于滚压石墨样品的圆形截面的第一回转部241以及用于碰撞石墨样品的非圆形截面的第二回转部251，通过将若干个第三回转部261环绕布置在回转盘263上，即可仅通过控制回转盘263的转动并配合第三加力部262如气动伸缩杆的，来切换不同的第三回转部261实现滚压组件41或振动组件42的功能，同时还避免了切换第三回转部261过程中磨削设备2的位移动作，优化了去应力机构4的执行过程。

更为具体的，如图8所示，在回转盘263转动的过程中，还包括：

回转盘263上的动力部264与若干个第三回转部261间传动连接，动力部264使回转盘263上的若干个第三回转部261保持同步转动状态。

在本实施例中，第三回转部261中对石墨样品施加作用力的同时，回转盘263上的其他第三回转部261在传动连接的链带作用下，随动力部264如电机的旋转产生同步转动，使其中非圆形截面的第二回转部251的转动产生气体绕流，增强第三回转部261处理石墨样品区域的气体流通量，进而在若干个第三回转部261中设置有错面回转磨具212功能的磨头21时，及时散热降低磨削处理过程中在石墨样品表面区域产生的热效应；

需要说明的是，在第三回转部261进行振动组件42功能的过程中，通过转动的回转盘263带动若干个第三回转部261依次碰撞石墨样品，相比于单个非圆形截面的第二回转部251，提升了对石墨样品的碰撞振动效果，从而增强对石墨样品表面残留应力的降低效果。

实施例四

如图2-5所示，本实施例还提供了一种用于降低石墨样品表面残留应力的处理设备，包括：用于加工石墨坯料1并沿磨削设备2周向环绕安装的磨头21，布置于磨削设备2一侧并用于定位石墨坯料1的装夹机构3，活动设于装夹机构3上且用于定位石墨坯料1的工装台31以及活动设于磨削设备2上用于降低石墨坯料1表面残留应力的去应力机构4。

在本实施例中，装夹机构3的工装台31上定位的石墨坯料1，通过使用磨削设备2上不同规格的磨头21依次磨削加工出石墨坯料1所需的回转轮廓100以及过渡弧102的造型，在石墨坯料1的成型过程中，通过磨削设备2切换其周向侧面上不同型号的磨头21磨头21，并配合进刀量、磨削次数对石墨坯料1的加工进行磨削处理，同时工装台31在磨头21级配过程中重复进行的定位，确保磨削处理的加工精度，在石墨坯料1成型完成为石墨样品后，通过去应力机构4对石墨样品表面施加线性或非线性的作用力，例如采用滚压或振动的方式以恒定或变化的作用力处理石墨样品的表面，以削弱石墨样品表面的残留应力；

值得注意的是，本实施例利用磨削设备2的磨头21进行磨削加工，分级多次处理样品表面，相比于切削加工方式，降低了上一道工序对样品表面的损伤，以提升样品的表面加工质量，降低了成型石墨样品表面的残留应力；

还值得说明的是，本实施例利用去应力机构4，通过采用滚压接触或振动的方式处理石墨样品，进一步释放石墨样品表面在加工过程中的残留应力。

如图2-5所示，还包括固设于磨削设备2底部的动力机座22，动力机座22用于驱动磨削设备2进行转动且相对于装夹机构3进行移动，动力机座22携带磨削设备2上的若干个磨头21以及去应力机构4依次对工装台31上的石墨坯料1进行处理。

本实施例中，动力机座22如复合滑台牵引磨削设备2相对装夹机构3进行转动和移动，用于实现石墨坯料1表面回转轮廓100以及过渡弧102的加工精度要求；同时利用磨削设备2的各侧面增加了可安装的磨头21数量，并配合级配磨削过程中的重定位工序，增加了磨削设备2的活动空间，替代了工装台31需携带石墨坯料31进行移动定位的步骤，保持工装台31对石墨坯料1 装夹的稳固性。

如图2、6所示，所述磨头21的表面为金刚石颗粒210设置，且相同目数的磨头21中包括有不同密布程度以及不同尺寸大小的金刚石颗粒210；所述磨头21在磨削设备2周向上的布置顺序按目数依次增加设置。

本实施例中，例如采用电镀或烧结的方式将金刚石颗粒210附着于磨头21表面，利用金刚石颗粒210材料与石墨坯料1之间共有的高耐温性特点，避免减材制造过程中如磨削处理工序产生的热效应对两者材料物理性能的影响，降低引起石墨样品表面的残留应力因素；

需要说明的是，在相同目数的磨头21中采用不同参数附着的金刚石颗粒210，例如金刚石颗粒210在磨头21表面的分布状态或金刚石颗粒210的颗粒大小，拓展磨头21进行磨削处理时的加工性能精度，从而提高对石墨样品表面的处理质量；

易于想到的，磨削设备2切换的磨头21目数依次增加，同时配合降低的进刀量以及磨削次数，以在满足加工效率的前提下逐步提高对石墨坯料1加工精度，降低磨削处理过程中在石墨样品表面产生的残留应力。

如图2-4所示，所述磨头21包括平行于石墨坯料1轴向的共面回转磨具211或垂直于石墨坯料1的错面回转磨具212中的一种或多种。

本实施例中，共面回转磨具211即磨头21的回转轴平行于工装台31上柱状石墨坯料1的轴向，用于对石墨坯料1的回转轮廓100进行加工；对于砌块式的石墨样品，共面回转磨具211即磨头21的回转轴平行于工装台31上砌块式石墨坯料1的端面，用于对石墨坯料1的整个表面进行加工；

同样的，错面回转磨具212即磨头21的回转轴垂直于工装台31上柱状石墨坯料1的轴向，用于对石墨坯料1的回转轮廓100进行倒角处理；对于砌块式的石墨样品，错面回转磨具212即磨头21的回转轴垂直于工装台31上砌块式石墨坯料1的端面，用于对石墨坯料1的孔道101壁面进行加工；

值得说明的是，还可利用错面回转磨具212的磨头21的直径参数实现石墨坯料1回转轮廓100中倒角的成型，形成柱状式石墨坯料1中不同轴段间的过渡弧102，在磨头21定位至石墨坯料1的倒角位置后，仅通过控制磨头21的进给量实现对石墨坯料1的倒角功能，增加了对石墨坯料1的磨削精度，降低了其表面产生的残留应力。 如图4、7所示，还包括若干个布置于磨削设备2周向上的驱动支架23，所述驱动支架23包括固设于磨削设备2上的架体231以及固设于架体231上的驱动电机232，架体231上用于安装错面回转磨具212。

本实施例中，凸起于磨削设备2侧面的架体231以及安装于架体231上的驱动电机232，带动架体231中的错面回转磨具212的磨头21运转，配合动力机座2牵引磨削设备2的移动，使磨削设备2高度方向上的若干个不同凸起长度的架体231先后调整至石墨坯料1的高度位置，使得架体231上的错面回转磨具212的磨头21依次接触石墨坯料1表面，实现不同直径的磨头21加工成型出石墨坯料1的过渡弧102轮廓。

如图5、7-8所示，所述去应力机构4包括：

对持续接触的石墨样品表面施加线性或非线性作用力的滚压组件41；或

对间歇接触的石墨样品表面施加线性或非线性作用力的振动组价42。

在本实施例中，滚压组件41例如滚压刀活动安装在磨削设备2的一侧，使滚压组件41中的气动伸缩杆驱动滚压刀持续接触石墨坯料1的表面并施加作用力；同样的，振动组件42例如椭圆形的滚筒在弹性杆件的支撑下间歇接触石墨坯料1的表面并施加作用力；

需要说明的是，通过滚压组件41中的气动伸缩杆以及振动组件42中的弹性杆件，使两者施加到石墨坯料1表面的作用力处于规律的线性过程，或不规律的非线性过程，从而实现不同处理效果的滚压作用和振动作用，进而在对不同型号参数的石墨坯料1表面降低残留应力时选择去应力机构4最佳的运行参数。

如图7-9所示，所述滚压组件41包括活动设于磨削设备2上的第一回转部241以及第一加力部242，第一回转部241在动力机座22的牵引下沿石墨坯料1的长度方向移动，第一回转部241在第一加力部242的作用下调整施加到石墨坯料1表面的作用力。

本实施例中，在第一加力部242中采用气动伸缩杆实现对第一回转部241的滚压刀的支撑力控制，并配合设定气动伸缩杆支撑力的变化参数，实现对石墨样品的表面施加线性或非线性的作用力，以实现不同的挤压作用力效果，削弱石墨样品表面的残留应力。

如图7-9所示，所述振动组件42包括活动设于磨削设备2上的第二回转部251以及第二加力部252，在动力机座22带动磨削设备2的移动过程中，调整第二加力部252使非圆形截面的第二回转部251碰撞石墨坯料1。

本实施例中，例如非圆形截面的第二回转部251如椭圆筒的中心与石墨样品表面间的距离小于椭圆筒的半长轴且大于半短轴，进而椭圆筒在转动过程中的短轴端点与石墨样品间留有空隙，长轴端点与石墨表面造成碰撞并振动，固设于磨削设备2并转动连接在第二回转部251上的第二加力部252如弹性杆件，用于缓冲椭圆筒碰撞石墨样品的冲击力，防止造成石墨样品表面的损伤，且利用第二加力部252的伸缩变化增加第二回转部251的活动空间。

如图8所示，还包括固设于磨削设备2上的第三加力部262以及转动设于第三加力部262上的回转盘263，回转盘263的周向上活动设有环绕分布的第三回转部261。

本实施例中，若干个第三回转部261中包括用于滚压石墨样品的圆形截面的第一回转部241以及用于碰撞石墨样品的非圆形截面的第二回转部251，通过将若干个第三回转部261环绕布置在回转盘263上，即可仅通过控制回转盘263的转动并配合第三加力部262如气动伸缩杆的，来切换不同的第三回转部261实现滚压组件41或振动组件42的功能，同时还避免了切换第三回转部261过程中磨削设备2的位移动作，优化了去应力机构4的执行过程。

如图8所示，还包括固设于回转盘263上的动力部264，动力部264与若干个第三回转部261间传动连接，动力部264使回转盘263上的若干个第三回转部261之间保持同步转动状态。

本实施例中，第三回转部261中对石墨样品施加作用力的同时，回转盘263上的其他第三回转部261在传动连接的链带作用下，随动力部264如电机的旋转产生同步转动，使其中非圆形截面的第二回转部251的转动产生气体绕流，增强第三回转部261处理石墨样品区域的气体流通量，降低磨削处理过程中在石墨样品表面区域产生的热效应；

需要说明的是，在第三回转部261通过第三加力部262如伸缩杆的往复活动实现振动组件42功能的过程中，通过转动的回转盘263带动若干个第三回转部261依次碰撞石墨样品，相比于单个非圆形截面的第二回转部251，提升了对石墨样品的碰撞振动效果，从而增强对石墨样品表面残留应力的降低效果。

工作步骤

步骤一、对于柱状的核石墨样品，可直接装夹在磨削设备2如数控磨床的工装台31上，通过使用不同规格的磨头21依次磨削加工出柱状核石墨样品所需的轮廓造型，对于砌块状的核石墨样品，在成型石墨砌体中用于供燃料棒、控制棒、仪器和试验用的各种孔道101时，采用铣削方式进行粗加工成型，接着依次采取目数增大的磨头21，伸入成型孔道101的壁面，进行粗加工以及精加工阶段的磨削处理；

步骤二、在将石墨样品从粗加工切换至精加工后，采用级配方式使用磨头21，并配合进刀量、磨削次数对石墨坯料1的加工进行磨削处理，在磨头21级配过程中重复进行的定位，在成型为尺寸要求的石墨样品后，通过去应力机构4，与石墨样品表面施加线性或非线性的作用力，例如采用滚压组件41或振动组件42以恒定或变化的作用力实现接触或敲击石墨样品的表面；

步骤三、在单个磨削设备2的各侧面上安装不同型号参数的磨削刀具，通过动力机座22如复合滑台牵引磨削设备2相对装夹机构3进行移动，并防止磨削设备2切换磨头21过程中的转向与装夹结构以及石墨样品间产生干涉碰撞；

步骤四、对于柱状式的石墨样品，共面回转磨具211即磨头21的回转轴平行于工装台31上柱状石墨坯料1的轴向，用于对石墨坯料1的回转轮廓100进行加工；对于砌块式的石墨样品，共面回转磨具211即磨头21的回转轴平行于工装台31上砌块式石墨坯料1的端面，用于对石墨坯料1的整个表面进行加工；

步骤五、对于柱状式的石墨样品，错面回转磨具212即磨头21的回转轴垂直于工装台31上柱状石墨坯料1的轴向，用于对石墨坯料1的回转轮廓100进行倒角处理；对于砌块式的石墨样品，错面回转磨具212即磨头21的回转轴垂直于工装台31上砌块式石墨坯料1的端面，用于对石墨坯料1的孔道101壁面进行加工；

步骤六、错面回转磨具212即磨头21的回转轴垂直于石墨坯料1的轴向，利用错面回转磨具212的直径参数实现石墨坯料1回转轮廓100中倒角的成型，形成柱状式石墨坯料1中不同轴段间的过渡弧102；

步骤七、非圆形截面的第二回转部251如椭圆筒在转动过程中的短轴端点与石墨样品间留有空隙，长轴端点与石墨表面造成碰撞并振动，固设于磨削设备2并转动连接在第二回转部251上的加力部如弹性杆件，用于缓冲椭圆筒碰撞石墨样品的冲击力，防止造成石墨样品表面的损伤。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种降低石墨样品表面残留应力的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

S100、分级加工；根据石墨样品的形状结构要求，将石墨坯料分别按不同的减材制造方式进行粗加工，并在随后的精加工阶段，对石墨样品的粗加工面采用磨削设备进行处理；

S200、装夹重定位：在石墨样品精加工阶段的磨削处理过程中，首先调整装夹机构改变工装台上石墨坯料的姿态，并配合切换磨削设备的刀具进行重定位，实现精加工阶段的磨削处理；

S300、级配磨削：在磨削设备对装夹的石墨坯料重定位完成后，进行磨削处理的过程中，依次更换磨削设备中不同目数的多个磨头级配使用，并随磨头尺寸目数的增加，依次降低磨头单次磨削的进刀量，并增加磨削次数，同时在级配使用切换磨头的过程中，重复进行S200的重定位工序，最终加工成符合尺寸要求的石墨样品；

S400、表面处理：在S300中完成对石墨样品的尺寸加工后，采用去应力机构对石墨样品的表面进行线性或非线性的作用力。

2.根据权利要求1所述的一种降低石墨样品表面残留应力的处理方法，其特征在于，

所述装夹重定位工序之后，还包括：

刀具切换工序，磨削设备的动力机座携带磨削设备远离装夹机构，并进行转动调整磨削设备朝向装夹机构的侧面，接着动力机座携带磨削设备复位至装夹机构一侧，对磨头与工装台上石墨坯料的位置关系进行重定位。

3.根据权利要求2所述的一种降低石墨样品表面残留应力的处理方法，其特征在于，

所述磨削设备的刀具采用金刚石颗粒附着于磨头表面，且相同目数的磨头中包括有不同密布程度以及不同尺寸大小的金刚石颗粒。

4.根据权利要求3所述的一种降低石墨样品表面残留应力的处理方法，其特征在于，

所述磨头包括平行于石墨坯料的共面回转磨具或垂直于石墨坯料的错面回转磨具中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的一种降低石墨样品表面残留应力的处理方法，其特征在于，

在多个磨头级配使用的过程中，还包括：

切换的磨头的目数增减与磨头的进刀量大小呈负相关，切换的磨头的目数增减与磨头的磨削次数呈正相关。

6.根据权利要求1所述的一种降低石墨样品表面残留应力的处理方法，其特征在于，

在磨头磨削石墨坯料的过程中，还包括：

磨削设备侧面的若干个驱动支架上一一对应活动设有的若干个错面回转磨具在动力机座的移动作用下依次接触石墨坯料的表面并进行磨削处理。

7.根据权利要求1所述的一种降低石墨样品表面残留应力的处理方法，其特征在于，

在去应力机构接触石墨样品表面的过程中，还包括：

磨削设备侧面的滚压组件对持续接触的石墨样品表面施加线性或非线性的作用力；

所述滚压组件包括活动设于磨削设备上的第一回转部以及第一加力部，第一回转部在动力机座的牵引下沿石墨样品的长度方向移动，第一回转部在第一加力部的作用下调整施加到石墨样品表面的作用力。

8.根据权利要求7所述的一种降低石墨样品表面残留应力的处理方法，其特征在于，

在去应力机构接触石墨样品表面的过程中，还包括：

磨削设备侧面的振动组件包括非圆形截面的第二回转部以及第二加力部，在动力机座带动磨削设备的移动过程中，调整第二加力部使非圆形截面的第二回转部碰撞石墨样品。

9.根据权利要求7-8中任一所述的一种降低石墨样品表面残留应力的处理方法，其特征在于，

在去应力机构接触石墨样品表面的过程中，还包括：

磨削设备的第三加力部上转动连接的回转盘上活动设有若干个环绕分布的第三回转部，通过回转盘的转动调整接触石墨样品的第三回转部。

10.根据权利要求9所述的一种降低石墨样品表面残留应力的处理方法，其特征在于，

在回转盘转动的过程中，还包括：

回转盘上的动力部与若干个第三回转部间传动连接，动力部使回转盘上的若干个第三回转部保持同步转动状态。