連接柄基體加工工藝的制作方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明屬于一種加工工藝，具體涉及一種連接柄基體加工工藝。
【背景技術】
[0002]AP1000組件是美國西屋公司新型第三代核燃料組件，其中連接柄基體是控制組件的重要零件之一，由16根徑向翼和中心筒組成，且16根徑向翼分為了 3種不同的結構，形狀極為復雜，加工難度很大。
[0003]1、AP1000連接柄基體結構特點及加工工藝簡介
[0004]AP1000連接柄基體從結構上來講，與AFA3G連接柄結構較為類似，均由16根徑向翼、24個指桿孔、I個中心筒構成，16根徑向翼的角度和24個指桿孔的位置分布也基本相同。但是，這兩種連接柄加工工藝迥異，AFA3G連接采用釬焊工藝，將中心筒、翼板、指桿等零件通過釬焊方式連接起來，而AP1000連接采用整體成形工藝，其徑向翼、指桿孔包括外形結構均采用機械加工方式完成，這就使得借鑒AFA3G連接柄加工工藝幾乎行不通，整套加工工藝必須重新制定。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是提供一種連接柄基體加工工藝，它能夠滿足AP1000連接柄的整體加工，保證了最終產品滿足圖紙設計要求。
[0006]本發明是這樣實現的，連接柄基體加工工藝，它包括如下步驟，
[0007](I)銑徑向翼斜面、鉆工藝基準孔；
[0008](2)柄體及中心筒的焊接；
[0009](3)去應力熱處理；
[0010](4)孔系加工；
[0011](5)線切割成形。
[0012]所述的步驟(I)包括如下步驟，
[0013]I)徑向翼斜面銑削工藝；
[0014]2)設置工藝基準孔。
[0015]所述的步驟(2)包括如下步驟，
[0016]I)設置焊接坡口；
[0017]2)設置焊接裝配夾具。
[0018]所述的步驟(3)包括熱處理的目的主要是消除機械加工以及焊接后的殘余應力，AP1000連接柄焊接后去應力熱處理工藝如下:
[0019]熱處理設備:高真空熱處理爐
[0020]熱處理溫度:400?430 O
[0021]保溫時間:8?9小時
[0022]工作壓力:優于I X KT2Pa
[0023]冷卻方式:沖氬快冷
[0024]出爐溫度:120°C以下出爐。
[0025]本發明的優點是，I)通過設置四處工藝基準孔，實現了加工過程中定位基準的一致性；2)通過自定心焊接坡口和焊接工裝的設計和應用，實現了柄體與中心筒方便、準確的裝配，減少了焊接變形；3)通過專用鏜孔工裝的應用，實現了利用工藝基準孔準確可靠的定位，實現了不同工步定位基準的統一 ；4)線切割成形過程中，充分利用工藝基準孔裝夾、找正，保證最終產品滿足圖紙設計要求。
【附圖說明】
[0026]圖1為徑向翼(俯視)銑削及定位基準孔設置示意圖；
[0027]圖2為自定心焊接坡口裝配示意圖；
[0028]圖中，I柄體，2裝配及焊接區域，3中心筒，4工藝孔。
【具體實施方式】
[0029]下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細介紹:
[0030]連接柄基體加工工藝，它包括如下步驟:
[0031](I)銑徑向翼斜面、鉆工藝基準孔
[0032]AP1000連接柄16根徑向翼采用了 3種不同的結構設計，不同的徑向翼斜邊形狀和尺寸各不相同，采用車工無法完成徑向翼的加工，因此，采用加工中心將不同形狀的徑向翼斜面輪廓統出。
[0033]I)徑向翼斜面銑削工藝
[0034]徑向翼厚度最大80mm,最小厚度40mm,柄體成形前柄體厚度至少保證80mm以上，統削深度要達到40mm,實際上,徑向翼寬端僅為3.5mm,如果采用Φ3.5的統刀,是不可能加工40mm深。在保證兩個相鄰的徑向翼不干涉的情況下，在徑向翼斜邊銑削深度大的地方，將銑削寬度放大到極限尺寸14mm，采用直徑Φ 14、刃長45mm的銑刀分布將斜面銑削成形。
[0035]2)設定工藝基準孔
[0036]由于部分孔系必須要在焊接前加工到最終尺寸，且孔系位置相對于工件基準需達到Φ0.127 (圖1所示)，要求較高。因此，為保證這些孔系在工件最終成形后仍然能夠滿足圖紙設計要求，必須設定統一的裝夾基準，保證后續加工時裝夾的一致性。
[0037]由于此工步零件加工仍然屬于粗加工階段，已經加工完成的尺寸在后續工序仍然需要進行精加工，無法做為貫穿整個工藝路線的精基準，因此，在適當的位置處加工四個工藝孔，工藝孔的設置與加工必須滿足以下3點要求:
[0038]I)工藝孔必須能夠貫穿整個工藝路線，做為后續所有加工工序的裝夾定位基準，且不會對各工序的加工及最終產品造成影響。
[0039]2)工藝孔的設置必須要遠離焊接區域，盡量不受焊接變形的影響，保證定位的準確性和可靠性。
[0040]3)工藝孔的尺寸和位置精度必須高，以減少重復定位誤差，確保重復定位的一致性。
[0041]針對上訴3點控制要求，設置了以下4處工藝孔。
[0042]定位基準孔加工工藝如下:采用直徑Φ6鉆頭打預孔,再擴孔至Φ9.9mm,最后用直徑Φ 10、刃長85mm鉸刀對工藝孔進行精加工。加工后，對4個工藝孔進行檢驗，結果顯示，工藝孔直徑控制0.02mm以內，位置度控制Φ0.03mm以內，尺寸精度和位置精度均能滿足做為后續加工定位基準孔的要求。
[0043](2)柄體及中心筒的焊接
[0044]柄體和中心筒經裝配焊接成為連接柄基體，焊接采用手工氬弧焊，允許填充焊絲，焊接熔深達4?5_，焊接變形不可避免。由于柄體和中心筒裝配總長達250_，即便是較少的變形，也會導致中心筒遠離焊接區域的一端產生較大偏移量，使后續加工難于進行。因此焊接的控制要點有兩點，一是保證柄體與中心筒裝配的精度和牢靠性，二是盡量控制焊接變形，減少后續加工難度。
[0045]I)焊接坡口的設置
[0046]采用自定心焊接坡口(如圖2所示)。
[0047]它能夠實現兩種零件快速準確的裝配，裝配操作簡單，精度高，能夠有效減少裝配偏移對焊接造成的影響。
[0048]2)焊接裝配夾具的設置
[0049]為了進一步保證裝配精度，同時減小焊接后變形，設計了專用的焊接裝配夾具。采用一根直線度好、強度高的心軸，穿過柄體和中心筒，心軸兩端通過圓柱頭檔塊頂緊零件。檔塊通過螺紋與螺母與心軸牢固連接。焊接時，零件產生的應力變形直接作用在心軸上，由于心軸強度高，可有效的緩解零件的變形。經過實際驗證，采用這種裝夾方式，焊接后的變形可以控制1_左右，能夠保證零件加工時所留加工余量滿足后續各工序加工的順利進行。
[0050](3)去應力熱處理
[0051 ] 熱處理的目的主要是消除機械加工以及焊接后的殘余應力，AP1000連接柄焊接后去應力熱處理工藝如下:
[0052]熱處理設備:高真空熱處理爐
[0053]熱處理溫度:400?430°C
[0054]保溫時間:8?9小時
[0055]工作壓力:優于I X KT2Pa
[0056]冷卻方式:沖氬快冷
[0057]出爐溫度:120°C以下出爐
[0058](4)孔系加工
[0059]孔系加工是連接柄基體加工的重要工序，孔系直徑和位置度精度直接影響控制組件落棒試驗最終結果，是設計方重點關注的尺寸之一。AP1000連接柄基體有24個控制棒指桿孔，孔系直徑要求控制在0.05_以內，位置度要求控制在Φ 0.203以內，精度要求較高。
[0060]I)孔系加工的裝夾定位
[0061]孔系加工采用專用工裝定位，定位基準使用4個工藝基準孔(如圖1所示)。連接柄基體筒體朝下放置在工裝支撐臺面，支撐臺上固定有四根定位柱，與連接柄基體上的四個定位基準孔配合，配合間隙控制在0.01?0.02mm，工裝四周通過壓塊將工件壓緊。這樣不僅保證了工件定位的可靠性，也充分了利用了工件上的工藝基準孔，保證了定位基準的一致性。
[0062]2)孔系的加工工藝
[0063]由于孔系直徑和位置度要求較高，為保證位置精度，采用打中心孔——鉆預?L——擴孔一一正孔——鉸孔加工工藝對24個指桿孔進行加工，加工后經過三坐標測量儀檢測，孔系直徑控制在0.03mm以內，位置度控制在0.06mm以內，能夠滿足設計要求。
[0064](5)線切割成形
[0065]采用線切割工藝是根據AP1000連接柄基體外形特點決定的:
[0066]I)連接柄基體外形結構極其復雜，且柄體厚達80mm，傳統的加工手段進行如此復雜形狀和厚度的零件加工非常困難；
[0067]2)徑向翼和指桿的過渡圓弧僅為Rl.52，任何切削刀具均不能滿足如此小過渡圓弧的加工；
[0068]3)徑向翼厚度僅為3.5_，采用常規加工方式存在切削力，會使得徑向翼變形，無法保證加工后，徑向翼厚度及孔系位置度等尺寸滿足設計要求。
[0069]線切割能夠很好的避免或者解決上訴問題，因此我們選擇線切割做為AP1000連接柄基體外輪廓的成形工藝。
[0070]線切割裝夾和找正完全依靠工藝孔，首先將連接柄筒體朝上，放置在定位板上，定位板有兩個與工藝孔匹配的定位孔，用定位銷釘插入工藝基準孔與定位孔，使連接柄與定位準確定位，定位銷與工藝孔配合間隙不超過0.02_。由于線切割幾乎沒有切削力，這樣裝夾就可以保證線切割的順利進行。工件的找正也是利用工藝孔:將電極鑰絲從定位孔中穿過，利用設備自動找中心功能，找到工藝孔中心，由于自動找中心誤差較大，因此還需要以此圓心切割一個Φ12的同心圓，測量同心圓的壁厚，對工藝孔中心坐標進行微調。調整結束后，即可以此點為起切點，對整個連接柄基體外形進行加工。
【主權項】
1.連接柄基體加工工藝，其特征在于:它包括如下步驟， (1)銑徑向翼斜面、鉆工藝基準孔； (2)柄體及中心筒的焊接； (3)去應力熱處理； (4)孔系加工； (5)線切割成形。
2.如權利要求1所述的連接柄基體加工工藝，其特征在于:所述的步驟(I)包括如下步驟， 1)徑向翼斜面銑削工藝； 2)設置工藝基準孔。
3.如權利要求1所述的連接柄基體加工工藝，其特征在于:所述的步驟(2)包括如下步驟， 1)設置焊接坡口； 2)設置焊接裝配夾具。
4.如權利要求1所述的連接柄基體加工工藝，其特征在于:所述的步驟(3)包括熱處理的目的主要是消除機械加工以及焊接后的殘余應力，APlOOO連接柄焊接后去應力熱處理工藝如下: 熱處理設備:高真空熱處理爐 熱處理溫度:400?430°C 保溫時間:8?9小時 工作壓力:優于IXKT2Pa 冷卻方式:沖氬快冷 出爐溫度:120°C以下出爐。
【專利摘要】本發明屬于一種加工工藝，具體涉及一種連接柄基體加工工藝。它包括如下步驟，銑徑向翼斜面、鉆工藝基準孔；柄體及中心筒的焊接；去應力熱處理；孔系加工；線切割成形。本發明的優點是，1）通過設置四處工藝基準孔，實現了加工過程中定位基準的一致性；2）通過自定心焊接坡口和焊接工裝的設計和應用，實現了柄體與中心筒方便、準確的裝配，減少了焊接變形；3）通過專用鏜孔工裝的應用，實現了利用工藝基準孔準確可靠的定位，實現了不同工步定位基準的統一；4）線切割成形過程中，充分利用工藝基準孔裝夾、找正，保證最終產品滿足圖紙設計要求。
【IPC分類】B23P15-00
【公開號】CN104723020
【申請號】CN201310697811
【發明人】林峰, 于小焱, 張永樂, 張春英, 杜兵
【申請人】中核建中核燃料元件有限公司
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2013年12月18日