连接柄基体加工工艺的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明属于一种加工工艺，具体涉及一种连接柄基体加工工艺。
【背景技术】
[0002]AP1000组件是美国西屋公司新型第三代核燃料组件，其中连接柄基体是控制组件的重要零件之一，由16根径向翼和中心筒组成，且16根径向翼分为了 3种不同的结构，形状极为复杂，加工难度很大。
[0003]1、AP1000连接柄基体结构特点及加工工艺简介
[0004]AP1000连接柄基体从结构上来讲，与AFA3G连接柄结构较为类似，均由16根径向翼、24个指杆孔、I个中心筒构成，16根径向翼的角度和24个指杆孔的位置分布也基本相同。但是，这两种连接柄加工工艺迥异，AFA3G连接采用钎焊工艺，将中心筒、翼板、指杆等零件通过钎焊方式连接起来，而AP1000连接采用整体成形工艺，其径向翼、指杆孔包括外形结构均采用机械加工方式完成，这就使得借鉴AFA3G连接柄加工工艺几乎行不通，整套加工工艺必须重新制定。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种连接柄基体加工工艺，它能够满足AP1000连接柄的整体加工，保证了最终产品满足图纸设计要求。
[0006]本发明是这样实现的，连接柄基体加工工艺，它包括如下步骤，
[0007](I)铣径向翼斜面、钻工艺基准孔；
[0008](2)柄体及中心筒的焊接；
[0009](3)去应力热处理；
[0010](4)孔系加工；
[0011](5)线切割成形。
[0012]所述的步骤(I)包括如下步骤，
[0013]I)径向翼斜面铣削工艺；
[0014]2)设置工艺基准孔。
[0015]所述的步骤(2)包括如下步骤，
[0016]I)设置焊接坡口；
[0017]2)设置焊接装配夹具。
[0018]所述的步骤(3)包括热处理的目的主要是消除机械加工以及焊接后的残余应力，AP1000连接柄焊接后去应力热处理工艺如下:
[0019]热处理设备:高真空热处理炉
[0020]热处理温度:400?430 O
[0021]保温时间:8?9小时
[0022]工作压力:优于I X KT2Pa
[0023]冷却方式:冲氩快冷
[0024]出炉温度:120°C以下出炉。
[0025]本发明的优点是，I)通过设置四处工艺基准孔，实现了加工过程中定位基准的一致性；2)通过自定心焊接坡口和焊接工装的设计和应用，实现了柄体与中心筒方便、准确的装配，减少了焊接变形；3)通过专用镗孔工装的应用，实现了利用工艺基准孔准确可靠的定位，实现了不同工步定位基准的统一 ；4)线切割成形过程中，充分利用工艺基准孔装夹、找正，保证最终产品满足图纸设计要求。
【附图说明】
[0026]图1为径向翼(俯视)铣削及定位基准孔设置示意图；
[0027]图2为自定心焊接坡口装配示意图；
[0028]图中，I柄体，2装配及焊接区域，3中心筒，4工艺孔。
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图和实施例对本发明进行详细介绍:
[0030]连接柄基体加工工艺，它包括如下步骤:
[0031](I)铣径向翼斜面、钻工艺基准孔
[0032]AP1000连接柄16根径向翼采用了 3种不同的结构设计，不同的径向翼斜边形状和尺寸各不相同，采用车工无法完成径向翼的加工，因此，采用加工中心将不同形状的径向翼斜面轮廓统出。
[0033]I)径向翼斜面铣削工艺
[0034]径向翼厚度最大80mm,最小厚度40mm,柄体成形前柄体厚度至少保证80mm以上，统削深度要达到40mm,实际上,径向翼宽端仅为3.5mm,如果采用Φ3.5的统刀,是不可能加工40mm深。在保证两个相邻的径向翼不干涉的情况下，在径向翼斜边铣削深度大的地方，将铣削宽度放大到极限尺寸14mm，采用直径Φ 14、刃长45mm的铣刀分布将斜面铣削成形。
[0035]2)设定工艺基准孔
[0036]由于部分孔系必须要在焊接前加工到最终尺寸，且孔系位置相对于工件基准需达到Φ0.127 (图1所示)，要求较高。因此，为保证这些孔系在工件最终成形后仍然能够满足图纸设计要求，必须设定统一的装夹基准，保证后续加工时装夹的一致性。
[0037]由于此工步零件加工仍然属于粗加工阶段，已经加工完成的尺寸在后续工序仍然需要进行精加工，无法做为贯穿整个工艺路线的精基准，因此，在适当的位置处加工四个工艺孔，工艺孔的设置与加工必须满足以下3点要求:
[0038]I)工艺孔必须能够贯穿整个工艺路线，做为后续所有加工工序的装夹定位基准，且不会对各工序的加工及最终产品造成影响。
[0039]2)工艺孔的设置必须要远离焊接区域，尽量不受焊接变形的影响，保证定位的准确性和可靠性。
[0040]3)工艺孔的尺寸和位置精度必须高，以减少重复定位误差，确保重复定位的一致性。
[0041]针对上诉3点控制要求，设置了以下4处工艺孔。
[0042]定位基准孔加工工艺如下:采用直径Φ6钻头打预孔,再扩孔至Φ9.9mm,最后用直径Φ 10、刃长85mm铰刀对工艺孔进行精加工。加工后，对4个工艺孔进行检验，结果显示，工艺孔直径控制0.02mm以内，位置度控制Φ0.03mm以内，尺寸精度和位置精度均能满足做为后续加工定位基准孔的要求。
[0043](2)柄体及中心筒的焊接
[0044]柄体和中心筒经装配焊接成为连接柄基体，焊接采用手工氩弧焊，允许填充焊丝，焊接熔深达4?5_，焊接变形不可避免。由于柄体和中心筒装配总长达250_，即便是较少的变形，也会导致中心筒远离焊接区域的一端产生较大偏移量，使后续加工难于进行。因此焊接的控制要点有两点，一是保证柄体与中心筒装配的精度和牢靠性，二是尽量控制焊接变形，减少后续加工难度。
[0045]I)焊接坡口的设置
[0046]采用自定心焊接坡口(如图2所示)。
[0047]它能够实现两种零件快速准确的装配，装配操作简单，精度高，能够有效减少装配偏移对焊接造成的影响。
[0048]2)焊接装配夹具的设置
[0049]为了进一步保证装配精度，同时减小焊接后变形，设计了专用的焊接装配夹具。采用一根直线度好、强度高的心轴，穿过柄体和中心筒，心轴两端通过圆柱头档块顶紧零件。档块通过螺纹与螺母与心轴牢固连接。焊接时，零件产生的应力变形直接作用在心轴上，由于心轴强度高，可有效的缓解零件的变形。经过实际验证，采用这种装夹方式，焊接后的变形可以控制1_左右，能够保证零件加工时所留加工余量满足后续各工序加工的顺利进行。
[0050](3)去应力热处理
[0051 ] 热处理的目的主要是消除机械加工以及焊接后的残余应力，AP1000连接柄焊接后去应力热处理工艺如下:
[0052]热处理设备:高真空热处理炉
[0053]热处理温度:400?430°C
[0054]保温时间:8?9小时
[0055]工作压力:优于I X KT2Pa
[0056]冷却方式:冲氩快冷
[0057]出炉温度:120°C以下出炉
[0058](4)孔系加工
[0059]孔系加工是连接柄基体加工的重要工序，孔系直径和位置度精度直接影响控制组件落棒试验最终结果，是设计方重点关注的尺寸之一。AP1000连接柄基体有24个控制棒指杆孔，孔系直径要求控制在0.05_以内，位置度要求控制在Φ 0.203以内，精度要求较高。
[0060]I)孔系加工的装夹定位
[0061]孔系加工采用专用工装定位，定位基准使用4个工艺基准孔(如图1所示)。连接柄基体筒体朝下放置在工装支撑台面，支撑台上固定有四根定位柱，与连接柄基体上的四个定位基准孔配合，配合间隙控制在0.01?0.02mm，工装四周通过压块将工件压紧。这样不仅保证了工件定位的可靠性，也充分了利用了工件上的工艺基准孔，保证了定位基准的一致性。
[0062]2)孔系的加工工艺
[0063]由于孔系直径和位置度要求较高，为保证位置精度，采用打中心孔——钻预?L——扩孔一一正孔——铰孔加工工艺对24个指杆孔进行加工，加工后经过三坐标测量仪检测，孔系直径控制在0.03mm以内，位置度控制在0.06mm以内，能够满足设计要求。
[0064](5)线切割成形
[0065]采用线切割工艺是根据AP1000连接柄基体外形特点决定的:
[0066]I)连接柄基体外形结构极其复杂，且柄体厚达80mm，传统的加工手段进行如此复杂形状和厚度的零件加工非常困难；
[0067]2)径向翼和指杆的过渡圆弧仅为Rl.52，任何切削刀具均不能满足如此小过渡圆弧的加工；
[0068]3)径向翼厚度仅为3.5_，采用常规加工方式存在切削力，会使得径向翼变形，无法保证加工后，径向翼厚度及孔系位置度等尺寸满足设计要求。
[0069]线切割能够很好的避免或者解决上诉问题，因此我们选择线切割做为AP1000连接柄基体外轮廓的成形工艺。
[0070]线切割装夹和找正完全依靠工艺孔，首先将连接柄筒体朝上，放置在定位板上，定位板有两个与工艺孔匹配的定位孔，用定位销钉插入工艺基准孔与定位孔，使连接柄与定位准确定位，定位销与工艺孔配合间隙不超过0.02_。由于线切割几乎没有切削力，这样装夹就可以保证线切割的顺利进行。工件的找正也是利用工艺孔:将电极钥丝从定位孔中穿过，利用设备自动找中心功能，找到工艺孔中心，由于自动找中心误差较大，因此还需要以此圆心切割一个Φ12的同心圆，测量同心圆的壁厚，对工艺孔中心坐标进行微调。调整结束后，即可以此点为起切点，对整个连接柄基体外形进行加工。
【主权项】
1.连接柄基体加工工艺，其特征在于:它包括如下步骤， (1)铣径向翼斜面、钻工艺基准孔； (2)柄体及中心筒的焊接； (3)去应力热处理； (4)孔系加工； (5)线切割成形。
2.如权利要求1所述的连接柄基体加工工艺，其特征在于:所述的步骤(I)包括如下步骤， 1)径向翼斜面铣削工艺； 2)设置工艺基准孔。
3.如权利要求1所述的连接柄基体加工工艺，其特征在于:所述的步骤(2)包括如下步骤， 1)设置焊接坡口； 2)设置焊接装配夹具。
4.如权利要求1所述的连接柄基体加工工艺，其特征在于:所述的步骤(3)包括热处理的目的主要是消除机械加工以及焊接后的残余应力，APlOOO连接柄焊接后去应力热处理工艺如下: 热处理设备:高真空热处理炉 热处理温度:400?430°C 保温时间:8?9小时 工作压力:优于IXKT2Pa 冷却方式:冲氩快冷 出炉温度:120°C以下出炉。
【专利摘要】本发明属于一种加工工艺，具体涉及一种连接柄基体加工工艺。它包括如下步骤，铣径向翼斜面、钻工艺基准孔；柄体及中心筒的焊接；去应力热处理；孔系加工；线切割成形。本发明的优点是，1）通过设置四处工艺基准孔，实现了加工过程中定位基准的一致性；2）通过自定心焊接坡口和焊接工装的设计和应用，实现了柄体与中心筒方便、准确的装配，减少了焊接变形；3）通过专用镗孔工装的应用，实现了利用工艺基准孔准确可靠的定位，实现了不同工步定位基准的统一；4）线切割成形过程中，充分利用工艺基准孔装夹、找正，保证最终产品满足图纸设计要求。
【IPC分类】B23P15-00
【公开号】CN104723020
【申请号】CN201310697811
【发明人】林峰, 于小焱, 张永乐, 张春英, 杜兵
【申请人】中核建中核燃料元件有限公司
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2013年12月18日