一种超细长金属管复杂内部结构的精密加工方法与流程

本发明涉及金属管加工技术领域，具体的说是一种超细长金属管复杂内部结构的精密加工方法。

背景技术：

在燃料组件的研发过程中，不断提高燃料组件热工水力性能是很重要的研究方向之一，而模拟反应堆正常运行和事故工况下的燃料组件热工水力实验的加热元件需要适应与原型堆芯相同的热工环境，外形尺寸与核燃料棒相同。

该加热元件的发热段是外径为9.5mm，内径为特定形状的复杂结构，长度为1.5m-5.0m，属于超细长金属管复杂内部结构。该零件目前没有成熟的加工工艺方法，一般采用分段加工，定制专用刀具和设计专用辅助夹具来完成，但此种方法对机床、辅助工装、加工刀具等要求非常高，加工时间和加工成本都很高。且加工完成后，还需要将各段组焊为一个整体，工艺过程复杂。由于多处焊缝的存在，影响发热管的连续性，导致发热功率在焊缝处的不均匀变化。

技术实现要素：

为了解决现有技术中的不足，本发明提供一种超细长金属管复杂内部结构的精密加工方法，能够直接使超细长金属管复杂内部结构成形，加工效率和加工精度都更高。

为了实现上述目的，本发明采用的具体方案为：一种超细长金属管复杂内部结构的精密加工方法，包括如下步骤：

s1、选定材料并且制作预制件；

s2、取若干个所述预制件进行模拟矫形加工，根据模拟矫形加工结果获取形变参数；

s3、根据所述形变参数建立数学模型；

s4、基于所述数学模型计算加工参数；

s5、基于所述加工参数对所述预制件进行精确矫形加工，得到所述超细长金属管。

优选地，s1的具体方法为：

s1.1、选定材料，并且设定所述超细长金属管的设计参数；

s1.2、按照所述设计参数利用所述材料制造所述预制件。

优选地，s2中，记模拟矫形加工前所述预制件的外径为r、内径为r、长度为l、总体积为v，矫形加工后所述预制件的外径为r1、内径为r1、长度为l1、总体积为v1，则有：

进而有(r²-r²)l＝(r1²-r1²)l1；

所述形变参数包括长度变化率x和壁厚变化率y，则有

优选地，s3中，所述数学模型为：

优选地，所述模拟矫形加工和所述精确矫形加工均采用连续均衡挤压工艺。

本发明首先通过模拟矫形加工得到在加工过程中材料的形变参数，然后根据形变参数生成数学模型，最后根据数学模型确定加工参数，从而有效提高了加工的成功率，确保了加工出的超细长金属管的精度。并且，本发明能够直接使超细长金属管复杂内部结构成形，加工效率高，对机床、辅助工装、刀具等要求降低，提高了加工精度，简化了加工工艺。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是加工前的超细长金属管；

图2是加工后的超细长金属管。

【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。

请参阅图1和2，图1是加工前的超细长金属管，图2是加工后的超细长金属管。

一种超细长金属管复杂内部结构的精密加工方法，包括s1至s5。

s1、选定材料并且制作预制件。s1的具体方法为s1.1至s1.2。

s1.1、选定材料，并且设定超细长金属管的设计参数。

s1.2、按照设计参数利用材料制造预制件。

s2、取若干个预制件进行模拟矫形加工，根据模拟矫形加工结果获取形变参数。s2中，记模拟矫形加工前预制件的外径为r、内径为r、长度为l、总体积为v，矫形加工后预制件的外径为r1、内径为r1、长度为l1、总体积为v1，则有：

进而有(r²-r²)l＝(r1²-r1²)l1。

形变参数包括长度变化率x和壁厚变化率y，则有

s3、根据形变参数建立数学模型。s3中，数学模型为：

s4、基于数学模型计算加工参数。具体的说，首先根据预制件的原始参数和设计参数计算出形变量，然后根据形变量和形变参数得到加工参数，加工参数可以是初始外径、挤压力和挤压次数。

s5、基于加工参数对预制件进行精确矫形加工，得到超细长金属管，此时，加工参数可以是连续均衡挤压的挤压压力和挤压次数。

进一步的，在本实施例中，模拟矫形加工和精确矫形加工均采用中空悬锻工艺。

进一步的，因为外径和内径都有可能是变化量，因此可以选定特定点作为采样点，只计算采样点处的内径和外径。

本发明首先通过模拟矫形加工得到在加工过程中材料的形变参数，然后根据形变参数生成数学模型，最后根据数学模型确定加工参数，从而有效提高了加工的成功率，确保了加工出的超细长金属管的精度。并且，本发明能够直接使超细长金属管复杂内部结构成形，加工效率高，对机床、辅助工装、刀具等要求降低，提高了加工精度，简化了加工工艺。利用此工艺，有效的减少了焊接区域，提高加热元件对实际燃料组件真实运行工况模拟的吻合性。

本发明生成数学模型和采用连续均衡挤压工艺的原理如下。

数学模型建立的默认条件：①固态金属材料在变形过程中体积不变；②一定壁厚范围内，单位长度管材的伸长率和壁厚的增加率应均可视为一定值；③挤压过程中摩擦系数保持不变；④挤压过程中金属管件的材料宏观属性不会发生改变，即微观晶相不会发生变化；⑤相对金属管来说，挤压模具可认为是刚体，不考虑其变形。

连续均衡挤压工艺：指通过连续的多组沿同一轴向分布的挤压成型模具，使金属管外径按照给定的变形量逐渐缩小至所需尺寸的加工工艺。中空悬锻工艺是应用在超细长金属管加工的一种连续均衡挤压工艺。

为了保证加工出的超细长金属管能够长期保存，在加工完成之后，依次进行清洗、包装、检验和入库。清洗的方法为清洗零件内、外表面的油浸且风干。包装的方法为将零件装入聚乙烯塑料袋内封口，放入专用木箱内。入库的方法为将木箱转运至恒温检测室(20±2℃)，放置24小时。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。