鍛造泵殼腹腔加工技術(shù)的研究

張金生 張慶華 廖世超 譚萬(wàn)斌

(二重(德陽(yáng))重型裝備有限公司，四川618013)

反應(yīng)堆冷卻劑泵機(jī)組是壓水堆核電站的心臟設(shè)備，鍛造泵殼是反應(yīng)堆冷卻劑泵的關(guān)鍵部件之一，是主系統(tǒng)承壓邊界的一部分。泵殼腹腔為SR1030 mm的球形，兩端為?747 mm和?1005 mm的通孔。在鑄造毛坯時(shí)，鑄造泵殼的腹腔已經(jīng)基本成型，僅需小量的加工即可滿(mǎn)足圖紙要求。而鍛造泵殼僅能成型一個(gè)較小的通孔，需要通過(guò)機(jī)械加工方式使其腹腔成型。以其中一端的?1005 mm的孔計(jì)算，鍛造泵殼腹腔單邊落差為527 mm，加工難度極大，需要設(shè)計(jì)專(zhuān)用刀桿，選用專(zhuān)用刀具才能完成內(nèi)腔的加工。

為了保證管口取試位置的壁厚，確保性能一次合格，在腹腔內(nèi)管口處設(shè)計(jì)一個(gè)?703 mm的沉孔，必須通過(guò)機(jī)械加工方式在管口位置加工?703 mm沉孔及倒各圓角，此部位空間狹小，刀具需從大端?1005 mm孔進(jìn)入內(nèi)腔，Z向和X向的懸伸均超出常規(guī)范圍，此部位的加工無(wú)任何經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，必須制作專(zhuān)用刀具，通過(guò)數(shù)控程序精準(zhǔn)控制加工過(guò)程，才能完成加工。鍛造泵殼簡(jiǎn)圖如圖1所示。

1 腹腔球面的加工

1.1 機(jī)床的選擇

根據(jù)泵殼的外形及腹腔的結(jié)構(gòu)，選用立式車(chē)床加工泵殼比較理想。通過(guò)卡爪夾持，再使用壓板壓緊，實(shí)現(xiàn)工件的裝夾，保證裝夾工件的穩(wěn)定性；同時(shí)，由于另一端設(shè)計(jì)有一個(gè)?747 mm的通孔，裝夾工件時(shí)，在工件下方支墊200 mm高的墊鐵，也解決了排屑問(wèn)題。

圖1 鍛造泵殼簡(jiǎn)圖Figure 1 Sketch of forging pump shell

大多數(shù)立式車(chē)床的滑枕截面為400 mm×400 mm的正方形，這種正方形截面滑枕的不足之處是，加工腹腔時(shí)，滑枕側(cè)面必須離孔壁有較大距離，否則，滑枕的棱邊將與孔壁干涉；同時(shí)，受X向限位的限制，滑枕側(cè)面距中心較遠(yuǎn)，造成加工腹腔的范圍較小，滑枕截面示意圖如圖2所示。由于八邊形滑枕截面形狀的特殊性，其X向限位更接近中心，滑枕側(cè)面離孔壁的距離較小，更利于加工腹腔，特別是大落差的腹腔；?6.3 m立車(chē)的滑枕最大垂直行程為2500 mm，能夠滿(mǎn)足腹腔的加工。所以，選用?6.3 m的滑枕截面為八邊形的數(shù)控立式車(chē)床來(lái)加工腹腔球面。

1.2 刀具的選用

如上所述，選用?6.3 m的滑枕截面為八邊形的立式車(chē)床來(lái)加工腹腔球面。但由于受滑枕入口，即?1005 mm尺寸的限制，選用普通刀桿只能加工單邊落差為400 mm的腹腔，剩余的127 mm仍無(wú)法加工。若選用普通刀桿加工剩余的127 mm腹腔，無(wú)法實(shí)現(xiàn)在腹腔外安裝刀具并對(duì)刀，需要在腹腔內(nèi)安裝刀桿及刀具，存在安全隱患；同時(shí)，X向和Z向的對(duì)刀均存在很大誤差，不能滿(mǎn)足加工要求。只有解決了X向和Z向的對(duì)刀誤差和安全隱患才能實(shí)現(xiàn)腹腔的加工。

圖2 滑枕截面示意圖Figure 2 Section view of ram

表1 程序點(diǎn)位表Table 1 Points position of program

從加工范圍、對(duì)刀的便捷、尺寸的控制等方面綜合考慮，選用模塊化刀具能有效解決上述問(wèn)題。根據(jù)立車(chē)刀具接口，設(shè)計(jì)專(zhuān)用刀桿，刀桿的一端通過(guò)螺釘固定在立車(chē)的刀冠上，另外一端連接模塊化刀具。模塊化刀具具有重復(fù)裝刀誤差小的特點(diǎn)，這樣就可以在腹腔外進(jìn)行準(zhǔn)確對(duì)刀，拆卸模塊化刀具后，通過(guò)機(jī)床滑枕，將刀桿移動(dòng)至腹腔內(nèi)，再在腹腔內(nèi)安裝模塊化刀具。這樣就同時(shí)解決對(duì)刀誤差的問(wèn)題和安全隱患。對(duì)提高加工效率、保證產(chǎn)品質(zhì)量起到了積極作用。

1.3 加工方法

首先按圖紙加工?1005 mm和?747 mm孔，腹腔段按?1005 mm加工，底孔加工完畢后就面臨加工腹腔的問(wèn)題。腹腔單邊落差為527 mm，加工余量很大，加工過(guò)程中涉及到的數(shù)據(jù)上千個(gè)，必須仔細(xì)核算數(shù)據(jù)，嚴(yán)格控制加工過(guò)程。

如圖3所示，將X向進(jìn)給100 mm設(shè)置成一個(gè)加工階段，針對(duì)每一個(gè)階段繪制工藝簡(jiǎn)圖，對(duì)每一張工藝簡(jiǎn)圖制定程序點(diǎn)位表，見(jiàn)表1。這樣，在加工過(guò)程中就可以按照相關(guān)的圖表進(jìn)行準(zhǔn)確控制。由于R部位、球面的中部、球面的下部結(jié)構(gòu)和曲率不同，選用90°、75°、45°等不同主偏角的刀具進(jìn)行加工。

圖3 工藝簡(jiǎn)圖Figure 3 Process sketch

2 腹腔內(nèi)沉孔的加工

圖紙要求在管口位置加工?703 mm的沉孔及各R，見(jiàn)圖4，根據(jù)結(jié)構(gòu)，選用直角銑頭來(lái)加工?703 mm的沉孔及各R比較理想。但此部位空間狹小，Z向懸伸長(zhǎng)度達(dá)1255 mm，X向懸伸長(zhǎng)度達(dá)637.5 mm，刀具必須從大端?1005 mm孔進(jìn)入腹腔，Z向和X向的懸伸均超出常規(guī)范圍，常規(guī)的直角銑頭無(wú)法滿(mǎn)足加工。

圖4 腹腔內(nèi)沉孔示意圖Figure 4 Sketch of countersink inside of chamber

圖5 直角銑頭設(shè)計(jì)圖Figure 5 Design of milling head with right angle

根據(jù)上述情況，要實(shí)現(xiàn)腹腔沉孔的加工就必須設(shè)計(jì)專(zhuān)用的直角銑頭，角銑頭的尺寸必須滿(mǎn)足懸伸的尺寸要求。通過(guò)核算重量、強(qiáng)度、機(jī)床功率等，設(shè)計(jì)了整體式直角銑頭，如圖5所示。銑頭總重量約為820 kg，功率為25 kW。銑頭通過(guò)拉釘、螺釘?shù)扰c機(jī)床滑枕連接，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力輸出。

加工腹腔內(nèi)沉孔大致步驟為：首先選用?80 mm的插銑刀加工?150 mm的底孔，再選用?125 mm銑刀盤(pán)擴(kuò)孔至?600 mm，最后選用?300 mm銑刀盤(pán)，通過(guò)數(shù)控程序加工沉孔及R符圖。

3 結(jié)論

實(shí)踐證明，通過(guò)設(shè)計(jì)立車(chē)專(zhuān)用刀桿，選用模塊化刀具，解決了泵殼內(nèi)腔球面的加工難題，確保了尺寸控制的準(zhǔn)確，使操作更加便捷，提高加工效率，確保了產(chǎn)品質(zhì)量。加長(zhǎng)直角銑頭達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求，完全滿(mǎn)足使用條件，實(shí)現(xiàn)了狹小空間內(nèi)的曲面加工。