核電主泵聯(lián)軸器銷孔同鉆鉸工具研究及應用

張高劍，郭鵬飛

（中核武漢核電運行技術股份有限公司核動力維修技術中心，湖北武漢 430070）

0 引言

核電主泵作為核島主設備中唯一的轉動設備，長時間運行在高溫、高壓并有高放介質的環(huán)境中，反復承受一回路冷卻劑的熱沖擊及機械沖擊，對主泵水力部件、聯(lián)軸器等關鍵部件的可靠性要求極高。根據(jù)核電廠主泵檢修經(jīng)驗及主泵振動機理研究，主泵可拆軸與聯(lián)軸器的同軸度嚴重影響主泵的振動特性。某核電站在運行過程中多次發(fā)現(xiàn)主泵振動異常，并在后續(xù)主泵檢修過程中多次出現(xiàn)主泵的可拆軸與上、下聯(lián)軸器配合銷及銷孔拉傷和毛刺的情況。為保證圓柱銷與銷孔的配合間隙，需要進行同鉆鉸及配銷工作，因此，同鉆鉸工藝也是主泵電機整體更換工作的必要工藝步驟。目前，核電廠原有的同鉆鉸主體工具是磁力鉆，配合長軸進行銷孔加工，一次只能實現(xiàn)一個銷孔加工，存在設備笨重、操作不便、調(diào)整復雜、加工質量不穩(wěn)定、效率不高等問題。

根據(jù)現(xiàn)場實際工作環(huán)境及聯(lián)軸器結構特點，分析可采用群鉆原理對聯(lián)軸器銷孔進行加工修復，開發(fā)一種主泵聯(lián)軸器銷孔同鉆鉸工具，具體以聯(lián)軸器銷孔分布設置4 個加工主軸，最多可同時對聯(lián)軸器單側的4 個銷孔進行加工修復，極大地提高加工效率，縮短修復時間及工作量，縮減檢修周期，保障主泵安全穩(wěn)定運行。

1 技術方案

1.1 需求分析

針對主泵聯(lián)軸器銷孔加工修復要求，同鉆鉸工具的設計過程需考慮以下3 個方面：

（1）為了保證銷孔加工的位置度、圓柱度及表面光潔度，同鉆鉸工具的夾持機構、進給機構及鉆模板等結構需保證足夠的剛性及加工精度。

（2）因銷孔加工深度較深，需要對刀具設置鉆套等結構進行定位導向。

（3）因銷孔加工需更換鉸刀及擠壓刀，為了避免拆卸加工裝置進行換刀，導致加工中心偏移，影響銷孔最終成型質量，需采用一種快換結構，減少操作難度，同時避免加工中心出現(xiàn)偏移。

另外，根據(jù)主泵聯(lián)軸器銷孔的使用要求，其主要技術指標如下：①鉸刀尺寸及材料應滿足X3CrNiMo13-4（熱作模具鋼）加工要求；②銷孔鉆鉸深度不小于129 mm，銷孔鉆鉸范圍至少滿足Φ36～38 mm 要求；③成型后銷孔圓柱度不大于Φ0.01 mm，表面粗糙度不大于Ra1.6 要求。

1.2 實施方案

主泵聯(lián)軸器銷孔同鉆鉸工具采用群鉆結構，即根據(jù)聯(lián)軸器銷孔分布，設置4 個加工主軸，最多可同時對聯(lián)軸器單側的4 個銷孔進行加工修復，可極大提高加工效率。另外，匯總某機組主泵聯(lián)軸器損傷后銷孔測量數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)銷孔整體尺寸變化不大，主要是微量變形、銷孔拉傷和出現(xiàn)毛刺等缺陷，整體需要修復的加工量不大，故主泵聯(lián)軸器的銷孔加工修復以鉸孔為主，并配備少量鉆頭，以適應大加工量修復時使用。

同鉆鉸工裝分為上、中、下三部分，其中上部主要為支撐板組件，包括支撐板、夾緊機構及螺帽等；中部為回轉部件，包括蝸桿箱、回轉支架、絲桿及其絲桿螺母、導桿及其直線軸承、回轉盤及其回轉支撐、主軸及其連接的浮動夾頭和鉸刀等；下部為鉆模板組件，包括鉆模板、絲桿支撐座、導桿支撐座等結構。中部的工裝主體通過絲桿和導桿連接至上部的支撐板和下部的鉆模板，并最終固定在待加工的聯(lián)軸器上。實物如圖1 所示。

圖1 同鉆鉸工具

1.3 工作原理

同鉆鉸工具安裝夾持在待加工的聯(lián)軸器上，電控箱控制旋轉電機驅動鉆鉸工裝大齒盤轉動，從而驅動各主軸帶動刀具旋轉，步進電機控制鉆鉸工裝的進給，實現(xiàn)刀具的旋轉及進給，最終實現(xiàn)主泵聯(lián)軸器銷孔加工修復工作。

1.4 工藝流程

經(jīng)過多次試驗及驗證，確定了主泵聯(lián)軸器銷孔同鉆鉸加工工藝流程（圖2）。為保障主泵聯(lián)軸器銷孔加工修復工作順利實施，增加了一定數(shù)量較大規(guī)格的備用鉸刀及鉆頭，異常情況時，可對加工質量不合格的銷孔進行修正，以滿足使用需求。

圖2 主泵聯(lián)軸器銷孔同鉆鉸加工工藝流程

2 試驗驗證

在主泵聯(lián)軸器1∶1 模擬體上安裝固定同鉆鉸工具，然后進行銷孔的鉸孔及擠孔加工，其中所用的銷孔模擬件材料與實際產(chǎn)品一致，底孔直徑36 mm，鉸刀可選擇含鈷高速鋼或硬質合金材質的直刃鉸刀，規(guī)格為Φ36.1 mm，直徑公差等級為m5，另外，同鉆鉸工具進給速度約為4 r/min，主軸轉速約為90 r/min。

為比較銷孔擠壓前后的內(nèi)孔粗糙度，鉸孔完成后選取1#、2#銷孔再進行擠壓加工，加工完成后檢查和測量銷孔質量，其中，每個銷孔分別在上、中、下3 個位置各測量1 組直徑數(shù)據(jù)，測量結果見表1。

表1 主泵聯(lián)軸器銷孔同鉆鉸加工后測量數(shù)據(jù)

測量結果表明，聯(lián)軸器及其可拆軸的銷孔修復質量良好，圓柱度和粗糙度均滿足技術要求。另外，操作人員由現(xiàn)場4～5 人縮減2～3 人，同時由手動操作改為半自動操作，大幅降低人員工作強度，并將每臺主泵聯(lián)軸器銷孔同鉆鉸加工時間由1 周縮短至2 d，大幅縮短了工作時間。

3 結語

針對核電廠現(xiàn)有的主泵聯(lián)軸器銷孔加工中存在的設備笨重、操作不便、調(diào)整復雜、加工質量不穩(wěn)定、效率低等問題，研制主泵聯(lián)軸器銷孔同鉆鉸工具。通過試驗驗證，加工修復后的銷孔質量良好，尺寸精度穩(wěn)定，完全滿足設計要求；同時，使用銷孔同鉆鉸工具可降低人員數(shù)量及技能要求，提高工作效率，縮短加工周期。另外，總結一套主泵聯(lián)軸器銷孔加工修復的工藝路線和技術參數(shù)，對保證銷孔最終表面質量及尺寸精度具有一定的指導意義，配合該套設備進行主泵聯(lián)軸器銷孔加工方案可行，具有一定實用和推廣價值。