專利名稱：Ap1000核電穩壓器上封頭內外球面的精加工方法
技術領域：
本發明涉及一種金屬切削機械加工工藝方法，具體涉及一種AP1000核電穩壓器上封頭內外球面的精加工方法。
背景技術：
核電產業是新型能源的重頭項目。第三代核電技術——美國西屋公司的AP1000核電站是當前全球最先進的核電站。AP1000核電站的關鍵部件，包括壓力容器、蒸汽發生器、 穩壓器等，其中有許多異形球體結構。而這些關鍵部件全部采用整體鍛壓制造，特別對于熱處理后的精加工零件，在加工異形球體的內外球面時需要保證均勻留量加工，而非單單加工出內外球面即可。根據ASME標準，要求AP1000核電零件的熱處理調質表面余量為19. 05mm,也就是說零件在機加工時，零件各表面的加工余量最大只有19.05mm。但是，零件經過熱處理調質后，本身會發生變形，熱處理后的實際狀況是可能在某一位置處由于熱處理變形而導致可以加工的余量很少，而非理論狀態。如果控制不好，不僅內外球面的加工余量難以保證，后道工序對上部管嘴的加工也會由于兩種不同特征且又相互關聯的幾何體位置尺寸在不同時間的不同工序中進行存在余量的不確定。目前對于異形球體的制造，一般從冶煉至精加工結束需要8個月左右的加工周期，考慮到報廢重做的因素，加工周期就更為漫長。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種AP1000核電穩壓器上封頭內外球面的精加工方法，它可以對AP1000核電穩壓器上封頭內外球面進行精加工。為解決上述技術問題，本發明AP1000核電穩壓器上封頭內外球面的精加工方法的技術解決方案為用于對經過熱處理的AP1000核電穩壓器上封頭的內外球面進行精加工，包括以下步驟步驟1、將工件大端朝下放置，對工件進行找正，校準工件的中心；對工件進行找正的方法如下對兩個斜管進行找正分別在兩個斜管的外圓安裝百分表找正，使用兩個斜管等高對稱，百分表的表頭空隙誤差控制在0 2mm以內；對外球面進行找正分多點等高，分別在兩個斜管的外側面對稱安裝百分表找正， 百分表的表頭空隙誤差控制在5mm以內。步驟2、設定工件的外圓加工基準線；設定兩條Z軸基準線作為上下基準線，上下基準線之間的垂直距離為15mm ；具體方法如下在下部外圓上擦出一個02700基準圓，作為外圓的加工基準線；
將千分表吸在刀架上，在0533的外球面上“碰靠”，將千分表的讀數盤清零，機床坐標ζ軸清零；在X方向上移出刀架，Z軸向下移動1140mm理論外球面落差，并在該位置的外圓上“碰靠”千分表直至讀數至零，此時刻一圈0. 5mm深槽在外圓上，作為Z坐標原點的上基準線位置；在上基準線的下方15mm位置處，同時刻上一圈0. 5mm深槽作為Z坐標原點的下基準線位置。步驟3、半精加工外球面，并觀察黑疤情況，通過下壓Z軸上基準線，將黑疤去除 90%為止，并刻出最終的Z軸基準線；具體方法如下在Z軸零點上基準線設Z = 0，X零點以02692外圓為基準向外移動20mm設零點， 采用機床的半精加工外球面數控程序，半精車外球面；每次加工完一遍程序后X軸進刀2mm 設原點運行外球面的數控程序，直至將外圓基準設到02692為原點，加工結束；觀察外球面的黑疤狀況，黑疤面積在10%以內，就在此Z軸零點位置作為基準線； 如果黑疤面積大于10%，采用X軸原點不變，Z軸零點位置每次向下進刀1mm，再次運行機床的半精加工外球面數控程序，并觀察黑疤情況，直至黑疤面積在10 %以內的Z軸位置刻線作為上基準線，并光出上端面，便于工件翻身后的找正。步驟4、半精加工內球面；步驟4. 1、將工件翻身，按已加工的外圓作為基圓找正，校圓；步驟4. 2、光出內球面基準圓及大端端面，并將外球面上的兩條Z軸基準線移植至內基準圓上；步驟4. 3、半精加工內球面，觀察黑疤情況，通過下壓Z軸下基準線，將黑疤全部去除為止，并刻出最終的Z軸下基準線；具體方法如下以外部的Z軸下基準線為內部的Z軸零點基準線對刀，內部X軸以02501內圓為基準向內退10mm，每次X軸進刀2mm，直至將X軸壓到02501基圓上，采用機床的半精加工內球面數控程序，加工內球面；如果內球面黑疤能夠全部加工出，即可翻身重新加工外球面；反之，則調整Z軸零點位置，使其每次下壓1mm，并觀察黑疤的情況，直至完全加工出即可重新刻Z軸的基準線。步驟5、精加工外球面；步驟5. 1、工件翻身，按已加工外圓找正基準圓；步驟5. 2、采用機床的精加工外球面數控程序，先去除剩余的黑疤；具體方法如下先根據Z軸零點上基準線加工外球面，如果外球面無法車出，則下壓ζ軸基準線，每次下壓0. 5mm,完成精加工；觀察黑疤情況，在黑疤完全能夠清除的情況下，將Z軸基準線再次往下壓0. 5mm，完成最終精加工。步驟5. 3、測量壁厚，并與理論數據進行比較，參考得出內球面的加工余料；步驟6、精加工內球面；步驟6. 1、工件翻身，按已加工外圓找正；步驟6. 2、將外部的Z軸基準線移植至內圓上；步驟6. 3、采用機床的精加工內球面數控程序，以此條Z軸基準線精加工內球面。
本發明可以達到的技術效果是采用本發明所制造的AP1000核電穩壓器上封頭內外球面，不僅能夠實現內外球面等厚加工，而且能夠保證頂部三個管嘴的精加工余量。本發明能夠大大縮短精加工的加工周期，提高效率確保質量，為批量化生產提供有力的工藝技術保障。
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細的說明圖1是經過熱處理的AP1000穩壓器上封頭工件的示意圖；圖2是對工件進行找正的示意圖；圖3是對工件設定加工基準圓及Z軸基準線的示意圖；圖4是對工件進行半精加工外球面的示意圖；圖5是對工件進行半精加工內外球面的示意圖；圖6是對工件進行精加工外球面的示意圖；圖7是對工件進行精加工內球面的示意圖。圖中附圖標記說明A為安裝百分表進行找正的位置。
具體實施例方式本發明AP1000核電穩壓器上封頭內外球面的精加工方法，用于對經過熱處理的 AP1000核電穩壓器上封頭的內外球面進行精加工，該AP1000穩壓器上封頭工件如圖1所示，半球體的頂部中央設置一個頂部管嘴，頂部管嘴兩側對稱設置有斜管，由于其球體與頂部管嘴分屬兩種不同特征且又相互關聯的幾何體，是一種典型的異形半球體；實線表示精加工之前的理論當前形狀，虛線表示經過精加工后的形狀。經過熱處理的AP1000核電穩壓器上封頭的內外球面分布有黑疤，需經過精加工將其去除。本發明包括以下步驟第一步，劃線將工件置于劃線平臺上，墊平工件，劃出工件中心十字線，并畫出工件的高度位置線.
一入 ，第二步，采用6. 3米數控立車，對工件進行精加工；工序一，將機床工作臺校水平，校正滑枕的垂直度，以保證機床的加工精度；工序二，在旋轉臺面的四周放置四個墊塊，并擦平，將工件大端朝下，放置于等高墊塊上；如圖2所示，采用百分表對工件多次打點，進行找正，校準工件的中心；找正方法如下1、對兩個斜管進行找正分別在兩個斜管的外圓安裝百分表找正，校兩個斜管外圓，使兩個斜管等高對稱，百分表的表頭空隙誤差控制在0 2mm以內；2、對外球面進行找正分5點等高，分別在兩個斜管的外側面對稱安裝百分表找正，百分表的表頭空隙誤差控制在5mm以內。
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本發明通過上述找正方法，能夠將工件外球面(即兩個斜管的外側面)的余量均勻控制在3 5mm范圍內；將三個管嘴的偏移量控制在3mm之內，以保證管嘴的加工余量均勻，從而減少后續工序的加工難度。由于熱處理后的工件會發生不規則性變形，原先的加工基準已經喪失。本發明在不同的高度、不同的位置多次打表測量，以保證余料盡量均勻，特別是斜管嘴處的余量。工序三，如圖3所示，設定工件的外圓加工基準線，同時設定Z軸的15mm范圍的上下基準線；設定外圓加工基準線的方法如下在下部外圓上擦出一個02700基準圓，作為外圓的加工基準線；將千分表吸在刀架上，在0533的外球面上“碰靠”，將千分表的讀數盤清零，機床坐標ζ軸清零；在X方向上移出刀架，Z軸向下移動1140mm理論外球面落差，并在該位置的外圓上“碰靠”千分表直至讀數至零，此時刻一圈0. 5mm深槽在外圓上，作為Z坐標原點的上基準線位置。由于理論壁厚余量是單面15mm余量，因此在上基準線的下方15mm位置處， 同時刻上一圈0. 5mm深槽作為Z坐標原點的下基準線位置，使整個加工過程中球面中心的上下偏移量在這15mm范圍內。由于熱處理的關系，球形體一般都會膨脹收縮，導致外表面變形嚴重，外部的加工余量也同樣變小，只能通過內部的理論余量值進行調整，測量上部球面至下部球面的高度， 確定出一個基準線的范圍，這樣既能有上下調整的空間，又可以避免因調整基準位置而無法加工出其余部分的風險。工序四，如圖4所示，半精加工外球面，并觀察黑疤情況，通過下壓Z軸上基準線， 將黑疤去除90%為止，并刻出最終的Z軸基準線；具體方法是在Z軸零點上基準線設Z = 0，X零點以02692外圓為基準向外移動20mm設零點， 采用機床的半精加工外球面數控程序，半精車外球面。每次加工完一遍程序后X軸進刀2mm 設原點運行外球面的數控程序，直至將外圓基準設到02692為原點，加工結束。觀察外球面的黑疤狀況，黑疤面積在10 %以內，就在此Z軸零點位置作為基準線；如果黑疤面積大于 10%，采用X軸原點不變，Z軸零點位置每次向下進刀1mm，再次運行機床的半精加工外球面數控程序，并觀察黑疤情況，直至黑疤面積在10 %以內的Z軸位置刻線作為上基準線，并光出上端面，便于工件翻身后的找正。測量壁厚，實測數據與理論數據進行比較，保證加工余 Mo2)光平小端外圓及端面。工序五，如圖5所示，半精加工內球面；1、將工件翻身，小端平面置于等高平面，按已加工的02692外圓作為基圓找正，卡爪適當帶緊，墊平小端端面；工件以5 10轉/min的速度正轉2分鐘，急停；反轉2分鐘，急停。重新校圓，同時調整卡爪，并且按此方法反復校調，直至工件外圓與卡爪服帖為止。2、光出內球面基準圓02501及大端端面，并將外球面上的兩條Z軸基準線移植至內基準圓02501上；3、半精加工內球面，觀察黑疤情況，通過下壓Z軸下基準線，將黑疤全部去除為止，并刻出最終的Z軸下基準線；以外部的Z軸下基準線為內部的Z軸零點基準線對刀，內部X軸以02501內圓為基準向內退10mm，每次X軸進刀2mm，直至將X軸壓到02501基圓上，采用機床的半精加工內球面數控程序，加工內球面。如果內球面黑疤能夠全部加工出，即可翻身重新加工外球面； 反之，則調整Z軸零點位置，使其每次下壓1mm，并觀察黑疤的情況，直至完全加工出即可重新刻Z軸的基準線。完成后按圖5測量壁厚，保證底部厚度> 85mm即可。雖然在工序三中已經確定了調整范圍，但無法估量確切的調整位置，只能通過不斷的調整加工尺寸，一步步地向兩條邊界基準線“逼近”，即采用“整體迫近式”，同時觀察實際加工狀況，來判斷后續的加工基準。4、去除外基準圓上的Z軸下基準線，將內基準圓上的Z軸下基準線重新移植至外基準圓上。工序六，如圖6所示，精加工外球面；1、工件翻身，按已加工外圓02692找正基準圓，墊平大端端面；2、采用機床的精加工外球面數控程序，先去除剩余的黑疤；由于Z軸零點上基準線即為原理論參考的Z軸基準線，因此先根據此基準線加工外球面，如果外球面無法車出(既黑疤仍有保留)，則下壓Z軸基準線，每次下壓0. 5mm,完成精加工；觀察黑疤情況，在黑疤完全能夠清除的情況下，將Z軸基準線再次往下壓0. 5mm, 完成最終精加工，保證外球面的表面粗糙度達到Ra3. 2。3、測量壁厚，并與理論數據進行比較，參考得出內球面的加工余料，以保證加工的準確性；4、去除其余基準線，只保留外球面最終精加工狀態時的Z軸基準線，并在小管嘴的外圓上刻出總高線及上部可加工的可加工區域。工序七，如圖7所示，精加工內球面；1、工件翻身，按已加工外圓找正，墊平小端端面；2、抹去內部的兩條Z軸基準線，將外部唯一的Z軸基準線移植至內圓上；3、采用機床的精加工內球面數控程序，以此條Z軸基準線，精加工內球面，保證內外球面同心；并通過測量最終壁厚，以保證圖紙尺寸。即留Imm余量時，用測厚儀測下厚度，確保加工余量與理論值的誤差在0. 3mm范圍內即可完成最后的精加工。本發明通過工序四、工序五，基本能控制出最終的基準位置的范圍內，但是為了保證外部剩余部分的加工余量，盡量把基準位置向上基準線靠攏，可以避免兩個后續加工的問題1、保證斜管嘴加工余量的均勻；2、盡量減少外部剩余球面的加工余量，從而可以減少一部分加工工時。本發明采用“整體迫近式”加工方法，對AP1000核電穩壓器的異形半球體上封頭的內外球面進行精加工。在易變性方面，由于在熱處理余量確定以后，幾何體在處理過程中的變形量隨著尺寸的大小而變化，幾何尺寸大變形量就越大；另外，變形量大小隨著零件壁厚的大小而變化，壁厚薄的變形量越大。因此，對于本零件球體部分的幾何尺寸明顯要比上部三個管嘴大得多，球體部分壁厚要比管嘴壁厚小的多。另外，在異構件主次特征方面，球體表面面積在零件中占極大部分，表面面積越大，對分布表層的加工余量的依賴度就越高， 而實際上熱處理變形恰恰不能滿足這種要求。因此，只要首先解決余量分布狀況差的球體內外表面加工，并確定這時的球體中心保證以后加工上部管嘴時它們有足夠的余量。
本發明依據整體逼近思路，實現“整體迫近式”工藝方法，能夠實現異形體的精加工。
權利要求
1.一種AP1000核電穩壓器上封頭內外球面的精加工方法，用于對經過熱處理的 AP1000核電穩壓器上封頭的內外球面進行精加工，其特征在于，包括以下步驟步驟1、將工件大端朝下放置，對工件進行找正，校準工件的中心； 步驟2、設定工件的外圓加工基準線；設定兩條Z軸基準線作為上下基準線，上下基準線之間的垂直距離為15mm;步驟3、半精加工外球面，并觀察黑疤情況，通過下壓Z軸上基準線，將黑疤去除90%為止，并刻出最終的Z軸基準線； 步驟4、半精加工內球面；步驟4. 1、將工件翻身，按已加工的外圓作為基圓找正，校圓；步驟4. 2、光出內球面基準圓及大端端面，并將外球面上的兩條Z軸基準線移植至內基準圓上；步驟4. 3、半精加工內球面，觀察黑疤情況，通過下壓Z軸下基準線，將黑疤全部去除為止，并刻出最終的Z軸下基準線； 步驟5、精加工外球面；步驟5. 1、工件翻身，按已加工外圓找正基準圓；步驟5. 2、采用機床的精加工外球面數控程序，去除剩余的黑疤；步驟5. 3、測量壁厚，并與理論數據進行比較，得出內球面的加工余料；步驟6、精加工內球面；步驟6. 1、工件翻身，按已加工外圓找正；步驟6. 2、將外部的Z軸基準線移植至內圓上；步驟6. 3、采用機床的精加工內球面數控程序，以此條Z軸基準線精加工內球面。
2.根據權利要求1所述的AP1000核電穩壓器上封頭內外球面的精加工方法，其特征在于，所述步驟1對工件進行找正的方法如下對兩個斜管進行找正分別在兩個斜管的外圓安裝百分表找正，使用兩個斜管等高對稱，百分表的表頭空隙誤差控制在0 2mm以內；對外球面進行找正分多點等高，分別在兩個斜管的外側面對稱安裝百分表找正，百分表的表頭空隙誤差控制在5mm以內。
3.根據權利要求1所述的AP1000核電穩壓器上封頭內外球面的精加工方法，其特征在于，所述步驟2的具體方法如下在下部外圓上擦出一個02700基準圓，作為外圓的加工基準線； 將千分表吸在刀架上，在0533的外球面上“碰靠”，將千分表的讀數盤清零，機床坐標Z 軸清零；在X方向上移出刀架，ζ軸向下移動1140mm理論外球面落差，并在該位置的外圓上 “碰靠”千分表直至讀數至零，此時刻一圈0. 5mm深槽在外圓上，作為Z坐標原點的上基準線位置；在上基準線的下方15mm位置處，刻上一圈0. 5mm深槽作為Z坐標原點的下基準線位置。
4.根據權利要求1所述的AP1000核電穩壓器上封頭內外球面的精加工方法，其特征在于，所述步驟3的具體方法如下在Z軸零點上基準線設Z = 0，X零點以02692外圓為基準向外移動20mm設零點，采用機床的半精加工外球面數控程序，半精車外球面；每次加工完一遍程序后X軸進刀2mm設原點運行外球面的數控程序，直至將外圓基準設到02692為原點，加工結束；觀察外球面的黑疤狀況，黑疤面積在10%以內，就在此Z軸零點位置作為基準線；如果黑疤面積大于10%，采用X軸原點不變，Z軸零點位置每次向下進刀1mm，再次運行機床的半精加工外球面數控程序，并觀察黑疤情況，直至黑疤面積在10 %以內的Z軸位置刻線作為上基準線，并光出上端面，便于工件翻身后的找正。
5.根據權利要求1所述的AP1000核電穩壓器上封頭內外球面的精加工方法，其特征在于，所述步驟4. 3的具體方法如下以外部的Z軸下基準線為內部的Z軸零點基準線對刀，內部X軸以02501內圓為基準向內退10mm，每次X軸進刀2mm，直至將X軸壓到02501基圓上，采用機床的半精加工內球面數控程序，加工內球面；如果內球面黑疤能夠全部加工出，即可翻身重新加工外球面；反之，則調整Z軸零點位置，使其每次下壓1mm，并觀察黑疤的情況，直至完全加工出即可重新刻Z軸的基準線。
6.根據權利要求1所述的AP1000核電穩壓器上封頭內外球面的精加工方法，其特征在于，所述步驟5. 2的具體方法如下先根據Z軸零點上基準線加工外球面，如果外球面無法車出，則下壓Z軸基準線，每次下壓0. 5mm,完成精加工；觀察黑疤情況，在黑疤完全能夠清除的情況下，將Z軸基準線再次往下壓0. 5mm，完成最終精加工。
全文摘要
本發明公開了一種AP1000核電穩壓器上封頭內外球面的精加工方法，包括以下步驟步驟1、對工件進行找正；步驟2、設定工件的外圓加工基準線；設定兩條Z軸基準線作為上下基準線，上下基準線之間的垂直距離為15mm；步驟3、半精加工外球面，并觀察黑疤情況，通過下壓Z軸上基準線，將黑疤去除90％為止，并刻出最終的Z軸基準線；步驟4、半精加工內球面；步驟5、精加工外球面；步驟6、精加工內球面。采用本發明所制造的AP1000核電穩壓器上封頭內外球面，不僅能夠實現內外球面等厚加工，而且能夠保證頂部三個管嘴的精加工余量。本發明能夠大大縮短精加工的加工周期，提高效率確保質量，為批量化生產提供有力的工藝技術保障。
文檔編號B23B5/00GK102451917SQ20101051783
公開日2012年5月16日 申請日期2010年10月25日 優先權日2010年10月25日
發明者沈堯榮, 田彩紅, 鄒曄 申請人:上海重型機器廠有限公司