封頭沖管嘴后冷加工余量借偏方案

陶云飛

(中國一重集團(tuán)公司核電加工分廠，黑龍江 161042)

封頭是位于蒸汽發(fā)生器下部承受高溫、高壓的大型鍛件，需經(jīng)過鍛造、沖形成型、熱處理調(diào)質(zhì)、冷加工完成加工。加工過程極其復(fù)雜，其中封頭沖管嘴后的加工尤為重要，是后序加工的基礎(chǔ)。經(jīng)過多年經(jīng)驗(yàn)積累，筆者總結(jié)了某類封頭沖管嘴后的加工過程控制及借線方案。

1 加工工藝過程分析

1.1 工藝過程

該封頭由板坯狀毛坯經(jīng)鍛造、沖形成型、熱處理調(diào)質(zhì)、精加工而成，加工周期長，加工難度大，具體加工工藝過程如圖1 所示。

1.2 工藝過程分析

該封頭由板坯經(jīng)沖壓成型后經(jīng)冷加工符沖管嘴前圖后進(jìn)行沖管嘴(即按已加工的中心引導(dǎo)在水壓機(jī)上沖出兩管嘴)。沖管嘴完后上數(shù)控鏜床按精加工圖檢測兩管嘴位置及余量情況，初定球心。如管嘴內(nèi)外圓單邊能有2 mm～5 mm 余量(通過借偏后)即可轉(zhuǎn)下序調(diào)質(zhì)，否則由熱工藝研究返修方案。調(diào)質(zhì)后進(jìn)行性能檢測，性能合格后上數(shù)控立車切取余料。接著上數(shù)控鏜床檢兩管嘴位置及余量情況及外球面各部余量情況，確定球心并做出加工基準(zhǔn):確定管嘴各部單邊最小有2 mm余量(通過借偏后)的情況下，數(shù)控鏜床給立車做好找正基準(zhǔn)及球心定位基準(zhǔn);然后按單邊留量15 mm 加工兩管嘴外形及內(nèi)孔直段各部;接下來上數(shù)控立車，按鏜床所做基準(zhǔn)定中心，加工內(nèi)球面各部及開口端端面各部符圖;數(shù)控鏜床按基準(zhǔn)找正，加工兩管嘴外形及內(nèi)孔各部與內(nèi)球面相交處R 各部符圖，加工外球面各部及相關(guān)錐面、凸臺(tái)符圖;最后，機(jī)床交檢。

圖1 加工工藝過程Figure 1 Machining process flow

從上面的加工過程分析我們可以看出，在整個(gè)的活件加工中，檢測兩管嘴余量，給數(shù)控立車做定心基準(zhǔn)始終貫穿于整個(gè)加工過程中。工件經(jīng)定心后在有足夠的加工余量的情況下我們才動(dòng)刀加工工件各部，精加工交貨圖見圖2。

2 沖管嘴后兩管嘴余量借線方案

在該封頭的加工過程中，由于兩個(gè)管嘴是由水壓機(jī)沖壓形成的，存在很多的不確定性因素(如輔具擺放是否正確、沖頭是否對(duì)中引導(dǎo)孔、水壓機(jī)工作是否正常、工件定位是否牢固、工件外球面是否留有黑皮)，導(dǎo)致管嘴沖形后偏向一側(cè)或按沒沖到要求位置等問題，這就需要我們冷加工根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行借球心確保管嘴有足夠加工余量。

2.1 工件沖管嘴后形狀特征分析

某封頭沖管嘴就是將兩個(gè)管嘴沖壓成型，兩管嘴與中心軸線夾角為40°，兩管嘴周向夾角為107°±1°，管嘴內(nèi)孔精加工后尺寸為?804+20mm，壁厚109 mm±1 mm。公差要求特別嚴(yán)格，定心加工難度較大。

2.2 定心及管嘴借偏方案

工件上帶回轉(zhuǎn)臺(tái)數(shù)控鏜床，按鍛件調(diào)質(zhì)圖定工件球心，即活件扣放時(shí)按下端?3 540 mm 定x、z 軸中心，按上端小凸臺(tái)向下返1 080 mm 定y 軸中心。然后上萬能銑頭，擺動(dòng)銑頭成40°，將銑頭中心定在工件中心上，按工件精加工圖沿40°方向返2 070 mm，分別檢查兩管嘴上下左右4 條母線是否有加工余量并做好記錄。注意要測量出母線方向上最小處數(shù)據(jù)，根據(jù)所測數(shù)據(jù)確定借偏即定心方案。可以借偏的前提是活件沖管嘴后管壁厚度有足夠余量，見圖3。

圖2 精加工交貨圖Figure 2 Finishing product delivery drawing

圖3 調(diào)質(zhì)圖與交貨圖對(duì)比Figure 3 Contrast between quenched ＆ tempered drawing and product delivery drawing

我們根據(jù)調(diào)質(zhì)圖與精加工圖的比較，確定了基本的借偏定心方案有:方案一:通過修改y 軸中心高度進(jìn)行借偏;方案二:通過竄鍛件偏心借線借偏;方案三:綜合以上兩種方案借偏(較常用);方案四:通過墊高工件一側(cè)借偏(一般較少采用)。

(1)方案一:通過修改y 軸中心高度進(jìn)行借偏定心

通過分析，我們發(fā)現(xiàn)，只要兩管嘴壁厚方向有足夠加工余量，大端面有足夠借偏量，我們可以通過改變活件球心高度位置使活件兩管嘴內(nèi)外壁有均勻加工去除量。

公式(1)用于已知管嘴壁厚方向需借偏量δ，計(jì)算工件球心在y 軸方向(即高度方向)需偏移的量。

(2)方案二:通過鍛件竄偏心定心(x 軸偏心)

通過調(diào)質(zhì)圖與精加工圖比較，可以看出工件大端面余量46 mm，內(nèi)球面余量70 mm，不能無限制地通過降低球心高度來調(diào)整管嘴余量。通過分析，還可以通過整體調(diào)整徑向方向(x 軸)中心位置達(dá)到借偏管嘴余量的目的。經(jīng)過對(duì)活件精加工兩管嘴相對(duì)位置分析，兩管嘴周向成107°夾角，一側(cè)管嘴竄偏心(x 軸方向)，對(duì)另一側(cè)管嘴影響很小，影響量為Xcos107°。經(jīng)過總結(jié)筆者歸納出鍛件竄偏心定心計(jì)算公式:

公式(3)用于已知管嘴壁厚方向需借偏量δ，計(jì)算工件球心在x 軸方向(即偏心方向)需偏移的量。

當(dāng)然，如果兩個(gè)管嘴都沒有均勻的精加工余量，都需借偏的話，可以采取分別竄兩管嘴徑向偏心來達(dá)到借線目的。這時(shí)為降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，可運(yùn)用平面向量計(jì)算法計(jì)算出借偏偏心的和向量，見圖4。我們設(shè):1#管嘴需借偏偏心向量為，2#管嘴需借偏偏心向量為y2)，1#，2#管嘴整體需借偏偏心向量為

模長為:

方向?yàn)?

圖4 借偏管嘴的和向量Figure 4 Borrow margin nozzle and vector

(3)方案三:綜合法借偏

綜合法借偏是結(jié)合方案一、方案二進(jìn)行借偏定心。

如果管嘴壁厚方向需要借偏量δ 較大，通過某一個(gè)方向的借偏定心很難滿足我們借偏的要求時(shí)，我們將兩個(gè)方向的借偏進(jìn)行綜合即結(jié)合y 軸中心高度借偏及鍛件偏心借偏進(jìn)行工件的定心。

下面以加工某封頭借偏定心為例:

工件上數(shù)控鏜床，按立車已加工外圓圈圓，按凸臺(tái)向下返1 080 mm 定球心，此時(shí)球心至端面為79 mm，精加工后此尺寸為88 mm(即工件大端面還有最大9 mm 余量)。此定心情況下檢兩管嘴余量如圖5 所示。

圖5 中“-”表示該管嘴此條母線方向沒有加工余量，如-5.8 表示“此處缺肉5.8 mm”;“+”表示該管嘴此條母線方向有加工余量，如+10.5表示“此處有10.5 mm 余量”?？梢钥闯觯ぜ?#管嘴上母線方向缺肉最多，缺5.8 mm。

根據(jù)公式(1)，工件y 軸中心向下借偏量為:

根據(jù)我們對(duì)工件大端情況余量分析:工件大端面最大還有9 mm 余量，即y 軸中心最大只能向下借偏9 mm。故只進(jìn)行y 軸中心高度借偏是無法滿足要求的。在此，我們采用了綜合法進(jìn)行借偏定心。

具體方案如下:y 軸中心向下借偏7 mm，對(duì)工件管嘴壁厚方向影響為:

工件通過偏心借偏需對(duì)壁厚影響量≥5.8-4.5=1.3 mm，即最小需借偏偏心量

圖5 正常定心后檢兩管嘴余量Figure 5 Allowances of twain nozzles checked after normal centering

圖6 工件借偏后兩管嘴四條母線余量情況Figure 1 Allowance conditions of four base lines belonging to twain nozzles after work piece borrow margin process

最后借偏定心情況為:y 軸借偏7 mm，x 軸借偏6 mm(考慮到管嘴管壁上下留量均勻及?3 680 mm 余量情況，x 軸可借偏范圍為:1.7≤X≤14)。

按以上數(shù)據(jù)重新定心后檢兩管嘴4 條母線數(shù)據(jù)如圖6 所示。

借偏后活件2#管嘴右側(cè)母線方向還是缺肉，我們可以通過調(diào)整兩管嘴之間夾角進(jìn)行借偏。兩管嘴的夾角是107°±1°，我們根據(jù)經(jīng)驗(yàn)得知，兩管嘴每調(diào)整0.1°對(duì)管壁左右方向壁厚的影響是2 mm。我們減小了2#兩管嘴與1#管嘴之間夾角0.3°就達(dá)到我們要求的借偏效果。使兩管嘴都有足夠加工余量。

3 結(jié)語

通過采用上面幾種方案對(duì)該封頭定心，我們很好的解決了該封頭在沖管嘴沖形后兩管嘴及工件定心等冷加工方面問題，為我們批量化進(jìn)行該封頭加工打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。