核島反應(yīng)堆支撐法蘭現(xiàn)場(chǎng)機(jī)加工方案

摘 要：核島反應(yīng)堆支撐法蘭為正八邊形結(jié)構(gòu)，其中四個(gè)面需要加工，表面粗糙度和平面度要求高，在現(xiàn)場(chǎng)需要使用便攜式機(jī)床進(jìn)行加工，加工后進(jìn)行測(cè)量并記錄，證明加工方案可行。

關(guān)鍵詞：機(jī)加工；表面粗糙度；平面度

1 概述

頂部法蘭板用來(lái)支撐RV支撐，法蘭結(jié)構(gòu)為正八邊形，高大約8m，兩平行邊的距離為6096mm，其材質(zhì)為A36。該法蘭分八片預(yù)制，拼焊成為一個(gè)整體后，再整體吊裝并安裝于法蘭頂部，整個(gè)結(jié)構(gòu)總重約5.8t。法蘭模塊與其頂部法蘭結(jié)構(gòu)如圖1所示。4個(gè)支撐面經(jīng)精加工后其厚度和公差要求為38.10+6mm，同時(shí)，需要對(duì)RV支撐預(yù)埋板部分與RV支撐接觸的表面進(jìn)行精加工，加工總面積達(dá)到7.0m2。詳情如圖2。

圖1 模塊與其頂部法蘭

圖2 頂部法蘭精加工區(qū)域

法蘭面的加工技術(shù)要求為：頂法蘭機(jī)加工表面標(biāo)高為8090.40+3；精加工表面的粗糙度1.6？滋m；四個(gè)機(jī)加工表面的平面度公差0.127mm，且在長(zhǎng)度304.8mm范圍內(nèi)不大于0.0254mm；四個(gè)機(jī)加工表面與反應(yīng)堆壓力容器支撐架至少有75%的接觸面；四個(gè)機(jī)加工面的法蘭厚度為38.10+6。

2 加工機(jī)床選用和使用調(diào)整

2.1 加工機(jī)床選擇

綜合考慮，平面法蘭加工機(jī)床選用需要考慮施工環(huán)境，整個(gè)施工環(huán)境在RV容器腔內(nèi)，空間狹小，所選機(jī)床須考慮既能將表面機(jī)加工，又不會(huì)與周?chē)考喔缮妫ㄐ枰貏e注意銑床的動(dòng)力頭部位）。根據(jù)需要采用便攜式機(jī)床進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)加工。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)法蘭的布局，設(shè)計(jì)人員經(jīng)過(guò)多次探討，確定機(jī)床須采用便攜式機(jī)床，設(shè)計(jì)方案可大體分為兩種。一種為橫梁式平面銑削機(jī)床，一種為圓周回轉(zhuǎn)銑削機(jī)床。

兩種機(jī)床設(shè)計(jì)方案優(yōu)劣點(diǎn)對(duì)比如表1。

表1

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際考察和廠家經(jīng)驗(yàn)交流后，采用方案一作為機(jī)床設(shè)計(jì)的思路。委托外單位制造橫梁式平面銑床?？紤]到單個(gè)法蘭面的加工面積為3811*489mm，所以確定定制的便攜式機(jī)床的X軸行程為4000mm，Y軸行程為500mm，銑削主軸采用MDME502GCG伺服電機(jī)，配備的銑刀盤(pán)直徑為250mm。

2.2 加工機(jī)床的使用調(diào)整

將X軸導(dǎo)軌放在導(dǎo)軌安裝板上，使用緊固螺釘緊固，調(diào)整螺釘微調(diào)導(dǎo)軌高度，配合激光水平儀，檢測(cè)兩邊直線導(dǎo)軌的水平面，控制機(jī)床的單根導(dǎo)軌水平誤差≤0.04mm/全長(zhǎng)，Y軸連接板平面度為0.05mm以?xún)?nèi)。

安裝Y軸導(dǎo)軌及主軸頭，Y軸導(dǎo)軌兩側(cè)有調(diào)整螺絲，可以微調(diào)主軸在左右方向上的傾角。主軸連接端面也有調(diào)整螺絲，可以微調(diào)主軸在前后方向上的傾角。調(diào)節(jié)調(diào)整螺栓，使刀盤(pán)的垂直度在0.02mm以?xún)?nèi)。

3 工裝架的設(shè)計(jì)制造

由于頂法蘭機(jī)加工表面標(biāo)高為8090.40+3mm，距離地面較高，加工機(jī)床要有足夠強(qiáng)度的支撐，避免加工振動(dòng)。同時(shí)法蘭面為八邊形，有四個(gè)邊需要加工，機(jī)床需要調(diào)換方位四次，機(jī)床需要被提供足夠的支撐。考慮現(xiàn)場(chǎng)情況，結(jié)合實(shí)際情況，提出兩種方案：（1）機(jī)床導(dǎo)軌直接支撐在法蘭不加工面上，靠導(dǎo)軌左右兩端支撐。缺點(diǎn)：導(dǎo)軌中間懸空，機(jī)床運(yùn)行時(shí)不穩(wěn)定，同時(shí)操作人員沒(méi)有站立位置。（2）在法蘭中搭設(shè)工裝架，為機(jī)加工機(jī)床提供更多支撐，使機(jī)床導(dǎo)軌與支撐有更大的接觸面積，運(yùn)行更平穩(wěn)。

3.1 工裝架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)上述情況，參照鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范及AWS焊接標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)將型材、板材焊接或栓接成一個(gè)整體，為便攜式機(jī)床提供穩(wěn)定可靠地現(xiàn)場(chǎng)支撐。

法蘭加工工裝架布置見(jiàn)圖3和圖4。工裝主要由牛腿、立柱、可調(diào)墊鐵、機(jī)床安裝底座、導(dǎo)軌安裝板等幾部分組成。

在法蘭筒體內(nèi)壁上焊接8個(gè)牛腿，位置距離法蘭表面一定高度。立柱與機(jī)床安裝底座之間設(shè)立可調(diào)墊鐵，可以快速調(diào)平安裝底座。機(jī)床安裝底座在調(diào)平后通過(guò)徑向支撐和下面的焊接板（使用角焊縫與立柱連接）固定。徑向支撐在機(jī)床安裝底座的外端與法蘭筒體頂緊后，內(nèi)端使用螺母緊固。機(jī)床安裝底座上面再鋪設(shè)導(dǎo)軌安裝板，安裝板與機(jī)床導(dǎo)軌通過(guò)螺栓和頂絲來(lái)連接，頂絲用來(lái)調(diào)整機(jī)床安裝水平，螺栓連接用于機(jī)床的壓緊固定。立柱與牛腿、立柱與可調(diào)墊鐵通過(guò)螺栓連接固定。同時(shí)在八根立柱之間增加斜撐，確保整體工裝的穩(wěn)定性。為了現(xiàn)場(chǎng)使用方便，在設(shè)計(jì)的時(shí)候考慮使用懸臂吊，因此在機(jī)床安裝底座中間設(shè)置吊車(chē)安裝底座，使用中間立柱支撐到筒體底部，并使用工字鋼徑向支撐中間立柱。

3.2 工裝架與筒體焊接部位載荷計(jì)算

由工裝架結(jié)構(gòu)看，工裝架與筒體焊接部位（牛腿）主要受彎剪作用，與法蘭筒體內(nèi)壁的焊接的牛腿上的焊接板的厚度為30mm，焊腳高度為6mm，焊縫有效長(zhǎng)度至少為4200mm，工裝設(shè)計(jì)總重小于5噸，機(jī)床重量約為3噸，經(jīng)計(jì)算，焊縫受力情況滿(mǎn)足強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求。

4 法蘭面機(jī)加工流程概述

4.1 機(jī)加工流程概述

頂部法蘭機(jī)加工流程如下：（1）焊接或者栓接固定工裝架；（2）初步調(diào)平校正工裝臺(tái)架；（3）吊裝、安放、緊固機(jī)床安裝板；（4）將X軸導(dǎo)軌放在機(jī)床安裝板上，使用緊固螺釘緊固，調(diào)整螺釘微調(diào)導(dǎo)軌高度，控制導(dǎo)軌平面度；（5）安裝機(jī)床Y軸導(dǎo)軌與主軸頭，調(diào)節(jié)調(diào)整螺栓，使主軸的垂直度在0.02mm以?xún)?nèi)；（6）粗、精銑削第一個(gè)面，檢測(cè)各項(xiàng)指標(biāo)直至合格；（7）加工完成第一個(gè)面之后，將機(jī)床吊起并旋轉(zhuǎn)90°，重新安裝調(diào)整機(jī)床，對(duì)第二個(gè)面進(jìn)行加工。

4.2 加工工作描述

表面加工之前檢測(cè)各片法蘭面頂部標(biāo)高，根據(jù)最終加工之后的標(biāo)高值計(jì)算得到各片法蘭面加工余量，同時(shí)保證最小板厚為38.1mm。法蘭面的整個(gè)銑削過(guò)程粗、精加工分開(kāi)，合理確定粗、精加工的背吃刀量，精加工進(jìn)給量為0.05～0.20mm，分多次進(jìn)給實(shí)現(xiàn).銑削時(shí)大電機(jī)轉(zhuǎn)速：1000-1600轉(zhuǎn)/分鐘、小電機(jī)轉(zhuǎn)速：100-300轉(zhuǎn)/分鐘。

粗加工時(shí)需檢測(cè)法蘭頂部的標(biāo)高，精加工時(shí)需檢測(cè)表面平面度及標(biāo)高，確保法蘭表面精加工要求。平面度的測(cè)量采用激光測(cè)平儀，選擇155個(gè)點(diǎn)來(lái)采集數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)經(jīng)儀器自帶軟件處理后得到法蘭板的平面度。

加工過(guò)程中，不更換刀盤(pán)，只更換銑削刀片。更換刀片一次，銑削整個(gè)鋼板表面。更換刀片前，記錄光柵顯示屏上顯示的數(shù)字，然后提升刀盤(pán)高度，更換好刀片后，按照記錄的數(shù)字下調(diào)刀盤(pán)高度。

5 現(xiàn)場(chǎng)加工

機(jī)床采購(gòu)后，經(jīng)過(guò)廠內(nèi)初步調(diào)試后運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)，在工裝安裝調(diào)試平面度后，將機(jī)床吊裝到工裝上進(jìn)行安裝調(diào)平，在各項(xiàng)文件及工機(jī)具準(zhǔn)備充分的情況下進(jìn)行法蘭的現(xiàn)場(chǎng)機(jī)加工。經(jīng)過(guò)實(shí)際試用，現(xiàn)有機(jī)床加工能力滿(mǎn)足法蘭加工要求，加工出來(lái)的法蘭面各項(xiàng)參數(shù)均達(dá)到指標(biāo)，為現(xiàn)場(chǎng)加工獲取了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，大大提高后期工作的效率。選取一個(gè)法蘭加工面精銑后（選取155個(gè)點(diǎn)使用激光水平儀進(jìn)行測(cè)量）測(cè)量數(shù)據(jù)如表2和圖5。

6 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)激光水平儀測(cè)量結(jié)果，可以看出精加工后法蘭面的平面度為0.116mm，達(dá)到了平面度0.127mm的要求。加工面的表面粗糙度在精加工后使用對(duì)比塊對(duì)比，得出粗糙度值可以達(dá)到1.6？滋m，局部位置可以達(dá)到0.8？滋m，證明該加工方案可以應(yīng)用于大型法蘭的現(xiàn)場(chǎng)機(jī)加工。實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)存在的問(wèn)題和可改進(jìn)提升的地方如下：（1）機(jī)床導(dǎo)軌調(diào)平難：機(jī)床X軸導(dǎo)軌放在機(jī)床安裝板上，使用緊固螺釘緊固，調(diào)整螺釘微調(diào)導(dǎo)軌高度，控制Y軸連接塊平面度在0.05mm以?xún)?nèi)；這些工作需要使用扳手配合激光水平儀進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)耗時(shí)較長(zhǎng)，需反復(fù)進(jìn)行才能達(dá)到要求。（2）機(jī)床重心前移：機(jī)床在加工法蘭時(shí)，按照從內(nèi)到外分三刀加工，機(jī)床重心逐步向外移動(dòng)，Z方向吃刀量逐步增大，加工后的鋼板有一定的傾斜度。即便在Y軸刀臂后追加6個(gè)配重塊，還是存在重心前移的問(wèn)題，需要在加工時(shí)適當(dāng)減小Z方向吃刀量。（3）機(jī)床手動(dòng)進(jìn)給：機(jī)床Y方向進(jìn)給為手動(dòng)進(jìn)給，操作不便，致使沿止擋塊方向進(jìn)刀痕跡明顯，最后局部需要進(jìn)行手工打磨。

作者簡(jiǎn)介：李方（1981-），男，遼寧大連人，學(xué)士，研究方向?yàn)闄C(jī)械制造及自動(dòng)化。