摘 要:核島反應(yīng)堆支撐法蘭為正八邊形結(jié)構(gòu),其中四個面需要加工,表面粗糙度和平面度要求高,在現(xiàn)場需要使用便攜式機床進行加工,加工后進行測量并記錄,證明加工方案可行。
關(guān)鍵詞:機加工;表面粗糙度;平面度
1 概述
頂部法蘭板用來支撐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,拼焊成為一個整體后,再整體吊裝并安裝于法蘭頂部,整個結(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個支撐面經(jīng)精加工后其厚度和公差要求為38.10+6mm,同時,需要對RV支撐預(yù)埋板部分與RV支撐接觸的表面進行精加工,加工總面積達到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;四個機加工表面的平面度公差0.127mm,且在長度304.8mm范圍內(nèi)不大于0.0254mm;四個機加工表面與反應(yīng)堆壓力容器支撐架至少有75%的接觸面;四個機加工面的法蘭厚度為38.10+6。
2 加工機床選用和使用調(diào)整
2.1 加工機床選擇
綜合考慮,平面法蘭加工機床選用需要考慮施工環(huán)境,整個施工環(huán)境在RV容器腔內(nèi),空間狹小,所選機床須考慮既能將表面機加工,又不會與周圍部件相干涉(需要特別注意銑床的動力頭部位)。根據(jù)需要采用便攜式機床進行現(xiàn)場加工。
根據(jù)現(xiàn)場法蘭的布局,設(shè)計人員經(jīng)過多次探討,確定機床須采用便攜式機床,設(shè)計方案可大體分為兩種。一種為橫梁式平面銑削機床,一種為圓周回轉(zhuǎn)銑削機床。
兩種機床設(shè)計方案優(yōu)劣點對比如表1。
表1
通過現(xiàn)場實際考察和廠家經(jīng)驗交流后,采用方案一作為機床設(shè)計的思路。委托外單位制造橫梁式平面銑床??紤]到單個法蘭面的加工面積為3811*489mm,所以確定定制的便攜式機床的X軸行程為4000mm,Y軸行程為500mm,銑削主軸采用MDME502GCG伺服電機,配備的銑刀盤直徑為250mm。
2.2 加工機床的使用調(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,檢測兩邊直線導(dǎo)軌的水平面,控制機床的單根導(dǎo)軌水平誤差≤0.04mm/全長,Y軸連接板平面度為0.05mm以內(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,使刀盤的垂直度在0.02mm以內(nèi)。
3 工裝架的設(shè)計制造
由于頂法蘭機加工表面標(biāo)高為8090.40+3mm,距離地面較高,加工機床要有足夠強度的支撐,避免加工振動。同時法蘭面為八邊形,有四個邊需要加工,機床需要調(diào)換方位四次,機床需要被提供足夠的支撐??紤]現(xiàn)場情況,結(jié)合實際情況,提出兩種方案:(1)機床導(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:導(dǎo)軌中間懸空,機床運行時不穩(wěn)定,同時操作人員沒有站立位置。(2)在法蘭中搭設(shè)工裝架,為機加工機床提供更多支撐,使機床導(dǎo)軌與支撐有更大的接觸面積,運行更平穩(wěn)。
3.1 工裝架結(jié)構(gòu)設(shè)計
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),通過將型材、板材焊接或栓接成一個整體,為便攜式機床提供穩(wěn)定可靠地現(xiàn)場支撐。
法蘭加工工裝架布置見圖3和圖4。工裝主要由牛腿、立柱、可調(diào)墊鐵、機床安裝底座、導(dǎo)軌安裝板等幾部分組成。
在法蘭筒體內(nèi)壁上焊接8個牛腿,位置距離法蘭表面一定高度。立柱與機床安裝底座之間設(shè)立可調(diào)墊鐵,可以快速調(diào)平安裝底座。機床安裝底座在調(diào)平后通過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。機床安裝底座上面再鋪設(shè)導(dǎo)軌安裝板,安裝板與機床導(dǎo)軌通過螺栓和頂絲來連接,頂絲用來調(diào)整機床安裝水平,螺栓連接用于機床的壓緊固定。立柱與牛腿、立柱與可調(diào)墊鐵通過螺栓連接固定。同時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)場使用方便,在設(shè)計的時候考慮使用懸臂吊,因此在機床安裝底座中間設(shè)置吊車安裝底座,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,焊縫有效長度至少為4200mm,工裝設(shè)計總重小于5噸,機床重量約為3噸,經(jīng)計算,焊縫受力情況滿足強度設(shè)計要求。
4 法蘭面機加工流程概述
4.1 機加工流程概述
頂部法蘭機加工流程如下:(1)焊接或者栓接固定工裝架;(2)初步調(diào)平校正工裝臺架;(3)吊裝、安放、緊固機床安裝板;(4)將X軸導(dǎo)軌放在機床安裝板上,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以內(nèi);(6)粗、精銑削第一個面,檢測各項指標(biāo)直至合格;(7)加工完成第一個面之后,將機床吊起并旋轉(zhuǎn)90°,重新安裝調(diào)整機床,對第二個面進行加工。
4.2 加工工作描述
表面加工之前檢測各片法蘭面頂部標(biāo)高,根據(jù)最終加工之后的標(biāo)高值計算得到各片法蘭面加工余量,同時保證最小板厚為38.1mm。法蘭面的整個銑削過程粗、精加工分開,合理確定粗、精加工的背吃刀量,精加工進給量為0.05~0.20mm,分多次進給實現(xiàn).銑削時大電機轉(zhuǎn)速:1000-1600轉(zhuǎn)/分鐘、小電機轉(zhuǎn)速:100-300轉(zhuǎn)/分鐘。
粗加工時需檢測法蘭頂部的標(biāo)高,精加工時需檢測表面平面度及標(biāo)高,確保法蘭表面精加工要求。平面度的測量采用激光測平儀,選擇155個點來采集數(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。
加工過程中,不更換刀盤,只更換銑削刀片。更換刀片一次,銑削整個鋼板表面。更換刀片前,記錄光柵顯示屏上顯示的數(shù)字,然后提升刀盤高度,更換好刀片后,按照記錄的數(shù)字下調(diào)刀盤高度。
5 現(xiàn)場加工
機床采購后,經(jīng)過廠內(nèi)初步調(diào)試后運輸?shù)浆F(xiàn)場,在工裝安裝調(diào)試平面度后,將機床吊裝到工裝上進行安裝調(diào)平,在各項文件及工機具準(zhǔn)備充分的情況下進行法蘭的現(xiàn)場機加工。經(jīng)過實際試用,現(xiàn)有機床加工能力滿足法蘭加工要求,加工出來的法蘭面各項參數(shù)均達到指標(biāo),為現(xiàn)場加工獲取了寶貴的經(jīng)驗,大大提高后期工作的效率。選取一個法蘭加工面精銑后(選取155個點使用激光水平儀進行測量)測量數(shù)據(jù)如表2和圖5。
6 結(jié)束語
根據(jù)激光水平儀測量結(jié)果,可以看出精加工后法蘭面的平面度為0.116mm,達到了平面度0.127mm的要求。加工面的表面粗糙度在精加工后使用對比塊對比,得出粗糙度值可以達到1.6?滋m,局部位置可以達到0.8?滋m,證明該加工方案可以應(yīng)用于大型法蘭的現(xiàn)場機加工。實踐中發(fā)現(xiàn)存在的問題和可改進提升的地方如下:(1)機床導(dǎo)軌調(diào)平難:機床X軸導(dǎo)軌放在機床安裝板上,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以內(nèi);這些工作需要使用扳手配合激光水平儀進行手動調(diào)節(jié),調(diào)節(jié)耗時較長,需反復(fù)進行才能達到要求。(2)機床重心前移:機床在加工法蘭時,按照從內(nèi)到外分三刀加工,機床重心逐步向外移動,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個配重塊,還是存在重心前移的問題,需要在加工時適當(dāng)減小Z方向吃刀量。(3)機床手動進給:機床Y方向進給為手動進給,操作不便,致使沿止擋塊方向進刀痕跡明顯,最后局部需要進行手工打磨。
作者簡介:李方(1981-),男,遼寧大連人,學(xué)士,研究方向為機械制造及自動化。