核電主泵聯(lián)軸器銷孔同鉆鉸工具研究及應(yīng)用

張高劍，郭鵬飛

（中核武漢核電運(yùn)行技術(shù)股份有限公司核動(dòng)力維修技術(shù)中心，湖北武漢 430070）

0 引言

核電主泵作為核島主設(shè)備中唯一的轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行在高溫、高壓并有高放介質(zhì)的環(huán)境中，反復(fù)承受一回路冷卻劑的熱沖擊及機(jī)械沖擊，對(duì)主泵水力部件、聯(lián)軸器等關(guān)鍵部件的可靠性要求極高。根據(jù)核電廠主泵檢修經(jīng)驗(yàn)及主泵振動(dòng)機(jī)理研究，主泵可拆軸與聯(lián)軸器的同軸度嚴(yán)重影響主泵的振動(dòng)特性。某核電站在運(yùn)行過程中多次發(fā)現(xiàn)主泵振動(dòng)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(jìn)行同鉆鉸及配銷工作，因此，同鉆鉸工藝也是主泵電機(jī)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(zhǎng)軸進(jìn)行銷孔加工，一次只能實(shí)現(xiàn)一個(gè)銷孔加工，存在設(shè)備笨重、操作不便、調(diào)整復(fù)雜、加工質(zhì)量不穩(wěn)定、效率不高等問題。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工作環(huán)境及聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分析可采用群鉆原理對(duì)聯(lián)軸器銷孔進(jìn)行加工修復(fù)，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(shè)置4 個(gè)加工主軸，最多可同時(shí)對(duì)聯(lián)軸器單側(cè)的4 個(gè)銷孔進(jìn)行加工修復(fù)，極大地提高加工效率，縮短修復(fù)時(shí)間及工作量，縮減檢修周期，保障主泵安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 技術(shù)方案

1.1 需求分析

針對(duì)主泵聯(lián)軸器銷孔加工修復(fù)要求，同鉆鉸工具的設(shè)計(jì)過程需考慮以下3 個(gè)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(jī)構(gòu)、進(jìn)給機(jī)構(gòu)及鉆模板等結(jié)構(gòu)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(duì)刀具設(shè)置鉆套等結(jié)構(gòu)進(jìn)行定位導(dǎo)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(jìn)行換刀，導(dǎo)致加工中心偏移，影響銷孔最終成型質(zhì)量，需采用一種快換結(jié)構(gòu)，減少操作難度，同時(shí)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(shù)指標(biāo)如下：①鉸刀尺寸及材料應(yīng)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(shí)施方案

主泵聯(lián)軸器銷孔同鉆鉸工具采用群鉆結(jié)構(gòu)，即根據(jù)聯(lián)軸器銷孔分布，設(shè)置4 個(gè)加工主軸，最多可同時(shí)對(duì)聯(lián)軸器單側(cè)的4 個(gè)銷孔進(jìn)行加工修復(fù)，可極大提高加工效率。另外，匯總某機(jī)組主泵聯(lián)軸器損傷后銷孔測(cè)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(fù)的加工量不大，故主泵聯(lián)軸器的銷孔加工修復(fù)以鉸孔為主，并配備少量鉆頭，以適應(yīng)大加工量修復(fù)時(shí)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(jī)構(gòu)及螺帽等；中部為回轉(zhuǎn)部件，包括蝸桿箱、回轉(zhuǎn)支架、絲桿及其絲桿螺母、導(dǎo)桿及其直線軸承、回轉(zhuǎn)盤及其回轉(zhuǎn)支撐、主軸及其連接的浮動(dòng)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(dǎo)桿支撐座等結(jié)構(gòu)。中部的工裝主體通過絲桿和導(dǎo)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(shí)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(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)鉆鉸工裝大齒盤轉(zhuǎn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)各主軸帶動(dòng)刀具旋轉(zhuǎn)，步進(jìn)電機(jī)控制鉆鉸工裝的進(jìn)給，實(shí)現(xiàn)刀具的旋轉(zhuǎn)及進(jìn)給，最終實(shí)現(xiàn)主泵聯(lián)軸器銷孔加工修復(fù)工作。

1.4 工藝流程

經(jīng)過多次試驗(yàn)及驗(yàn)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(fù)工作順利實(shí)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(shí)，可對(duì)加工質(zhì)量不合格的銷孔進(jìn)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(yàn)驗(yàn)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(jìn)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(shí)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(zhì)合金材質(zhì)的直刃鉸刀，規(guī)格為Φ36.1 mm，直徑公差等級(jí)為m5，另外，同鉆鉸工具進(jìn)給速度約為4 r/min，主軸轉(zhuǎn)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(jìn)行擠壓加工，加工完成后檢查和測(cè)量銷孔質(zhì)量，其中，每個(gè)銷孔分別在上、中、下3 個(gè)位置各測(cè)量1 組直徑數(shù)據(jù)，測(cè)量結(jié)果見表1。

表1 主泵聯(lián)軸器銷孔同鉆鉸加工后測(cè)量數(shù)據(jù)

測(cè)量結(jié)果表明，聯(lián)軸器及其可拆軸的銷孔修復(fù)質(zhì)量良好，圓柱度和粗糙度均滿足技術(shù)要求。另外，操作人員由現(xiàn)場(chǎng)4～5 人縮減2～3 人，同時(shí)由手動(dòng)操作改為半自動(dòng)操作，大幅降低人員工作強(qiáng)度，并將每臺(tái)主泵聯(lián)軸器銷孔同鉆鉸加工時(shí)間由1 周縮短至2 d，大幅縮短了工作時(shí)間。

3 結(jié)語

針對(duì)核電廠現(xiàn)有的主泵聯(lián)軸器銷孔加工中存在的設(shè)備笨重、操作不便、調(diào)整復(fù)雜、加工質(zhì)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(yàn)驗(yàn)證，加工修復(fù)后的銷孔質(zhì)量良好，尺寸精度穩(wěn)定，完全滿足設(shè)計(jì)要求；同時(shí)，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(jié)一套主泵聯(lián)軸器銷孔加工修復(fù)的工藝路線和技術(shù)參數(shù)，對(duì)保證銷孔最終表面質(zhì)量及尺寸精度具有一定的指導(dǎo)意義，配合該套設(shè)備進(jìn)行主泵聯(lián)軸器銷孔加工方案可行，具有一定實(shí)用和推廣價(jià)值。