專利名稱：高溫氣冷核反應(yīng)堆碳及石墨堆內(nèi)構(gòu)件加工方法及加工線專用設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種碳磚加工方法，尤其是ー種高溫氣冷核反應(yīng)堆碳及石墨堆內(nèi)構(gòu)件加工方法，同時(shí)還涉及實(shí)現(xiàn)該方法的加工專用設(shè)備，屬于碳塊機(jī)械加工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
新一代核反應(yīng)堆的內(nèi)構(gòu)件主要由碳磚及石墨磚構(gòu)筑而成，其中底層碳磚橫截面為等腰梯形，設(shè)有分別用以冷卻、隔熱、吸收阻隔核幅射的冷氦氣流道孔，及測溫通道、吸收球孔道、卸球管道及電熱偶槽等，壘砌安裝在內(nèi)構(gòu)件底部，在徑向分布三層——外層與中層有 30塊，內(nèi)層有15塊，三層磚分別圍成圓環(huán)形，環(huán)環(huán)相接。底層碳磚不僅材質(zhì)和形狀特殊，而且加工精度要求很高(士0. 05mm)。實(shí)踐證明，如果參照其它行業(yè)(例如冶金行業(yè))碳塊的傳統(tǒng)加工エ藝手段，采用以下主要エ藝過程銑磨四面、鋸切分割后鋸兩斜面、磨兩斜面、磨兩端面、在鏜床上加工兩斜面鍵槽及上下面的孔和槽等，各エ序需要借助通用設(shè)備逐一完成，存在如下問題①切削量大，材料利用率低；②毛坯的內(nèi)在缺陷在后エ序鋸切才能發(fā)現(xiàn)，之前的エ序成為無用功； ③エ序間需要多次傳遞、夾緊，不僅加工效率低，而且加工好的平面容易磕碰破損而產(chǎn)生廢
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發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于通過合理設(shè)置エ藝路線，提出ー種切削量小、可以充分利用碳材料的高溫氣冷核反應(yīng)堆碳及石墨堆內(nèi)構(gòu)件加工方法。同時(shí)本發(fā)明還將給出實(shí)現(xiàn)本發(fā)明方法的高溫氣冷核反應(yīng)堆碳及石墨堆內(nèi)構(gòu)件加工相應(yīng)的專用設(shè)備。為了達(dá)到以上目的，申請人經(jīng)過反復(fù)實(shí)踐摸索出本發(fā)明的內(nèi)構(gòu)件底層碳磚加工エ 藝方法，包括以下主要步驟第一歩、鋸切碳塊坯料六面，寬、高方向各面留余量(10mm)，目的主要是去除碳塊坯料表面的疙瘩、凹坑等缺陷；第二步、以碳磚長度與預(yù)留加工余量之和為間隔距離，采用圓周旋切刀具，水冷套料粗加工鋸切后碳塊上的(直徑大于100) —組流道孔；這樣不僅可以解決鏜孔加工切削量大、速度慢的問題，而且一次性套料加工，可以避免エ件轉(zhuǎn)移過程的損傷，加工出的圓柱碳芯能夠有效利用，避免了浪費(fèi)。第三步、以碳磚長度為據(jù)，定長鋸切套料加工后的碳塊坯料，并預(yù)留加工余量 (10mm)，使之成為碳磚坯；第四步、烘干脫去附在碳磚坯上的冷卻水；最好烘干溫度控制在150-200°C，烘干時(shí)間控制在30 士 anin ；第五步、將烘干的碳磚坯經(jīng)精加工各面及孔，使之成為成品底層碳磚。本發(fā)明的上述ェ藝步驟不僅打破長期以來的傳統(tǒng)ェ藝步驟，合理將鋸切ェ序前置，使碳塊內(nèi)的缺陷得以及時(shí)發(fā)現(xiàn)，從而避免不必要的無用功，而且采用較前工序成組套料加工大孔，大大減少了切削量，有效提高了工效，避免了寶貴的碳材料浪費(fèi)。上述圓周旋切刀具具有旋轉(zhuǎn)夾持盤，所述旋轉(zhuǎn)夾持盤的外端軸向延伸出包絡(luò)外圓等于待套料粗加工(留精加工余量)孔徑且關(guān)于旋轉(zhuǎn)夾持盤圓心對稱的兩圓弧刀桿，所述兩圓弧刀桿的一端連線通過旋轉(zhuǎn)夾持盤圓心，且分別裝有套料旋切刀頭。因此，當(dāng)旋轉(zhuǎn)夾持盤安裝在驅(qū)動軸上之后，在進(jìn)刀過程中，圓周旋切刀具即可在流道孔內(nèi)的圓周處進(jìn)行旋切， 切削量大大減少。待孔加工好之后，兩圓弧刀桿中形成可以利用的碳芯。在機(jī)械加工行業(yè)， 大孔的套料加工一直采用環(huán)形套料刀具旋切，實(shí)驗(yàn)證明，采用傳統(tǒng)環(huán)形套料刀具對于碳材料切屑很容易積屑阻塞，隨著孔深加深，惡性循環(huán)，導(dǎo)致加工十分困難，而采用本發(fā)明的兩對稱圓弧刀桿套料，由于套料圓周的軸向始終具有流暢的通道，因此排屑通常，可以徹底避免積屑堵塞，同時(shí)兩圓弧桿加工時(shí)刀具切削阻力平衡，受力狀況好。由于碳材料十分酥脆，為了避免單端套料加工流道孔刀桿過長，以及加工到孔端時(shí)孔口裂損，破壞端面平整的現(xiàn)象，所述第二步采用兩把圓周旋切刀具，從流道孔兩端同時(shí)套料。這樣，兩端的刀具在碳塊內(nèi)部交匯，不僅刀桿不必太長，而且不會影響孔口端面的平整度。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。圖1為本發(fā)明的核反應(yīng)堆底層碳磚示意圖。圖2為圖1的剖面圖。圖3為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的工序示意圖。圖4為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的圓周旋切刀具結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為圖4的側(cè)視圖。圖6為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明精加工各步驟的自動加工生產(chǎn)線示意圖。圖7為圖6的俯視圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一本實(shí)施例的內(nèi)構(gòu)件底層碳磚如圖1和圖2所示，截面為等腰梯形，設(shè)有分別用以冷卻、隔熱、吸收阻隔核幅射的冷氦氣流道孔(大孔)，及測溫通道、吸收球孔道、卸球管道及電熱偶槽等。該底碳層磚的加工工藝方法包括以下步驟第一步、鋸切碳塊坯料六面，寬、高方向各面留余量10mm，本步驟的目的主要是去除碳塊坯料表面的疙瘩、凹坑等缺陷，并在發(fā)現(xiàn)存在嚴(yán)重內(nèi)部缺陷時(shí)終止加工(圖3-A)。第二步、以碳磚長度與預(yù)留加工余量之和為間隔距離，采用圓周旋切刀具，水冷套料粗加工鋸切后碳塊上直徑大于100的一組流道孔；此步驟可以解決鏜孔加工切削量大、 速度慢的問題，而且一次性套料加工，可以避免工件轉(zhuǎn)移過程的損傷，加工出的圓柱碳芯能夠有效利用，避免了浪費(fèi)(圖3-B)。第三步、以碳磚長度為據(jù)，定長鋸切套料加工后的碳塊坯料，并預(yù)留加工余量 IOmm,使之成為碳磚坯(圖3-C)。
第四步、將套料后的碳磚坯放入烘干機(jī)，溫度控制在150-200°C，時(shí)間控制在 30 士 2min，烘干烘干脫去附在碳磚坯上的冷卻水。第五步、將烘干的碳磚坯轉(zhuǎn)入自動加工生產(chǎn)線，經(jīng)精加工各面及孔，使之成為成品底層碳磚，該生產(chǎn)線由圖6、圖7所示，由自動輸送、翻轉(zhuǎn)裝置銜接的各自動加工機(jī)床構(gòu)成， 精加工的具體過程如下5. 1、將烘干的碳磚坯由天車吊放進(jìn)自動送料倉5-1，推進(jìn)機(jī)構(gòu)將料推至機(jī)械手的抓取位置處；5. 2、機(jī)械手5-2將坯料抓取至設(shè)定位置后，自動送料機(jī)構(gòu)5-4將料自動送入全數(shù)控內(nèi)構(gòu)件碳塊銑磨機(jī)床工作臺上，經(jīng)自動夾緊機(jī)構(gòu)5-3夾緊后，銑削機(jī)組5-5先同時(shí)粗銑底碳層磚的上、下平面，留磨量0. 2 0. 3mm，磨削機(jī)組5_6再同時(shí)磨至圖紙尺寸要求，經(jīng)在線檢測設(shè)備5-7檢驗(yàn)合格后，自動夾緊機(jī)構(gòu)將エ件松開(圖3-D)；5. 3、機(jī)械手5-8將エ件抓取后，自動送料機(jī)構(gòu)5-9將其送入自動翻轉(zhuǎn)與回轉(zhuǎn)機(jī)組 5-10，經(jīng)自動翻轉(zhuǎn)后，將已加工好的下平面做為下道エ序的基準(zhǔn)，經(jīng)自動回轉(zhuǎn)后，將下道エ 序要加工的兩端面回轉(zhuǎn)至與走刀方向相平行；5. 4、機(jī)械手5-8及自動送料機(jī)構(gòu)5_9將翻轉(zhuǎn)與回轉(zhuǎn)后的エ件再送入全數(shù)控內(nèi)構(gòu)件碳塊銑磨機(jī)床工作臺上，自動夾緊機(jī)構(gòu)夾緊エ件后，銑削機(jī)組先粗銑底碳層磚的兩端面留磨量0. 2 0. 3mm，磨削機(jī)組再磨至圖紙尺寸要求。經(jīng)自動在線檢測合格后，自動夾緊機(jī)構(gòu)將エ件松開(圖3-E)；5. 5、機(jī)械手5-8及自動送料機(jī)構(gòu)5_9將加工好的碳塊送到輸送線待料區(qū)等候的夾具中，輸送線將夾具及エ件送至龍門絎架5-11下，通過氣動扳手手動夾緊后，龍門上機(jī)械手將夾具送至臥式鏜銑與磨削復(fù)合加工中心機(jī)床5-12工作臺上；5. 6、經(jīng)工作臺上電磁吸盤自動定位吸緊后，進(jìn)入加工區(qū)，銑ー環(huán)形面留磨量 0. 2 0. 3mm，工作臺自動回轉(zhuǎn)定位后，銑另ー環(huán)形面留磨量0. 2 0. 3mm。工作臺回轉(zhuǎn)，磨環(huán)形面，工作臺再自動回轉(zhuǎn)定位后，磨另ー環(huán)形面，控制寬度與錐度尺寸，經(jīng)自動在線檢測合格后。機(jī)械手自動換刀，銑兩環(huán)形面直槽至要求，經(jīng)在線檢測合格后，工作臺退回到原位， 吸盤自動退磁(圖3-F)；5. 7、龍門上機(jī)械手將夾具吊放至另ー夾具中，經(jīng)手動定位與夾緊后，圍繞中心軸回轉(zhuǎn)90°后，機(jī)械手將另ー夾具送至臥式鏜銑與磨削復(fù)合加工中心機(jī)床工作臺上；5. 8、經(jīng)工作臺上電磁吸盤自動定位吸緊后，工作臺攜夾具進(jìn)入加工區(qū)，加工碳塊上下面的孔，腰形槽導(dǎo)線槽等。經(jīng)在線檢測合格后，工作臺退回到原位，吸盤自動退磁(圖 3-G)；5. 9、機(jī)械手將夾具送至初始位置處，圍繞中心軸回轉(zhuǎn)90°后，手動卸下壓板；機(jī)械手將夾具送至輸送線工作臺上，手動卸下壓板后，輸送線將夾具送至卸料位置處，卸料后，夾具返回至待料區(qū)待料，進(jìn)行第二次的待料加工；在自動加工生產(chǎn)線上完上述エ步后，轉(zhuǎn)入立臥復(fù)合加工中心上加工直槽及熱電偶 fe 5. 10、從自動線上卸下エ件，上夾具銑兩斜面上直槽至圖紙要求并倒角(圖3-1)；5. 11、翻轉(zhuǎn)エ件，上夾具銑另一面上的各槽并倒角(圖3-J)。
至此，整個(gè)內(nèi)構(gòu)件底層碳磚加工完成。
上述圓周旋切刀具如圖5和圖6所示，該刀具的旋轉(zhuǎn)夾持盤1外端軸向延伸出包絡(luò)外圓等于待套料粗加工(留精加工余量)孔徑且關(guān)于旋轉(zhuǎn)夾持盤圓心對稱的兩圓弧刀桿 2。兩圓弧刀桿2的一端連線通過旋轉(zhuǎn)夾持盤圓心，且分別通過緊固件裝有套料旋切刀頭3。 兩套料旋切刀頭3的徑向?qū)挾染笥趫A弧刀桿2的徑向厚度的二分之一，且分別安置在兩圓弧刀桿2徑向的內(nèi)側(cè)和外側(cè)，因此切削時(shí)形成兩套料旋切刀頭3分別形成相互具有重疊趨于的內(nèi)外兩圈切削軌跡。徑向內(nèi)側(cè)的刀頭用于切削環(huán)形槽內(nèi)徑，徑向外側(cè)的刀頭用于切削環(huán)形槽外徑，最終兩者互相重疊，從而高效實(shí)現(xiàn)一次套料完成環(huán)形槽切削加工。為了解決切削深孔的散熱問題，旋轉(zhuǎn)夾持盤1還具有分別通往兩圓弧刀桿2端頭的冷卻液流道，該冷卻液流道由旋轉(zhuǎn)夾持盤1中心進(jìn)液孔4-1，經(jīng)該中心進(jìn)液孔朝兩側(cè)徑向延伸的分流孔4-2，與穿過圓弧刀桿2的輸液孔4-3連通，直至圓弧刀桿2端頭的出液孔 4-4。這樣，在套料加工過程中，冷卻液可以直達(dá)旋切刀頭處，確保冷卻效果。為了避免單端套料加工流道孔刀桿過長，以及加工到孔端時(shí)孔口裂損，破壞端面平整的現(xiàn)象，套料加工機(jī)床的兩端分別具有安裝圓周旋切刀具旋轉(zhuǎn)夾持盤的動力頭，因此加工時(shí)，從碳塊對應(yīng)流道孔的位置兩端同時(shí)套料，直至兩端的刀具在碳塊內(nèi)部交匯。這樣不僅刀桿長度只需孔深的一半即可，而且不會影響孔口端面的平整度。實(shí)踐證明，采用本實(shí)施例的方法具有如下顯著優(yōu)點(diǎn)1)，先鋸切下料再進(jìn)行加工能及早發(fā)現(xiàn)碳塊的成型缺陷，減少加工工時(shí)及相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)損失，從而解決了毛坯內(nèi)部缺陷難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致碳塊加工不合格的技術(shù)難題。2)即一次裝夾進(jìn)行多序加工的集中工序加工方式，減少了工件傳輸次數(shù)，不僅提高了加工效率，而且減少了碰邊掉角情況發(fā)生。3)合理設(shè)置烘干工藝，保證了后續(xù)工藝的順利進(jìn)行，縮短了工期。4)采用機(jī)械手自動輸送，自動在線檢測，極大提高了產(chǎn)品產(chǎn)出合格率，消除了人工檢測的誤差。除上述實(shí)施例外，本發(fā)明還可以有其他實(shí)施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種高溫氣冷核反應(yīng)堆碳及石墨堆內(nèi)構(gòu)件加工方法，其特征在于包括以下主要步驟第一步、鋸切碳塊坯料六面，寬、高方向各面留余量；第二步、以碳磚長度與預(yù)留加工余量之和為間隔距離，采用圓周旋切刀具，水冷套料粗加工鋸切后碳塊上的一組流道孔；第三步、以碳磚長度為據(jù)，定長鋸切套料加工后的碳塊坯料，并預(yù)留加工余量，使之成為碳磚 ；第四步、烘干脫去附在碳磚坯上的冷卻水；第五步、將烘干的碳磚坯經(jīng)精加工各面及孔，使之成為成品底層碳磚。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫氣冷核反應(yīng)堆碳及石墨堆內(nèi)構(gòu)件加工方法，其特征在于所述第二步采用兩把圓周旋切刀具，從流道孔兩端同時(shí)套料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高溫氣冷核反應(yīng)堆碳及石墨堆內(nèi)構(gòu)件加工方法，其特征在于所述第三步的烘干溫度控制在150-200°C，烘干時(shí)間控制在30士aiiin。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述高溫氣冷核反應(yīng)堆碳及石墨堆內(nèi)構(gòu)件加工方法采用的圓周旋切刀具，其特征在于具有旋轉(zhuǎn)夾持盤，所述旋轉(zhuǎn)夾持盤的外端軸向延伸出包絡(luò)外圓等于待套料粗加工孔徑且關(guān)于旋轉(zhuǎn)夾持盤圓心對稱的兩圓弧刀桿，所述兩圓弧刀桿的一端連線通過旋轉(zhuǎn)夾持盤圓心，且分別裝有套料旋切刀頭。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的圓周旋切刀具，其特征在于所述兩套料旋切刀頭的徑向?qū)挾染笥趫A弧刀桿的徑向厚度的二分之一，且分別安置在兩圓弧刀桿徑向的內(nèi)側(cè)和外側(cè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的圓周旋切刀具，其特征在于所述旋轉(zhuǎn)夾持盤具有分別通往兩圓弧刀桿端頭的冷卻液流道，所述冷卻液流道由旋轉(zhuǎn)夾持盤的中心進(jìn)液孔，經(jīng)所述中心進(jìn)液孔朝兩側(cè)徑向延伸的分流孔，與穿過圓弧刀桿的輸液孔連通，直至圓弧刀桿端頭的出液孔。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高溫氣冷核反應(yīng)堆碳及石墨堆內(nèi)構(gòu)件加工方法，同時(shí)還涉及實(shí)現(xiàn)該方法的加工專用設(shè)備，屬于碳塊機(jī)械加工技術(shù)領(lǐng)域。該方法包括以下步驟鋸切碳塊坯料六面；以碳磚長度與預(yù)留加工余量之和為間隔距離，采用圓周旋切刀具，水冷套料粗加工經(jīng)鋸切后碳塊上的一組流道孔；定長鋸切套料加工后的碳塊坯料，使之成為碳磚坯；烘干脫去附在碳磚坯上的冷卻水；將烘干的碳磚坯經(jīng)精加工各面及孔，使之成為成品底層碳磚。本發(fā)明的工藝步驟不僅打破長期以來的傳統(tǒng)工藝步驟，合理將鋸切工序前置，使碳塊內(nèi)的缺陷得以及時(shí)發(fā)現(xiàn)，從而避免不必要的無用功，而且采用較前工序成組套料加工大孔，大大減少了切削量，有效提高了工效，避免了寶貴的碳材料浪費(fèi)。
文檔編號B28B11/12GK102528915SQ20111046046
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月27日
發(fā)明者嚴(yán)小林, 葉佩青, 戴愛國, 朱強(qiáng), 梅建文, 陳善元 申請人:嚴(yán)小林, 泰興市晨光高新技術(shù)開發(fā)有限公司, 陳善元