核电站设备紧固件的机加质量控制研1

1、核电站设备紧固件的机加质量控制研究摘要：主要介绍核电设备中的紧固件产品在机械加工过程中应该注意的关键事项和加工难点， 潑后给出保证加工质童的有效控制方法.关键词：核电；紧固件；蝮纹；机械加工由于担心不可再生能源终将耗竭，对新能源的开发与利用在当今世界各国已是迫在眉睫, 这其中，核能源的优势显而易见。金融危机过后，核电行业的复苏进一步促进我国核电站建 设的兴起。本文将要介绍的就是核电机组反应堆压力容器顶盖组件中不町缺少的部分紧固 件的机械加工方面的问题。由于核安全的重要性，核电站用到的所有零部件都必须经过多次 的质量验证，而核反应堆压力容器的紧固件是负责连接核反应堆压力容器顶盖与筒体的重要 连接

2、件，因此，本文将重点介绍这些紧固件在制造过程屮关键部位加工质量的有效控制方法 及注意事项。1工艺流程及先决条件通常情况下，进入机械加工车间的紧固件毛坯是机械性能己合格的半成品，以主螺栓为 例，其在机械加工车间的主要机加工艺流程如下：粗加工一> 时效一> 半精-> 时效-> 加工螺纹大径留量-> 螺纹前mt->精加工 螺纹t修整不完整螺纹t钳工清整t尺寸检查-探伤（mt或pt） t打印记t 目视t表面处理任何一个产品的生产活动都离不开人、机、料、法、环等因素，为了保证 和提高产品质量，加工紧固件前应对这些因素实施有效的控制，在加工条件因素方面：冇关 人的因素，

3、由项目组负责人决定具体的操作者，在选择时应该考核的具体条件包括信仰、身 体、年龄、文化、知识、技能、经验等方面的内容，当然首先必须满足具备加工相应产品的 技术能力和资质，如杲不能够满足，应做岀相应的人员调整；在加工机械方而，加工产品前 要对机床进行全面检测，机床各项参数、功能全部合格且具备加工核电产品的资质方可被采 用；在加工用料方面，对机械加工车间而言就是选择性能合格的半成品；在加工方法方面, 一方面是核电产品的生产单位应具备相应产品的加工资质，有健全的核电产品管理制度，另 一方面是指生产过程中所使用的具有指导性的工艺文件；在加工环境方面，具体是指核电产 品的加工、存放坏境要符合制造核电产品

4、的坏境要求。2主螺栓螺纹的加工及控制方法2.1加工前的准备工作螺纹参数的测量方法一般分为单项测量和综合测量，前者指分别测量螺纹的大径、中径、 螺距，以及牙形半角，后者是用螺纹量规综合检验螺纹的作用中径1j1776,利用机械接触原 理测量外螺纹参数的方法使用的工具有螺距规、螺纹千分尺、螺纹样板、三针、钢球以及相 应的光学仪器等。其中螺纹千分尺在单项测量工具中应用较为普遍。它配有一系列的可换测 头，因此可以直接测量多种规格的螺纹中径11778,螺纹环规在综合测量工具中应用较为普 遍。而在实际加工过程中，工艺文件会对螺纹中径进行严格控制，使主螺栓、主螺母的配合 i'可隙达到最佳，所以利用螺纹

5、千分尺测量螺纹中径与利用螺纹量规综合检测螺纹相结合，是 目前在主螺栓生产制造中广泛采用的检测方法。以下笔者将具体介绍机械加工车间在开始加 工螺纹前需要准备的试验件及检测方法等。（1）检定成形车刀片。核电紧固件图纸是经过设计者运用多种软件模拟分析及结合现 场经验的反馈之后形成的己经相当成熟的技术文件，其对大径、中径、小径、螺纹牙形、相 关牙顶、牙底圆角、不完整螺纹的修整等均有具体要求。车床加工螺纹所用的车刀片通常是 iso标准螺纹刀片，若有特殊螺纹要求，则需要定制非标刀片，且需耍经过复检合格后方 可使用。其具体检测方法有两种，一种是检测螺纹刀片相关参数是否合格，另一种是将螺纹 刀片把合在车刀杆上

6、，在将刀片60。等分的前提下，检测刀杆固定基准面的直线度及平面度, 并记录检测结果，用做调整刀具的参考。（2）用螺纹刀片加工综合检测螺纹试棒（见图1）, 一个两端带有顶尖孔的同比例 螺距但直径为缩小版的螺纹试棒，加工出的螺纹大径、长度及粗糙度均应满足仪器要求。经 过计量室检测，螺纹螺距、牙形半角等参数均能满足图纸要求，再结合刀片的检测结果就可 以验证数控机床、螺纹刀杆及刀片的综合加工效果是否合格。（3）用同材质棒料按主螺栓图纸中的较长段螺纹加工1 : 1的圆柱螺纹试验件，用环 规综合检验螺纹的加工效果，从而验证加工质量是否满足要求。（4）将上述试验件在0。和180。各加工出一块螺纹粗糙度试块（

7、见图2）,分别做 好印记，且要保证加工出的螺纹与显微镜的镜头垂直，以准确检测螺纹的粗糙度，具体内容 如下。加工此试验件主要需要考虑以下两个方面：一方面，为方便激光共聚焦显微镜能够准确地测出螺纹齿面的粗糙度数值，应使加工后 的螺纹齿面平行于工作台，故加工此螺纹试块时，应在上述试验件的一个端面与图2中的 x水平面成30。夹角加工出一个侧面作为放在工作台上的基面。另一方血，由于在螺纹的不同直径处，螺旋升角各不相同，所以通常按螺纹中径d2处 计算，即</r=arctan7t（b由于常用的连接螺纹要求自锁性.故多用单线螺纹即：=arctantta2式中，0螺旋升角（刁:s导程（mm） : i2螺距

8、（mm） o在螺距p、中径<12均为已知的前提下，可得出屮的数值2.将加工面平行于螺旋线所在截面，即与螺纹圆柱棒轴线所在竖直截面成夹角i|/；考虑 到以上两个方面后，加工出的平面会平行于螺纹齿面，便于显微镜准确观察螺纹齿面的粗糙 度，当螺旋升角屮值非常小时也可忽略不计。2.2加工方法及注意事项主螺栓的加工工序较多，以下将会介绍部分工序的主要加工方法及注意事项，其中重点 介绍精加工螺纹的两种方法，用数控车床加工螺纹和用螺丝磨磨削螺纹。（1）核电产品对加工机床的要求操作者接到加工任务，仔细阅读所有资料后，应该写出核电产品技术交底记录，交由专 责技术员确认并签字；操作者对加工工件的尺寸余量、印

9、记、表面质量确认无误后方可将工 件转至机床；操作者要先经过空转试运行程序，待确认无误后方可实际对刀，试切削加工工 件；在加工过程屮，操作者要根据规定自检各部加工尺寸，且进行首件交检合格后方可加工 其余工件；要在机床卡爪与工件的接触部位垫不锈钢隔离片，以避免污染工件或因装夹力度 过人夹伤加工表而。（2）用数控车床加工螺纹螺纹加工是主螺栓加工过程屮一个非常重要的环节，通常使用数控午床加工螺纹，从检 查各部尺寸余量和表面质量，到吊运、装卡、选用刀具、调用程序、检查量具、试运行程序、 试切削，直至最后测量尺寸，在其中任何一个环节发生疏忽都会影响螺纹的加工质量，轻则 影响尺寸精度、表面粗糙度，重则影响使

10、用寿命，其至直接导致产品报废。(3) 用螺丝磨加工螺纹由于用磨削方法加工出的螺纹的粗糙度较高。因此，在产品有较高粗糙度要求时，应该优先采用磨削加工方法。需要注意的是，在磨 削加工之前的车削加工螺纹中径时要按照磨削试验件的加工效果为磨削螺纹工序留岀足够 的加工余量，且在磨削外圆及车削螺纹中径时耍利用同一顶尖孔及使用高精度顶尖，以保证 精加工后螺纹的同轴度。(4) 加工各圆角加工主螺栓直径与螺纹处的圆角时，需要用到数控程序，由于每根主螺栓有多处圆角, 仅一次装卡无法全部加工完成。因此，为提高工作效率，在实际加工中，操作者将卡爪、中 心架等调整好后，先以一端为基准，加工好一部分圆角，且用同样的方法加

11、工几件螺栓之后 再调整好机床加工另一端的圆角。但是，多件加工时需要详细记录每件主螺栓加工圆角的状 态，以指导下次加工，采用该方法时应注意一次加工螺栓的数量不宜过多。(5) 加工两端内螺纹按螺纹的加工工艺，螺纹刀具可分为两大类：一类是利用金属切削加工方法的工具，它包括：螺纹车刀、螺纹铳刀、丝锥、板牙、螺 纹切头、高速铳削螺纹用刀盘、螺纹展成刀具和砂轮等。另一类是通过使金属发生塑性变形 的加工刀具，它包括：螺纹滚丝轮、螺纹搓丝板和螺纹滚压头等。丝锥是加工圆柱形或圆锥形内螺纹的标准刀 具之一。它结构简单，使用方便，应用广泛。丝锥的种类很多，按不同用途和结构可分为手 用丝锥、机用丝锥、螺母丝锥、锥形螺

12、纹丝锥、梯形螺纹丝锥等1j1154.加工主螺栓内螺纹 时常用到的刀具有机用丝锥和螺纹铳刀，但是，用螺纹丝锥加工的内螺纹时需要在有效螺纹 的前方留有一建长度的导向段，故当图纸中的空刀距离无法满足导向段的距离要求时，就应 该选择用螺纹铳刀加工螺纹。2.3加丄后的注意事项（1）应该在加工车间划出各个项目主螺栓的存放区，在醒目位置设置标识牌，方便管 理。（2）加工后的工件应该按照技术要求在螺栓的内外表面涂防锈油，尤其在每年的雨季， 对防锈工作必须重点考核。由于主螺栓为批量加工件，在加工后操作者要及时转移及卬记, 且通常应该为螺栓配置专用的贮存架和转运箱，以方便工件的存放和转运。2.4不完整螺纹的修整此

13、部分工作内容包括钳工修整与机加修整。钳工修整主要应该注意清理飞边毛刺及棱角 的倒钝。机加修整要注意刀盘的选用，且试切削时切削量不易过大，需反复观察刀具执行螺旋程 序后z轴行走到的最深处与完整螺纹的距离来计算下一次的切削量，由于螺纹的形状不像 大平面那样能够测出准确的距离，且反复观察又会导致观察者眼睛疲劳，尤其在最后两次切 削时，容易因切削量大于实际距离而损害螺纹的完整。为解决这一问题，笔者制作一个螺纹 样板，对以较直观地量出刀具运行的安全距离，由此保证产品质量，且该样板的使用原理适 用于所有项目的主螺栓、主螺母在维修不完整螺纹时对安全距离的有效控制，可以按照不同 规格螺距做成过程控制工具（见图

14、3）。3主螺母加工的准备、难点及方法（1）内螺纹零件因受本身结构的限制，难以用光学瞄准的方法测量单项参数，通常都 采用机械接触的方法测量和泄位1j1781.用螺纹千分尺测量螺纹中径及用螺纹量规综合检验 螺纹，是生产制造中广泛采用的测量方法。这种方法不仅操作简单，而且高效、可靠。就主 螺母而言，按照图纸要求的高度，有时需要泄制专用加长加粗刀杆，以保证加工出符合图纸 要求的粗糙度。加工的关键是螺纹及球面的加工，在加工螺纹前先将螺纹车刀片送计量室检 测，合格后方可使用。由编程工艺人员对加工程序交底，由操作者确认无疑问后，先试运行 加工一件1 : 1的试验件，用内螺纹千分尺与通、止塞规检测螺纹的加工程

15、序是否正确。（2）加工及转运中的问题。核电主螺母重量在2454kg范围内，由人工放入包装箱 不仅浪费人力、效率较低，且易发生安全事故；主螺母装箱时为批量放置，相邻主螺母之间 间隙较小，用天车挂吊带将主螺母吊入包装箱时，吊带极易被压在主螺母下边难以取出。此 外，人工研磨主螺母与垫圈球面的现有方法无法保证主螺母与垫圈球面的同轴性，研磨效率 较低。为此笔者制作一个工装辅具完成主螺母的吊装及定位研磨主螺母与垫圈球面，通过使 用此辅具既方便主螺母生产过程中的转运、装箱，节省人力，避免损伤主螺母的危险，同时 又可以在研磨时保证主螺母和垫圈同轴度，且提高了研磨效率（见图4） o4紧固件的印记为保证核电产品在制造过程中“身份"的可追溯性，防止使用不正确或有缺陷的物项替换 原产品，要对核电产品作出识别标记。各生产部门在生产制造过程中，要按照图纸和工艺要 求，正确进行标识和标识转移，在最终发运出厂时按图纸要求打印记。通常情况下，卬记内 容中包含炉号、卡号和件号。炉号、卡号可以追溯毛坯的来源，件号是按照紧固件之间的要 求打卬的，如：紧固件相互之间因硬度差要求产生的卡号和件号对应关系，因螺纹中径间隙 要求产生的卡号和件号对应关系，还有因主螺母、垫圈或上、下垫圈之间球面的接触率要求 而产生的卡号和件号的对应关系等等。5结语为了提