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1、(10)申请公布号 CN 102451976 A(43)申请公布日 2012.05.16CN102451976A*CN102451976A*(21)申请号 201010524766.1(22)申请日 2010.10.29B23P 15/00(2006.01)(71)申请人上海重型机器厂有限公司地址 200245 上海市闵行区江川路1800号(72)发明人田彩红 沈尧荣 邹晔(74)专利代理机构上海浦一知识产权代理有限公司 31211代理人张骥(54) 发明名称AP1000核电主管道热段弯管的制造方法(57) 摘要本发明公开了一种AP1000核电主管道热段弯管的制造方法，采用卧式数控镗铣床，机床。
2、的刀具采用接长刀排，加工包括短直管段、长直管段、弯管段的弯管，加工过程包括以下步骤：第一步，采用镗铣的方式加工直管段；第二步，加工弯管段；工序1、采用上半椭圆与下半椭圆分开加工的方式，加工弯管段的内壁；工序2、弯管段外壁的加工。本发明采用变长轴半椭圆截面行星铣削法，进行弯管段内壁的加工，即从变化的椭圆截面中寻找规律，并利用此规律进行弯管的仿型加工，从而实现弯管的机加工，从而解决弯管难以进行机加工的问题。(51)Int.Cl.权利要求书1页 说明书4页 附图4页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 4 页1/1页21.一种AP1000核。
3、电主管道热段弯管的制造方法，其特征在于：采用卧式数控镗铣床，机床的刀具采用接长刀排，加工包括短直管段、长直管段、弯管段的弯管，加工过程包括以下步骤：第一步，采用镗铣的方式加工直管段；第二步，加工弯管段；工序1、采用上半椭圆与下半椭圆分开加工的方式，加工弯管段的内壁；先加工弯管段的上半椭圆：刀具沿短直管段轴心线的方向进入弯管段部分，采用主轴加接长刀排，在保证主轴与孔壁不碰的情况下，先加工短直管段一侧的上半内圆弧的第一区域；然后保证主轴与孔壁不碰，保持主轴的高度不变，加工至最大长度，完成对短直管段一侧上半内圆弧的第二区域的加工；再让刀具沿长直管段轴心线的方向进入弯管段部分，加工剩余的上半圆弧，完成。
4、对长直管段一侧上半内圆弧的第三、第四区域的加工；最后加工弯管段的下半椭圆：主轴加接长刀排，采用比主轴直径大的刀具，进入内孔进行下半内圆弧的仿型加工；工序2、弯管段外壁的加工：弯管段外壁为外侧圆弧，采用球刀加接长刀排，切削工件的外侧，实现外侧圆弧的加工。2.根据权利要求1所述的AP1000核电主管道热段弯管的制造方法，其特征在于：所述工序1加工弯管段的内壁的计算方法为：已知内孔、中心圆弧的尺寸，以角为自变量，根据角求得轴向深度H1以及圆弧中心至内侧、外侧、中心圆弧的截面尺寸L1、L2、L0，以此推算出上半近似椭圆的长轴L1L0-L1，下半近似椭圆的长轴L2L2-L0，近似椭圆的短轴为管道的内孔半。
5、径；根据不同截面的尺寸，数控编程加工出近似椭圆截面，控制截面上半部分过切、下半部分少切的量在误差允许的范围内，实现弯管段内孔的加工。3.根据权利要求2所述的AP1000核电主管道热段弯管的制造方法，其特征在于：所述截面上半部分过切、下半部分少切的量的误差允许的范围为壁厚12.5。权 利 要 求 书CN 102451976 A1/4页3AP1000 核电主管道热段弯管的制造方法技术领域0001 本发明涉及一种金属切削机械加工工艺，具体涉及一种AP1000核电主管道热段弯管的制造方法。背景技术0002 随着核电的发展，对核电设备的要求不断提高。第三代核电技术美国西屋公司的AP1000核电站是当前全。
6、球最先进的核电站，其功率为100兆瓦，设备的设计使用寿命为60年。0003 主管道是核电站十大主设备之一，是核电站核反应堆一回路的主要部件。主管道将核反应堆的压力容器、蒸发器主泵连接起来组成一个环形回路。核反应堆压力容器产生的热量由介质通过主管道热段传递给蒸发器；冷却后的介质再经过主管道冷段由主泵送回核反应堆压力容器中，形成一个环形的一回路热交换系统。0004 主管道由冷段、热段、过渡段三部分组成，分为直管和弯管。主管道的工作条件是高温(设计温度350)、高压(设计压力17MPa)，管道内受到流速为11米/秒介质的冲刷，介质带有高剂量的放射性元素，因此还受到介质的腐蚀。一旦一回路管道发生泄露或。
7、破坏事故，造成的危害将不堪设想。0005 根据主管道的工作条件，AP1000主管道的设计原则是：尽量减少与反应堆管道相关的焊缝，尽量减少在役检查的工作量，减少工作人员受照射剂量；缩短在役检查的时间，缩短换料时间，以提高电厂设备可利用率，提高经济效益；反应堆管道无安装“调节段”，其两端直接与反应堆压力容器和蒸汽发生器连接。因此，要求反应堆管道为带有4英寸以上接管嘴的整体锻件，高加工精度，以保证安装过程一次接成功。限于以上设计原则，AP1000主管道热段弯管的结构为：外径尺寸965，内径尺寸785，管壁厚90mm，弯管弯曲变薄率15，管嘴与管道设计为一体。0006 第一代核电产品的主管道，法国为砂。
8、型铸造，材质为CF8M；俄罗斯采用电渣熔铸方法制造弯管，比砂型铸造好。0007 第二代核电产品的主管道，主管道要求锻件采用钢锭锻成长筒体锻件，再机加工成直管(也可采用挤压法生产大口径的无缝管)，利用直管在弯管机上冷弯或高频加热热弯成形。冷弯弯管生产前一定要进行固溶化处理，提高塑性和韧性，防止内应力高，冷弯总变形量要控制在30以下，要分几次进行。每次之间要做除应力退火或固溶处理。由于冷弯必然使材质产生冷作硬化，弯管小R处应力集中。0008 对于设计要求更高的第三代核电产品，毛坯要求为锻件，直径比之前的AP600加大，长度加长，圆弧的弯曲度56.4较大，第一代产品的制造方法不可行，第二代产品的制造。
9、方法难以满足要求(甚至不能实现)，目前国际上还没有一家单位能冷弯或热弯出这么大直径的管道，最多也只能弯出大致形状及尺寸，弯好之后还需进行精加工。机床和刀具的选择也是一大难点，必须进行准确的计算，尤其是弯管内侧加工很困难。该管道的加工对于目前国际上的加工技术来说是个挑战。说 明 书CN 102451976 A2/4页4发明内容0009 本发明所要解决的技术问题是提供一种AP1000核电主管道热段弯管的制造方法，它可以对热段弯管进行机加工。0010 为解决上述技术问题，本发明AP1000核电主管道热段弯管的制造方法的技术解决方案为：0011 采用卧式数控镗铣床，机床的刀具采用接长刀排，加工包括短直。
10、管段、长直管段、弯管段的弯管，加工过程包括以下步骤：0012 第一步，采用镗铣的方式加工直管段；0013 第二步，加工弯管段；0014 工序1、采用上半椭圆与下半椭圆分开加工的方式，加工弯管段的内壁；0015 先加工弯管段的上半椭圆：刀具沿短直管段轴心线的方向进入弯管段部分，采用主轴加接长刀排，在保证主轴与孔壁不碰的情况下，先加工短直管段一侧的上半内圆弧的第一区域；0016 然后保证主轴与孔壁不碰，保持主轴的高度不变，加工至最大长度，完成对短直管段一侧上半内圆弧的第二区域的加工；0017 再让刀具沿长直管段轴心线的方向进入弯管段部分，加工剩余的上半圆弧，完成对长直管段一侧上半内圆弧的第三、第四。
11、区域的加工；0018 最后加工弯管段的下半椭圆：主轴加接长刀排，采用比主轴直径大的刀具，进入内孔进行下半内圆弧的仿型加工；0019 加工弯管段的内壁的计算方法为：已知内孔、中心圆弧的尺寸，以角为白变量，根据角求得轴向深度H1以及圆弧中心至内侧、外侧、中心圆弧的截面尺寸L1、L2、L0，以此推算出上半近似椭圆的长轴L1L0-L1，下半近似椭圆的长轴L2L2-L0，近似椭圆的短轴为管道的内孔半径；根据不同截面的尺寸，数控编程加工出近似椭圆截面，控制截面上半部分过切、下半部分少切的量在误差允许的范围内，实现弯管段内孔的加工。0020 所述截面上半部分过切、下半部分少切的量的误差允许的范围为壁厚12.。
12、5。0021 工序2、弯管段外壁的加工；0022 弯管段外壁为外侧圆弧，采用球刀加接长刀排，切削工件的外侧，实现外侧圆弧的加工。0023 本发明可以达到的技术效果是：0024 本发明采用变长轴半椭圆截面行星铣削法，进行弯管段内壁的加工，即从变化的椭圆截面中寻找规律，并利用此规律进行弯管的仿型加工，从而实现弯管的机加工，从而解决弯管难以进行机加工的问题。附图说明0025 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：0026 图1为采用本发明对弯管上半圆弧进行机加工的加工区域图；0027 图2为本发明的计算原理图；0028 图3为刀具进入弯管加工的示意图；说 明 书CN 10245197。
13、6 A3/4页50029 图4为弯管段随变化的截面图；0030 图5为截面线与标准椭圆线的比较图；0031 图6为截面与标准椭圆线的误差示意图。0032 图中附图标记说明：0033 为弯管的不同位置与主轴垂直方向的夹角，0034 H1为弯管的轴向深度，0035 L1为弯管的圆弧中心至内侧圆弧的截面尺寸，0036 L2为弯管的圆弧中心至外侧圆弧的截面尺寸，0037 L0为弯管的圆弧中心至中心圆弧的截面尺寸，0038 L1为上半近似椭圆的长轴，0039 L2为下半近似椭圆的长轴。具体实施方式0040 本发明AP1000核电主管道热段弯管的制造方法，采用200卧式数控镗铣床，机床的刀具采用接长刀排；。
14、本发明可以用于加工内径为785，短直管段为1412mm，长直管段为2585.7mm，弯管段角度56.4的热段弯管，如图1所示；0041 2 00卧式数控镗铣床机床的特点是：主轴可伸长1400mm，方滑枕可伸长1000mm，方滑枕外接圆尺寸546，工作台可移动1600mm。0042 由于圆弧内侧向里凹，直管内壁为机床主轴的极限位置，所以刀具必须伸出机床主轴。0043 定义刀具伸出机床主轴的距离为r，则：0044 机床主轴的直径+2r弯管内径0045 即：200)+2r7850046 可以取r285mm，即加长刀排的半径为285mm。0047 加工过程包括以下步骤：0048 第一步，采用镗铣的方式。
15、加工直管段；镗铣加工方式为现有技术，在此不作赘述。0049 第二步，加工弯管段；0050 工序1、弯管段内壁的加工；0051 加工时，如图1所示，采用上半椭圆与下半椭圆分开加工的方式，先加工弯管段的上半椭圆(即上半内圆弧)：0052 刀具沿短直管段轴心线的方向进入弯管段部分，采用主轴加接长刀排，在保证主轴与孔壁不碰的情况下，先加工至最大范围43.52，即短直管段一侧的上半内圆弧的第一区域；0053 然后保证主轴与孔壁不碰，保持主轴的高度不变，加工至最大长度，完成对短直管段一侧上半内圆弧的第二区域的加工；0054 再让刀具沿长直管段轴心线的方向进入弯管段部分，加工剩余的上半圆弧，完成对长直管段一。
16、侧上半内圆弧的第三区域、第四区域的加工；0055 最后加工弯管段的下半椭圆(即下半内圆弧)：0056 主轴加接长刀排，采用比主轴直径大的刀具，进入内孔进行下半内圆弧的仿型加说 明 书CN 102451976 A4/4页6工；0057 如图2所示，已知内孔、中心圆弧的尺寸(根据设计要求确定)，以角为白变量，根据角可求得轴向深度H1以及圆弧中心至内侧、外侧、中心圆弧的截面尺寸L1、L2、L0，以此可推算出上半近似椭圆的长轴L1L0-L1，下半近似椭圆的长轴L2L2-L0。根据不同截面的尺寸，数控编程即可加工出近似的椭圆截面，实现弯管段内孔的加工。0058 该加工方法的原理如下：0059 如图2所示。
17、，弯管沿R1429.3圆弧半径方向的所有截面为相等的环形截面，要加工出此型面，必须使机床主轴沿弯管中心R1429.3圆弧线运动且与半径方向法向垂直，但是由于管道长度及孔口的限制，这是无法实现的。本发明采用变长轴半椭圆截面行星铣削法，进行弯管段内壁的加工，即从变化的椭圆截面中寻找规律，并利用此规律进行弯管的仿型加工，从而实现弯管的机加工，从而解决弯管难以进行机加工的问题。0060 如图3所示，刀具沿直管段轴心线的方向进入弯管部分，根据弯管与主轴垂直方向不同位置角所截得的形面为鸭蛋形，如图4a至图4g所示，角越大，鸭蛋形的长度越长；0061 利用标准椭圆来近似该鸭蛋形截面，根据不同角截得的鸭蛋形截。
18、面的长度计算椭圆的长轴，同一截面以两个长轴不等的标准椭圆来近似，保证上半椭圆和下半椭圆的中心均在R1429.3中心线上，利用数学关系自动计算分离出上下半椭圆长半轴数据，即上半椭圆长轴为内弧线(R1036.8)至中心(R1429.3)尺寸、下半椭圆的长轴为外弧线(R1821.8)至中心(R1429.3)尺寸，而短轴均为管道内孔尺寸392.5(785/2)不变，如图5a至图5g所示。0062 由图6a至图6g可知，在要加工范围内随着角度的增大，标准椭圆与实际截面的误差越来越大，故截面上半部分过切，下半部分少切。0063 通过控制椭圆度误差在允许的范围之内，计算可加工的最大范围，因加工范围关于56.。
19、4角平分线对称，故从短段尽可能加工至最大范围，最大长度，以减少长段加工的量。根据设计要求弯管处壁厚为理论壁厚12.5，现以允许的最小壁厚值75mm计算，即9.375mm，由截面图知，可将上半圆弧加工至50左右，下半圆弧加工至将近900064 工序2、弯管段外壁的加工；0065 弯管段外壁为外侧圆弧，采用球刀加接长刀排，切削工件的外侧，实现外侧圆弧的加工。外侧圆弧的加工采用现有的机加工方法即可实现。说 明 书CN 102451976 A1/4页7图1说 明 书 附 图CN 102451976 A2/4页8图2图3说 明 书 附 图CN 102451976 A3/4页9说 明 书 附 图CN 102451976 A4/4页10说 明 书 附 图CN 102451976 A10。