U形弯曲件制造技术

　　核电机组主泵下电机支座中U形支撑结构特点，阐述了U形支撑下料、压制、机加工工艺。

　　关键词：下电机支座;U形支撑;压制;机加工

　　下电机支座是核岛主冷却剂泵重要支撑部件，其中零件U形支撑结构如图1所示。其制造公差要求严格，坡口为空间曲面，且尺寸变化，需要编制数控程序完成复杂坡口加工。

　　1U形支撑结构特点

　　U型支撑结构如图1所示，板厚δ50mm，间距要求900±3mm，公差要求高，成形难度大。U形支撑坡口如图2所示，内侧坡口为空间曲面，且坡口尺寸随曲面变化，所以传统加工设备无法加工，为保证零件质量，分别对下料、压制、防变形、机加工序加以控制。

　　2成形工艺

　　2.1下料

　　为保证后续压制尺寸准确，下料采用数控下料，由于压制时工件可能出现窜动，在考虑必要的机加余量的基础上，必须增加压制偏差余量，即如图3所示，一种为压制线尺寸窜动，一种为压制线角度窜动，这两种情况都需要增加余量，考虑工件尺寸较大，余量定为单边20mm。

　　2.2压制

　　控制间距公差。压制时，为提高找正精度，在压制线两侧划辅助线，使用直角尺，调整工件位置使辅助线与直角尺重合;一侧压制后从中心线测量，调整另一条压制线位置，通过以上措施使压制后工件间距满足公差要求。消除接触面划伤。进行U形支撑压制试验时，由于工件表面存在锈蚀，且模具圆角较小，造成工件压制成形后在与下模接触面处存在划伤，详见图5。我们采用增大模具圆角，压制前修磨掉工件、下模接触处锈蚀、涂抹润滑油彻底解决了接触面划伤问题。

　　2.3装焊防变形支撑

　　U型支撑开口处于自由状态，在机加时易发生较大震动，导致坡口成型质量差，采用在U型支撑内装焊槽钢支撑，增加其刚性，支撑可以直接作为夹位使用，零件与部件装配后去除。

　　3坡口数控加工

　　3.1设备型号

　　铣加工设备选用龙门式数控铣镗床，配备西门子840D系统。作为重型通用金属切削机床，其适用范围大、功能广泛，相对于重型卧式数控铣镗床，龙门铣有主轴转速高，工件便于装卡的优点。

　　3.2数控铣加工流程

　　根据U型支撑尺寸结构及现有加工设备，制定工艺流程如下：(1)铣加工纵缝坡口成型;(2)利用机床辅助划找正线;(3)数控铣加工U型支撑与半圆筒相焊侧坡口;(4)气割U型支撑锥体侧余量;(5)数控铣加工锥体侧外形。

　　3.3U型支撑纵缝坡口铣加工

　　纵缝坡口加工分为粗加工及精加工两个工步。粗加工去除毛坯的大部分余量，精加工至设计尺寸，并提高加工表面光洁度。(1)装卡。将U型支撑放置于平台上，开口向上，通过调整，保证U型支撑竖直向上的两条边与机床Y轴平行，并利用已装焊的防变形支撑压紧U型支撑。(2)加工。为提高坡口的加工质量，提制了非标成型铣刀，用于纵缝坡口的精加工，在精加工之前，使用方肩铣进行粗加工，将大部分余量去除，加工出初步形状，然后利用成型铣刀精加工至设计尺寸。虽然分为两步进行加工，增加了换刀与找正用时间，但是减少了加工时间，提高了加工效率。

　　3.4U型支撑侧面坡口及外形铣加工

　　U型支撑侧面的坡口及外形都需要分两个步骤加工，使用玉米铣粗加工，快速将大部分余量去除，再使用球头铣刀精加工，保证零件表面粗糙度。在加工时，先加工与半圆筒相焊侧坡口，在加工锥体侧外形时，便于装卡。(1)装卡。将U型支撑放置于平台上，侧边向上，开口向X负方向，利用加工纵缝时所划找正用线找正U型支撑，将压板压紧于防变形支撑上，并保证压板不妨碍加工。(2)基本设置。数控程序是数控加工的核心内容，本文选用CAM辅助编程软件NX编制数控程序。建立U型支撑几何模型后，进入NX软件的加工模式以完成程序的编制。(a)铣削几何体按照设计图纸建立U型支撑零件模型，毛坯模型依据U型支撑前一步压制成型的实际尺寸，毛坯结构简单，前一工序可利用气割将大部分余量去除，提高铣加工时的加工效率。(b)机床坐标系。根据工件实际装夹情况及对刀需求，将侧面铣加工出金属光泽后，以该平面为Z轴零点;以U型支撑底边为X轴零点，Y轴零点设在U型支撑中心线上。(c)创建刀具。粗加工采用方肩铣刀，精加工采用球头铣刀。(3)编制工序。(a)粗加工所用刀具直径较大，且工件尺寸也较大，无法使用大进给加工。基本的加工思路为大吃刀面积、小深度切削，在保证切削效率的前提下，控制残余高度较低。粗加工可分别选用“型腔铣”或“深度轮廓加工”作为切削方式，对于余量较小的表面，使用“深度轮廓加工”，其生成刀轨简洁，空走刀轨迹少，效率较高，因此，U型支撑半圆筒侧坡口加工采用“深度轮廓加工”,加工后的状态如图4所示。锥体侧外形因为空间形状复杂，采用“型腔铣”进行加工，加工后的状态如图5所示。(b)精加工。龙门铣主轴能达到较高转速，因此，在加工时，采用小切削量，高转速来提高表面质量，铣加工后将周边毛刺去除即可。精加工使用“固定轮廓铣”方式，刀具跟随U型支撑侧面的空间外形切削，没有空走刀行程，加工效率较高。加工刀轨连续、规则，设置合理的切削参数。(4)程序仿真及验证。通过NX编制上述程序后，使用其仿真功能模拟加工过程，并检查有无过切及干涉、撞刀，确认无误后通过后处理器输出数控程序。根据实际加工经验，使用第三方数控程序模拟软件进一步对刀具轨迹进行模拟、干涉仿真、验证，可降低数控程序在实际加工中出错的概率，效果更好。通过数控编程与成型刀相结合，较大的提高了加工效率，且表面质量能够保证，为今后空间形状坡口的加工提供了一个较好的方式。

　　结束语

　　通过对该型式U形弯曲件制造工艺的研究，对下料、压制、防变形、机加等关键工序采用合理的工艺手段进行有效控制，保证了产品的质量，满足了技术要求，该产品的顺利产成证明了我公司厚壁弯形件的成形、机加能力，为其他类似弯形件的制造积累了经验。

　　作者：苏朗 卢玉朝 杜国珠 单位：哈尔滨锅炉厂有限责任公司

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