核島調節閥閥芯組件銷釘鉆取工裝和配鉆工裝研究

［摘 要］核電設備的閥芯在工作一段時間后會發生磨損，需要更換，但閥桿一般還可以繼續使用。為提升材料利用率，節省成本，可將更換的閥芯安裝到舊閥桿上。采用銷釘固定為組件，在更換時需要鉆取銷釘并進行配鉆作業，使開設的孔與舊閥桿的孔保證較高的同軸度。文章研究了核島調節閥閥芯組件銷釘鉆取工裝和配鉆工裝，以確保鉆取和配鉆時的準確性和作業效率。

［關鍵詞］調節閥；閥芯；銷釘；鉆取

［中圖分類號］TM623 ［文獻標志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）05–0067–03

核島調節閥閥芯通過螺紋連接在閥桿上，采用銷釘固定為組件。由于閥芯長期受流體沖刷，密封面極易出現損傷，缺陷較大時難以通過研磨車削修復，需要更換備件。為節約成本，在舊閥桿尚可繼續使用時，可對閥芯組件取銷后使用舊閥桿旋入新閥芯重新配鉆。但銷釘與銷孔為過盈配合，銷釘端部又被鉚擊變形，使用敲擊等方式很難將銷釘取出，而新閥芯備件沒有銷孔，需要以舊閥桿銷孔為基準重新配鉆，而閥桿上的銷孔處于螺紋段，旋入閥芯后銷孔不可觀察，無法作為基準對鉆孔位置進行定位找正，盲目鉆孔極易造成閥芯上的新孔不對中或閥桿上的舊孔直徑變大等缺陷。為確保對閥芯進行正常開孔作業，需要研發新型的核電鉆取與配鉆設備，進一步提升更換效率和準確性。

1 調節閥閥芯組件銷釘鉆取工裝

部分核島調節閥的閥芯帶有波紋管，波紋管需隨閥門定期解體檢查并更換其支架墊片，但若不拆除閥芯組件，便無法將波紋管和支架墊片取出檢查。銷釘鉆取用于鉆取銷釘旋下閥瓣，工裝設計為應對不同尺寸和類型的設備，可對長度不大于80 mm、直徑為3～12 mm 的圓柱銷、錐銷、斜位銷等各式銷釘進行鉆取，最大加工深度不大于150 mm，具備最小20 mm的水平避讓能力。

工裝包括夾持及鉆取兩個模塊，其中夾持部分具備定位、導向及對閥瓣進行力矩緊固的功能，鉆取模塊配置大扭矩充電電鉆并具有導向功能。進行鉆取時采用定位螺釘定位銷釘孔，定位后鎖緊夾具和螺釘，更換比銷釘孔小0.2 mm 的導向孔導向螺釘，并適配銅環。不同直徑閥瓣使用不同直徑墊環，采用與導向螺釘孔孔徑相同的鉆頭鉆取銷釘，配置有觀察孔，查看鉆取情況并排出銷釘碎屑。

2 調節閥閥芯組件銷釘配鉆工裝

配鉆工裝具備銷釘鉆取和盲孔配鉆的能力，可以對銷釘或銷孔快速定位，新鉆取的銷孔的尺寸精度公差為±0.05 mm，可對直徑50 mm 及長度1 100 mm 以內的普通閥桿及波紋管式閥桿進行銷孔定位及閥桿固定。工作臺由夾持和托舉閥芯升降的部分構成，為完成斜位銷取配鉆，要調整閥芯的旋轉角度。柱塞式調節閥閥芯配鉆前將閥桿旋入閥桿并按力矩緊固，還具備可抱緊或卡緊閥芯的能力，以按力矩緊固閥桿時閥瓣不發生轉動。而碟形調節閥閥芯結構與柱塞式調節閥相差較大，工裝需要對口徑500 mm 以內的蝶形調節閥的錐形銷進行配鉆。

調節閥閥芯組件的銷釘配鉆工裝由高精度鉆床、盲孔配鉆工作臺、閥桿固定裝置、銷孔定位裝置4 個部分構成。銷釘孔定位時調整閥桿位置，使銷釘孔定位針上下兩端分別對齊上部及下部定位針，定位后將閥桿固定，取下銷釘孔定位針，安裝閥瓣到閥桿上，換上合適鉆頭鉆孔。閥桿可在前端固定裝置中心沿x軸、y 軸及z 軸3 個方向相對轉動，調整到位后鎖死固定。后端固定裝置可帶動閥桿尾部沿x 軸、y 軸方向相對運動，以及沿閥桿中心軸線旋轉，調整到位后鎖死固定。

3 舊閥桿與配鉆工藝設計

3.1 斜孔配鉆

斜孔配鉆流程如下：①將連接板安裝在四軸端面上，采用螺栓進行緊固（注：四軸端面在使用前應進行相應清潔吹掃，防止四軸端面有異物影響加工精度）。根據舊閥桿尺寸選擇相應孔徑的安裝座和夾緊座，并將其安裝在連接板上。②根據舊閥桿上的孔選擇相適配的測量塊，將舊閥桿穿入夾緊座，調整四軸至舊閥桿水平，旋入新閥芯（不需要擰緊），然后將移動托盤安裝到工作臺上，調整四軸往回轉，待閥芯和移動托盤靠近后停止四軸運動，確認移動托盤可以夾持新閥芯，取下移動托盤。選擇好與斜孔配合的錐塞，將尾部塞入測量塊內，最后將測量塊放入閥芯斜孔內。③控制選擇手搖輪模式，使用手搖輪之前確認主軸不會與工件發生碰撞，若發生碰撞，合理調整手輪模式的倍率，且軸向選鈕調整至手輪正向轉動。主軸位置在手搖輪上分別選擇x 軸和y 軸移動工作臺，在主軸或主軸附近裝上百分表，調整百分表和測量塊接觸的同時，確認表盤是否在可視范圍內。在空間范圍相距非常近的情況下，手輪調整到倍率 x1，移動工作臺讓百分表的紅測頭靠近測量塊，將百分表指針轉到量程的 2/3，打表時選擇各軸相應移動，測量頭不能超出被測物體的接觸面，超出后重新調整位置，不能往回移動接觸，否則會將側頭碰斷。④移動工作臺位置，將百分表放在測量塊左面x1 上，測量測量塊y 軸方向的平行度，將測量塊的平行度調整在 0.01 mm 內并敲緊，重復打表確認y 軸方向平行度在一絲（0.01 mm）內。⑤調整工作臺位置，將百分表放在測量塊 x 軸 x1 中間位置，上下移動z 軸，根據百分表測量數值變化旋轉舊閥桿，直至百分表的測量值小于 0.01 mm，鎖緊四軸上夾具的夾緊螺栓，重復該步驟，確認精度小于0.01 mm 后夾緊就閥桿。⑥調整工作臺位置，將百分表放在測量塊y 軸y1 的中間位置，上下移動z 軸，根據百分表測量數值變化調整四軸角度，直至百分表的測量值小于 0.01 mm ，取下百分表換上分中棒。⑦主軸旋轉，進入 MDI（手動輸入）模式，輸入指令，分中棒的轉速不宜過高， 一般在控制500～1 000 r/min。⑧在轉數為500 r/min 左右時，讓分中棒緩慢靠近工件，使分中棒上下同心時不會甩動，移動工件，分中棒偏心時，碰邊找數（刀具與工件接觸的次數）成功，重復剛才的找數，增加準確度。采用手輪操作工作臺將測量塊移動到分中棒右邊，手輪切換至 z 軸，將主軸往下移動，切換手輪至x 軸，將工作臺和分鐘棒緩慢靠近，避免碰撞，貼近時將倍率調小，分鐘棒下方尋邊器的旋轉偏心后，記下機床坐標，再減去或加上尋邊器的半徑后值輸入機床坐標系，同理處理各點對中。⑨對中完成后，將主軸上移，然后停止主軸旋轉，測量塊和分中棒取下，將新的配鉆閥芯裝入閥桿，在工作臺上安裝移動角度托盤，調整支撐板位置和角度，使閥芯底部和支撐板貼合，鎖緊螺栓。主軸換上刀具，進入 MDI 模式，輸入指令后啟動運行，使用手輪軸旋擇z 軸，搖動手輪往下靠近閥桿閥芯，在接近或輕觸位置停止手輪動作。對將加工的零件進行三維建模，將文件導入CAM（計算機輔助制造）軟件中，完成切削路徑規劃、刀具選擇、加工參數設置等操作，將代碼上傳至CNC（數控機床）控制器，進行加工程序的設定，包括刀具長度補償、工件坐標系設定、刀具半徑補償等操作。

3.2 直孔配鉆

先將四軸法蘭和安裝在四軸端面上，然后將彈簧夾工裝安裝在四軸法蘭上。具體如下：①根據舊閥桿尺寸選擇筒夾孔的彈簧夾頭工裝，根據不同尺寸的桿徑更換筒夾，安裝好后通過ER 扳手擰緊ER 螺母。將舊閥桿從四軸后端穿過主軸內，工件最大尺寸不大于30 mm 的桿可以從前面伸入。選擇與直孔配合的塞規，將尾部塞入測量塊內，最后將測量塊放入閥芯孔內。②選擇手搖輪模式，先確認z 軸不會與工件碰撞的情況下，若會碰撞，采用100 倍率，軸向選鈕調整至z，手輪正向轉動，根據主軸位置在手搖輪上分別選擇x 軸和y 軸移動工作臺，在主軸靠近工件附近或主軸裝上百分表，調整百分表和測量塊接觸的同時確認表盤在可視范圍內，手輪調整到10 倍率，移動工作臺讓百分表的紅測頭靠近測量塊，將百分表指針轉到量程的 2/3，打表時選擇各軸相應移動，測量頭不能超出被測物體的接觸面，超出后重新調整位置，不能往回移動接觸，否則會將側頭碰斷。③移動工作臺位置，將百分表放在測量塊上，測量測量塊y 軸方向的平行度，將測量塊的平行度調整在 0.01 mm 內并敲緊，重復打表確認y 軸方向平行度在一絲（0.01 mm）內。調整工作臺位置，將百分表放在測量塊y 軸 y1的中間位置，上下移動z 軸，根據百分表測量數值變化手輪模式調整四軸角度，直至百分表的測量值在小于0.01 mm，取下百分表換上分中棒。④主軸旋轉，進入MDI 模式，輸入指令，分中棒的轉速不宜過高，一般在500～1 000 r/min，完成后點擊啟動運行。⑤通過手輪操作工作臺將測量塊移動到分中棒右邊，手輪切換至z 軸，將主軸往下移動，切換手輪至x 軸，將工作臺和分鐘棒緩慢靠近，避免碰撞，貼近時將倍率調小，分鐘棒下方尋邊器的旋轉不偏心時，記下機床坐標，再減去或加上尋邊器的半徑后值輸入機床坐標系，同理處理各點對中。⑥對中完成后，將主軸上移，然后停止主軸旋轉，取下測量塊和分中棒，用扭矩扳手按規定扭矩將新的閥瓣裝入閥桿。

3.3 錐孔配鉆

將閥桿裝入四軸夾具上，選擇與孔配合的錐塞，將尾部塞入測量塊內，最后將測量塊放入閥芯的其中一個錐孔內。具體如下：①在主軸附近裝上百分表，手輪移動工作臺，讓百分表的測頭靠近測量塊，進給倍率調低，將百分表指針轉到量程的 2/3，打表時選擇各軸相應移動，測頭不能超出被測物體的接觸面，超出后重新調整位置，不能往回移動接觸，否則會將側頭碰斷。②移動工作臺位置，將百分表放在錐塞左平面上，測量錐塞x 軸方向的平行度，將測量塊的平行度調整在0.01 mm 內并敲緊，重復打表確認x 軸方向平行度在一絲（0.01 mm）內。調整工作臺位置，將百分表放在測量塊x 軸前方的中間位置，上下移動z 軸，根據百分表測量數值變化調整四軸角度，直至百分表的測量值小于0.01 mm，取下百分表換上分中棒。③主軸旋轉，進入 MDI 模式，輸入指令，分中棒的轉速不宜過高， 一般在500～1 000 r/min，完成后點擊啟動。另一錐孔重復一遍分中操作，將相應的對中參數記錄在坐標系上。④通過手輪操作工作臺，將測量塊移動到分中棒右邊，手輪切換至z 軸，將主軸往下移動，切換手輪至x 軸，將工作臺和分鐘棒緩慢靠近，避免碰撞，貼近時將倍率調小，分鐘棒下方尋邊器的旋轉偏心后，記下機床坐標，再減去或加上尋邊器的半徑后值輸入機床坐標系，同理處理各點對中。⑤對中完成后，將主軸上移，然后停止主軸旋轉，取下錐塞。將新的配鉆閥芯裝入閥桿，在工作臺上安裝支撐夾具，調整支撐板位置，使閥芯底部和支撐板貼合，鎖緊螺栓。主軸換上刀具，進入MDI 模式，輸入指令點擊啟動。使用手輪軸旋擇z 軸，搖動手輪往下靠近閥桿閥芯，在接近或輕觸位置停止手輪動作。

（1）第一個錐孔加工。在 UG 創建加工方法時，對加工余量選項進行設置，通過控制表面殘余量對錐孔的中心點數據進行核對，借助馬克筆將錐孔孔壁涂上一層油墨，將編程好的刀軌程序導入機床控制系統，手輪模擬確認刀軌無誤后，通過刀具和錐孔及油墨判斷對刀的數據是否準確，刀具正確情況下是刀刃輕刮錐孔或剛好將油墨刮下。確認分鐘數據和加工代碼程序無誤后，將蝶閥閥瓣裝入閥芯，通過壓塊和支撐塊固定后，按下程序啟動按鈕，在加工前同樣需要借助手輪模擬進行刀軌確認，由于加工件表面進行過處理，在刀具和工件相接觸的階段，可以在軟件編程中或在機床進給速率倍率中進行相應降低（降低至50%），盡可能避免刀具磨損，待加工穩定后將倍率調回100%，加工過程中需要特別注意深孔的排屑問題，可以多次用風槍對錐孔進行吹掃，避免錐孔內部積屑導致斷刀。

（2）第二個錐孔加工。加工第二個孔前需要在加工好的第一個錐銷孔填入相對應尺寸錐銷并使其緊固，然后將壓緊的工裝和壓塊卸下，搖下支撐底座，確認調整四軸時不會發生碰撞，使用第二個孔的坐標系數據進行四軸調整，坐標系選用 G55 四軸調整 A0五軸調整 B0， 重新調整工裝和壓塊壓緊閥瓣，然后和前面加工錐孔步驟重復操作即可。

4 結束語

核島調節閥閥芯組件銷釘鉆取工裝和配鉆工裝能完成帶波紋管式的調節閥閥芯組件、帶斜位銷的調節閥閥芯組件及蝶形調節閥閥芯組件的銷釘鉆取、力矩緊固及配鉆。使用過程中不會損傷閥芯組件本體，鉆取后銷釘孔內無碎屑毛刺等殘留，可以避免因銷釘孔內存在異物導致的螺紋損傷及卡死。采用夾具夾緊閥芯，按閥門生產廠家提供文件里的要求對閥桿進行緊固，新閥芯與舊閥桿進行裝配后進行配鉆，配鉆完成后對舊閥桿與新閥芯銷釘孔進行測量，偏差可控制在0.05mm 內，具有較高的應用價值。

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