核电主泵联轴器销孔同钻铰工具研究及应用

张高剑，郭鹏飞

（中核武汉核电运行技术股份有限公司核动力维修技术中心，湖北武汉 430070）

0 引言

核电主泵作为核岛主设备中唯一的转动设备，长时间运行在高温、高压并有高放介质的环境中，反复承受一回路冷却剂的热冲击及机械冲击，对主泵水力部件、联轴器等关键部件的可靠性要求极高。根据核电厂主泵检修经验及主泵振动机理研究，主泵可拆轴与联轴器的同轴度严重影响主泵的振动特性。某核电站在运行过程中多次发现主泵振动异常，并在后续主泵检修过程中多次出现主泵的可拆轴与上、下联轴器配合销及销孔拉伤和毛刺的情况。为保证圆柱销与销孔的配合间隙，需要进行同钻铰及配销工作，因此，同钻铰工艺也是主泵电机整体更换工作的必要工艺步骤。目前，核电厂原有的同钻铰主体工具是磁力钻，配合长轴进行销孔加工，一次只能实现一个销孔加工，存在设备笨重、操作不便、调整复杂、加工质量不稳定、效率不高等问题。

根据现场实际工作环境及联轴器结构特点，分析可采用群钻原理对联轴器销孔进行加工修复，开发一种主泵联轴器销孔同钻铰工具，具体以联轴器销孔分布设置4 个加工主轴，最多可同时对联轴器单侧的4 个销孔进行加工修复，极大地提高加工效率，缩短修复时间及工作量，缩减检修周期，保障主泵安全稳定运行。

1 技术方案

1.1 需求分析

针对主泵联轴器销孔加工修复要求，同钻铰工具的设计过程需考虑以下3 个方面：

（1）为了保证销孔加工的位置度、圆柱度及表面光洁度，同钻铰工具的夹持机构、进给机构及钻模板等结构需保证足够的刚性及加工精度。

（2）因销孔加工深度较深，需要对刀具设置钻套等结构进行定位导向。

（3）因销孔加工需更换铰刀及挤压刀，为了避免拆卸加工装置进行换刀，导致加工中心偏移，影响销孔最终成型质量，需采用一种快换结构，减少操作难度，同时避免加工中心出现偏移。

另外，根据主泵联轴器销孔的使用要求，其主要技术指标如下：①铰刀尺寸及材料应满足X3CrNiMo13-4（热作模具钢）加工要求；②销孔钻铰深度不小于129 mm，销孔钻铰范围至少满足Φ36～38 mm 要求；③成型后销孔圆柱度不大于Φ0.01 mm，表面粗糙度不大于Ra1.6 要求。

1.2 实施方案

主泵联轴器销孔同钻铰工具采用群钻结构，即根据联轴器销孔分布，设置4 个加工主轴，最多可同时对联轴器单侧的4 个销孔进行加工修复，可极大提高加工效率。另外，汇总某机组主泵联轴器损伤后销孔测量数据，发现销孔整体尺寸变化不大，主要是微量变形、销孔拉伤和出现毛刺等缺陷，整体需要修复的加工量不大，故主泵联轴器的销孔加工修复以铰孔为主，并配备少量钻头，以适应大加工量修复时使用。

同钻铰工装分为上、中、下三部分，其中上部主要为支撑板组件，包括支撑板、夹紧机构及螺帽等；中部为回转部件，包括蜗杆箱、回转支架、丝杆及其丝杆螺母、导杆及其直线轴承、回转盘及其回转支撑、主轴及其连接的浮动夹头和铰刀等；下部为钻模板组件，包括钻模板、丝杆支撑座、导杆支撑座等结构。中部的工装主体通过丝杆和导杆连接至上部的支撑板和下部的钻模板，并最终固定在待加工的联轴器上。实物如图1 所示。

图1 同钻铰工具

1.3 工作原理

同钻铰工具安装夹持在待加工的联轴器上，电控箱控制旋转电机驱动钻铰工装大齿盘转动，从而驱动各主轴带动刀具旋转，步进电机控制钻铰工装的进给，实现刀具的旋转及进给，最终实现主泵联轴器销孔加工修复工作。

1.4 工艺流程

经过多次试验及验证，确定了主泵联轴器销孔同钻铰加工工艺流程（图2）。为保障主泵联轴器销孔加工修复工作顺利实施，增加了一定数量较大规格的备用铰刀及钻头，异常情况时，可对加工质量不合格的销孔进行修正，以满足使用需求。

图2 主泵联轴器销孔同钻铰加工工艺流程

2 试验验证

在主泵联轴器1∶1 模拟体上安装固定同钻铰工具，然后进行销孔的铰孔及挤孔加工，其中所用的销孔模拟件材料与实际产品一致，底孔直径36 mm，铰刀可选择含钴高速钢或硬质合金材质的直刃铰刀，规格为Φ36.1 mm，直径公差等级为m5，另外，同钻铰工具进给速度约为4 r/min，主轴转速约为90 r/min。

为比较销孔挤压前后的内孔粗糙度，铰孔完成后选取1#、2#销孔再进行挤压加工，加工完成后检查和测量销孔质量，其中，每个销孔分别在上、中、下3 个位置各测量1 组直径数据，测量结果见表1。

表1 主泵联轴器销孔同钻铰加工后测量数据

测量结果表明，联轴器及其可拆轴的销孔修复质量良好，圆柱度和粗糙度均满足技术要求。另外，操作人员由现场4～5 人缩减2～3 人，同时由手动操作改为半自动操作，大幅降低人员工作强度，并将每台主泵联轴器销孔同钻铰加工时间由1 周缩短至2 d，大幅缩短了工作时间。

3 结语

针对核电厂现有的主泵联轴器销孔加工中存在的设备笨重、操作不便、调整复杂、加工质量不稳定、效率低等问题，研制主泵联轴器销孔同钻铰工具。通过试验验证，加工修复后的销孔质量良好，尺寸精度稳定，完全满足设计要求；同时，使用销孔同钻铰工具可降低人员数量及技能要求，提高工作效率，缩短加工周期。另外，总结一套主泵联轴器销孔加工修复的工艺路线和技术参数，对保证销孔最终表面质量及尺寸精度具有一定的指导意义，配合该套设备进行主泵联轴器销孔加工方案可行，具有一定实用和推广价值。