專利名稱：一種鉤爪的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種鉤爪的制備方法，特別涉及一種核電控制棒驅動機構鉤爪的制備方法。
背景技術：
控制棒驅動機構是核電廠核島內的關鍵設備之一，該機構能夠按照指令帶動控制棒組件在堆芯內上下運動，起到對功率調節(jié)和在緊急情況下使反應堆停止反應的作用?？刂瓢趄寗訖C構的工作溫度為^3°C，工作壓力為15. 5MPa，使用壽命為40年。鉤爪是控制棒驅動機構的一個核心動作零件，其動作的可靠性是保證整個控制棒驅動機構功能穩(wěn)定的關鍵。目前在建核電站使用的磁力提升型控制棒驅動機構鉤爪主要采用堆焊的單齒鉤爪，在需要耐磨的鉤爪齒和銷孔內壁采用鈷基合金堆焊。鉤爪作為控制棒驅動機構的核心動作零件，它不僅需要在尺寸很小的銷孔(深度為30mm至32mm、孔徑為14mm至16. 5mm)中進行異種材料的高難度堆焊，而且對幾何形狀誤差(一般要求士0.03mm)要求很高。銷孔的母材與堆焊材料分別為奧氏體不銹鋼和鈷基合金，堆焊層容易出現裂紋、孔洞等缺陷，因此很難獲得組織性能滿足設計要求的堆焊層；對鉤爪齒部進行堆焊時，由于大量的熱輸入引起奧氏體不銹鋼母材的變形，影響鉤爪的加工精度，因此很難獲得滿足尺寸精度要求的鉤爪。綜上所述，現有技術中鉤爪制備方法導致鉤爪零件的主要不足是
(1)鉤爪銷孔的堆焊層容易出現裂紋、孔洞等缺陷；
(2)鉤爪成品的尺寸精度不能滿足設計要求。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種鉤爪的制備方法，通過控制鉤爪的制造過程，使鉤爪銷孔的堆焊層無裂紋、孔洞等缺陷，使鉤爪的尺寸精度達到設計規(guī)范要求，為核電設備提供優(yōu)良的核心動作零件。本發(fā)明采取的技術方案是 一種鉤爪的制備方法，其步驟如下
第一步、對經復驗合格的材料按所需尺寸下料制成工件的坯料；
第二步、將坯料的鉤爪齒部加工到待堆焊所需尺寸；
第三步、堆焊鉤爪齒部；
第四步、加工、堆焊第一銷孔和第二銷孔；
第五步、加工堆焊后的鉤爪齒部；
第六步、加工鉤爪背槽、加工堆焊后的第一銷孔和第二銷孔，以及加工鉤爪齒部至最終尺寸；
第七步、在磨床上對稱磨鉤爪兩側面至最終尺寸； 第八步、加工鉤爪倒角。
進一步，所述第一步中的下料是四個工件為一體的整體下料，所述四個工件的鉤爪齒部連在一起成圓形，所述第二步至第六步是對四個工件同時加工，在所述第六步完成之后，將工件分成四個獨立的鉤爪。進一步，在所述第三步步驟前對工件進行預熱，堆焊過程中進行保溫，在所述第三步步驟完成后，將工件放在保溫材料中緩冷。進一步，所述工件的母材為奧氏體不銹鋼；在第三步和第四步中的堆焊方法為手工氧乙炔焊，氧乙炔火焰采用碳化焰，焊接位置為平焊，堆焊填充材料為鈷基合金，鈷基合金焊絲直徑為2. 5mm至4mm。進一步，所述第四步中的堆焊方法，步驟如下
第一小步、在待加工工件的第一側面待堆焊部位加工第一銷孔的第一堆焊孔和第二銷孔的第一堆焊孔，孔徑為堆焊所需尺寸，第一銷孔的第一堆焊孔的深度為所述銷孔深度的一半短2mm至3mm，第二銷孔的第一堆焊孔的深度為超過所述銷孔深度的一半；
第二小步、在所述工件第二側面與第一銷孔的第一堆焊孔和第二銷孔的第一堆焊孔對應的位置分別設置第一銷孔的第一排氣孔和第二銷孔的第一排氣孔；
第三小步、將所述工件進行清洗后安裝在工裝上，對第一銷孔的第一堆焊孔和第二銷孔的第一堆焊孔進行第一次堆焊；
第四小步、在所述工件的第二側面待堆焊部位加工第一銷孔的第二堆焊孔和第二銷孔的第二堆焊孔，孔徑為堆焊所需尺寸，第一銷孔的第二堆焊孔的深度為所述銷孔深度的一半短2mm至3mm，第二銷孔的第二堆焊孔的深度至少為所述銷孔深度的一半；
第五小步、在所述工件的第一側面與第一銷孔的第二堆焊孔和第二銷孔的第二堆焊孔對應的位置分別設置第一銷孔的第二排氣孔和第二銷孔的第二排氣孔；
第六小步、將所述工件進行清洗后安裝在所述工裝上，對第一銷孔的第二堆焊孔和第二銷孔的第二堆焊孔進行第二次堆焊。進一步，所述工裝為隔熱工裝，在所述第三小步步驟前對工件進行預熱，堆焊過程中進行保溫，在所述第三小步步驟完成后，將工件放在保溫材料中緩冷；在所述第六小步步驟前對工件進行預熱，堆焊過程中進行保溫，在所述第六小步步驟完成后，將工件放在保溫材料中緩冷。進一步，所述第六步加工鉤爪背槽在數控加工中心選用三面刃盤銑刀加工，刀具運行軌跡采取圓弧插補。進一步，所述第六步加工第一銷孔和第二銷孔在數控加工中心進行，刀具采用專門定制的硬質合金中心鉆、鉆頭、銑刀、鉸刀依次加工所述第一銷孔和第二銷孔。本發(fā)明的有益效果是
(1)先加工和堆焊鉤爪齒部，再加工和堆焊鉤爪銷孔，控制了堆焊過程中的變形影響， 保證了鉤爪的尺寸精度；
(2)堆焊鉤爪銷孔時，從兩側面分兩次進行堆焊，降低了堆焊的難度；
(3)在堆焊過程中留出排氣孔，解決了堆焊時易出現回火從而產生裂紋、孔洞等缺陷的問題。


附圖1是鉤爪的主視圖； 附圖2是鉤爪的俯視圖； 附圖3是附圖1的D向視圖； 附圖4是附圖2的A-A剖視圖； 附圖5是附圖1的C-C剖視圖； 附圖6是附圖4的B-B剖視附圖7是鉤爪齒部堆焊后的結構示意附圖8是第一銷孔的第一堆焊孔和第二銷孔的第一堆焊孔加工后待第一次堆焊的結構示意附圖9是附圖8的B-B剖視圖； 附圖10是附圖8的A-A剖視附圖11是第一銷孔的第二堆焊孔加工后待第二次堆焊的結構示意圖； 附圖12是第二銷孔的第二堆焊孔加工后待第二次堆焊的結構示意圖； 附圖13鉤爪齒部在車床上加工后的結構示意附圖14是鉤爪背槽、第一銷孔和第二銷孔，以及鉤爪齒部在數控加工中心加工后的結構示意附圖15是采用線切割將工件分割開的結構示意圖。附圖中的標號分別為
I.鉤爪；2.鉤爪齒部；
3.第一銷孔；4.第二銷孔； 5.第一側面；6.第二側面； 7.鉤爪背槽；8.第二銷孔的第一堆焊孔； 9.第二銷孔的第一排氣孔；91.第一階梯孔； 92.第二階梯孔；10.倒角；
II.第二銷孔的第二堆焊孔；12.第二銷孔的第二排氣孔； 13.倒角；14.齒部堆焊層；
15.第一銷孔堆焊層；16.第二銷孔堆焊層； 17.第一銷孔的第一堆焊孔；18.第一銷孔的第一排氣孔； 19.第一銷孔的第二堆焊孔；20.第一銷孔的第二排氣孔； 21.切割線。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明提供的一種鉤爪的制備方法的具體實施方式
作詳細說明。參見附圖1、附圖2、附圖3、附圖4、附圖5、附圖6，一種鉤爪1的制備方法，其步驟如下
第一步、對經復驗合格的材料按所需尺寸下料制成工件的坯料，材料為奧氏體不銹鋼。 由于鉤爪齒部2呈弧形，四個鉤爪1為一體時，鉤爪齒部2正好形成一個圓孔，在圓孔內進行堆焊操作比堆焊單個鉤爪齒部2容易，堆焊過程更簡單。而且四個工件為一體的整體堆焊后比單個工件堆焊后的機加工更方便，尺寸容易控制，因此選擇四個工件為一體的整體下料。第二步、將四個工件為一體的鉤爪齒部2在車床上加工到待堆焊所需尺寸，為鉤爪齒部2進行堆焊作準備。第三步、堆焊鉤爪齒部2 在堆焊前，對工件進行預熱，預熱溫度> 260°C，預熱時間為1. 5小時至2小時。堆焊時，工件裝夾在隔熱工裝上，并在堆焊時進行加熱保溫，堆焊后將工件放在保溫材料中緩冷。堆焊采用手工氧乙炔焊，氧乙炔火焰采用碳化焰，焊接位置為平焊，堆焊填充材料為鈷基合金，鈷基合金焊絲直徑為2. 5mm至4mm。堆焊完成后形成齒部堆焊層14 (參見附圖7)。第四步、加工、堆焊第一銷孔3和第二銷孔4:由于待堆焊銷孔的深度較深，深度為 30mm至32mm，孔徑較小，內徑為14mm至16. 5mm,堆焊操作難度大，因此采用從銷孔的兩端分別先后進行堆焊的方法。步驟如下
在待加工工件的第一側面5待堆焊部位加工第一銷孔的第一堆焊孔17和第二銷孔的第一堆焊孔8，孔徑為堆焊所需尺寸。第一銷孔的第一堆焊孔17的深度為待堆焊銷孔深度的一半短2mm至3mm，如待堆焊銷孔深度為30mm，則第一銷孔的第一堆焊孔17的深度則可取12mm至13mm ；第二銷孔的第一堆焊孔8的深度為超過待堆焊銷孔深度的一半，如待堆焊銷孔深度為30mm，第二銷孔的第一堆焊孔8的深度為16mm至18mm。在工件的第二側面6與第一銷孔的第一堆焊孔17和第二銷孔的第一堆焊孔8對應的位置分別設置第一銷孔的第一排氣孔18和第二銷孔的第一排氣孔9。第一排氣孔9可以是一直孔，也可以由第一階梯孔91和第二階梯孔92組成，階梯孔的加工使堆焊操作更加方便，排氣孔的設置，有效地解決了堆焊時易出現回火從而使堆焊層產生裂紋、孔洞等缺陷的問題。在第二銷孔的第一堆焊孔8與第二銷孔的第一排氣孔 9之間加工有一個30度至60度的倒角10，倒角10有利于堆焊時廢氣的排出，并避免回火的產生。第一銷孔的第一堆焊孔17和第二銷孔的第一堆焊孔8加工后待第一次堆焊的結構示意圖分別參見附圖9和附圖10。將工件進行清洗后安裝在工裝上，對第一銷孔的第一堆焊孔17和第二銷孔的第一堆焊孔8進行第一次堆焊。在工件的第二側面6待堆焊部位加工第一銷孔的第二堆焊孔19和第二銷孔的第二堆焊孔11，孔徑為堆焊所需尺寸。第一銷孔的第二堆焊孔19的深度為待堆焊銷孔深度的一半短2mm至3mm，如待堆焊銷孔深度為30mm，則第一銷孔的第二堆焊孔19的深度則可取 12mm至13mm ；第二銷孔的第二堆焊孔11的深度至少為待堆焊銷孔深度的一半，如待堆焊銷孔深度為30mm，第二銷孔的第二堆焊孔11的深度為15mm至17mm。在工件的第一側面5與第一銷孔的第二堆焊孔19和第二銷孔的第二堆焊孔11對應的位置分別設置第一銷孔的第二排氣孔20和第二銷孔的第二排氣孔12。同樣在第二銷孔的第二堆焊孔11與第二銷孔的第二排氣孔12之間加工一個30度至60度的倒角13。第一銷孔的第二堆焊孔19和第二銷孔的第二堆焊孔U加工后待第二次堆焊的結構示意圖分別參見附圖11和附圖12。將工件進行清洗后安裝在工裝上，對第一銷孔的第二堆焊孔19和第二銷孔的第二堆焊孔11進行第二次堆焊。對第一銷孔3和第二銷孔4的堆焊分成兩次進行，相當于第一銷孔3和第二銷孔
74的深度減小了一半，大大降低了堆焊的難度。第一銷孔3的中部需要加工寬度為IOmm至 Ilmm的鉤爪背槽7，因此第一銷孔3的相對堆焊深度縮短，采用開直孔的方式進行堆焊即可達到設計要求；第二銷孔4由于深度較深，深度為30mm至32mm，孔徑較小，內徑為14mm至 16. 5mm，可以采用開錐形孔的方式進行堆焊，從而降低堆焊難度，錐形孔的圓錐半角為5度至8度為宜。為了確保堆焊層的質量，獲得組織性能滿足設計規(guī)范要求的堆焊層，采用合理的熱處理制度，焊前預熱、焊后緩冷以及堆焊過程中保溫等措施能有效地防止堆焊層產生裂紋。工裝采用隔熱工裝，在第一次堆焊前對工件進行預熱，堆焊過程中進行保溫，第一次堆焊完成后，將工件放在保溫材料中緩冷；在第二次堆焊前對工件進行預熱，堆焊過程中進行保溫，第二次堆焊完成后，將工件放在保溫材料中緩冷，所采用的預熱溫度為》2600C，所采用的預熱時間為1. 5小時至2小時。堆焊方法為手工氧乙炔焊，氧乙炔火焰采用碳化焰，焊接位置為平焊，堆焊填充材料為鈷基合金，鈷基合金焊絲直徑為2. 5mm至4mm。焊接完成后，形成第一銷孔堆焊層15和第二銷孔堆焊層16。第五步、在車床上加工堆焊后的鉤爪齒部2，鉤爪齒部2在車床上加工后的結構示意圖參見附圖13。第六步、在數控加工中心加工鉤爪背槽7、加工堆焊后的第一銷孔3和第二銷孔4， 以及加工鉤爪齒部2至最終尺寸。加工鉤爪背槽在數控加工中心選用三面刃盤銑刀加工， 刀具運行軌跡采取圓弧插補。加工第一銷孔和第二銷孔在數控加工中心進行，刀具采用專門定制的硬質合金中心鉆、鉆頭、銑刀、鉸刀依次加工第一銷孔和第二銷孔，以保證第一銷孔和第二銷孔的粗糙度、位置度和孔的直線度。數控加工中心加工后的結構示意圖參見附圖14。第七步、采用線切割將工件分成四個獨立的鉤爪1，按附圖15所示的切割線21進行線切割。第八步、在磨床上對稱磨鉤爪1的第一側面5和第二側面6至最終尺寸。第九步、在數控加工中心加工鉤爪倒角。本發(fā)明通過正確選擇堆焊順序，即采用先機加工出鉤爪齒部2，對鉤爪齒部2進行堆焊，待鉤爪齒部2堆焊完成后，再機加工出鉤爪銷孔，然后對銷孔進行堆焊。采用這種順序進行堆焊時，避免了堆焊鉤爪齒部2時熱輸入大引起不銹鋼母材的變形大，從而有效地控制了鉤爪堆焊過程中的變形影響，使制造的鉤爪1達到了設計要求。經過以上方法制備的鉤爪1，具有良好的耐磨性、高的尺寸精度，其各項性能達到了設計規(guī)范要求。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1.一種鉤爪的制備方法，包括如下步驟第一步、對經復驗合格的材料按所需尺寸下料制成工件的坯料；第二步、將坯料的鉤爪齒部加工到待堆焊所需尺寸；第三步、堆焊鉤爪齒部；第四步、加工、堆焊第一銷孔和第二銷孔；第五步、加工堆焊后的鉤爪齒部；第六步、加工鉤爪背槽、加工堆焊后的第一銷孔和第二銷孔，以及加工鉤爪齒部至最終尺寸；第七步、在磨床上對稱磨鉤爪兩側面至最終尺寸； 第八步、加工鉤爪倒角。
2.根據權利要求1所述的一種鉤爪的制備方法，其特征在于所述第一步中的下料是四個工件為一體的整體下料，所述四個工件的鉤爪齒部連在一起成圓形，所述第二步至第六步是對四個工件同時加工，在所述第六步完成之后，將工件分成四個獨立的鉤爪。
3.根據權利要求1或2所述的一種鉤爪的制備方法，其特征在于在所述第三步步驟前對工件進行預熱，堆焊過程中進行保溫，在所述第三步步驟完成后，將工件放在保溫材料中緩冷。
4.根據權利要求1或2所述的一種鉤爪的制備方法，其特征在于所述工件的母材為奧氏體不銹鋼；所述第三步和第四步的堆焊方法為手工氧乙炔焊，氧乙炔火焰采用碳化焰， 焊接位置為平焊，堆焊填充材料為鈷基合金，鈷基合金焊絲直徑為2. 5mm至4mm。
5.根據權利要求1或2所述的一種鉤爪的制備方法，其特征在于所述第四步中的堆焊方法，步驟如下第一小步、在待加工工件的第一側面待堆焊部位加工第一銷孔的第一堆焊孔和第二銷孔的第一堆焊孔，孔徑為堆焊所需尺寸，第一銷孔的第一堆焊孔的深度為所述銷孔深度的一半短2mm至3mm，第二銷孔的第一堆焊孔的深度為超過所述銷孔深度的一半；第二小步、在所述工件第二側面與第一銷孔的第一堆焊孔和第二銷孔的第一堆焊孔對應的位置分別設置第一銷孔的第一排氣孔和第二銷孔的第一排氣孔；第三小步、將所述工件進行清洗后安裝在工裝上，對第一銷孔的第一堆焊孔和第二銷孔的第一堆焊孔進行第一次堆焊；第四小步、在所述工件的第二側面待堆焊部位加工第一銷孔的第二堆焊孔和第二銷孔的第二堆焊孔，孔徑為堆焊所需尺寸，第一銷孔的第二堆焊孔的深度為所述銷孔深度的一半短2mm至3mm，第二銷孔的第二堆焊孔的深度至少為所述銷孔深度的一半；第五小步、在所述工件的第一側面與第一銷孔的第二堆焊孔和第二銷孔的第二堆焊孔對應的位置分別設置第一銷孔的第二排氣孔和第二銷孔的第二排氣孔；第六小步、將所述工件進行清洗后安裝在所述工裝上，對第一銷孔的第二堆焊孔和第二銷孔的第二堆焊孔進行第二次堆焊。
6.根據權利要求5所述的一種鉤爪的制備方法，其特征在于所述工裝為隔熱工裝，在所述第三小步步驟前對工件進行預熱，堆焊過程中進行保溫，在所述第三小步步驟完成后， 將工件放在保溫材料中緩冷；在所述第六小步步驟前對工件進行預熱，堆焊過程中進行保溫，在所述第六小步步驟完成后，將工件放在保溫材料中緩冷。
7.根據權利要求1或2所述的一種鉤爪的制備方法，其特征在于所述第六步加工鉤爪背槽在數控加工中心選用三面刃盤銑刀加工，刀具運行軌跡采取圓弧插補。
8.根據權利要求1或2所述的一種鉤爪的制備方法，其特征在于所述第六步加工第一銷孔和第二銷孔在數控加工中心進行，刀具采用專門定制的硬質合金中心鉆、鉆頭、銑刀、鉸刀依次加工所述第一銷孔和第二銷孔。
全文摘要
本發(fā)明公開了鉤爪及其制備方法，包括下料、加工鉤爪齒部、堆焊鉤爪齒部、加工、堆焊第一銷孔和第二銷孔、加工堆焊后的鉤爪齒部、加工鉤爪背槽、加工堆焊后的第一銷孔和第二銷孔、磨加工鉤爪側面、加工鉤爪倒角。本發(fā)明采用先機加工出鉤爪齒部，對鉤爪齒部進行堆焊，待鉤爪齒部堆焊完成后，再機加工出鉤爪的銷孔，然后對銷孔進行堆焊，避免了堆焊鉤爪齒部時熱輸入大引起不銹鋼母材的變形大，從而有效地控制了鉤爪堆焊過程中的變形影響。
文檔編號B23P15/00GK102294573SQ20111021182
公開日2011年12月28日 申請日期2011年7月27日 優(yōu)先權日2011年7月27日
發(fā)明者任正秋, 劉德明, 潘令平, 王方, 顧善生 申請人:上海第一機床廠有限公司