[发明专利]一种核电用高精度管材夹持保护衬套及其使用方法

说明书

本发明公开了一种核电用高精度管材夹持保护衬套，包括一体成型的工作段和非工作段，工作段和非工作段均为空心圆柱体结构，工作段的外径小于非工作段的外径，工作段和非工作段同轴且内径相同；另外，本发明还公开了一种核电用高精度管材夹持保护衬套的使用方法，该方法将保护衬套插入数控车床的筒夹中，然后插入空压主轴夹座，再将管材插入后进行夹紧，对管材进行加工。本发明的保护衬套通过一体成型的工作段和非工作段组成，通过将保护衬套的内表面与核电用高精度管材直接接触，将核电用高精度管材外表面与筒夹的夹持面隔离，实现了对管材外表面的有效保护，在对管材进行加工时，将保护衬套与筒夹配合使用，不会在夹持部分对管材造成损伤。

技术领域

本发明属于机械设备工装夹具技术领域，具体涉及一种核电用高精度管材夹持保护衬套。

背景技术

核电用高精度管材，如锆合金管材、特殊不锈钢管材等，因其优秀的物理和化学性能，常作为结构件广泛应用于核反应堆堆芯，成为反应堆安全运行的第一道保护屏障。此类管材通常对直线度、表面质量、尺寸精度、端面质量以及物理、化学性能要求极高，故在生产过程中应对管材进行精密矫直、外表面抛光、激光打标标识、定尺切断和一系列无损检测等。核电用精密管材的定尺切断质量要求非常严格，其主要质量要求包括：定尺切断过程不能造成管材直线度降低，夹持部位不能产生划伤、压坑或尺寸变化，切断后管材端面垂直度不超过0.01mm，切断后端面无肉眼可见刀痕和毛刺。

在定尺切断时，首先要对管材进行夹持，然后高速旋转，切断刀具缓慢靠近管材外表面后按照一定运行轨迹运行，最终实现切断动作。精密管材在定尺切断时采用的夹持工具通常采用标准20型数控车床筒夹，该筒夹采用弹簧钢制作，同轴度0.02mm，采用螺纹连接方式安装在空压主轴夹座内，空压主轴夹座安装在专用切断设备上。当管材采用自动或手动方式送入筒夹内，压缩空气推动空压主轴夹座内的反向斜块产生轴向运动，使筒夹实现圆周方向均匀收缩，使筒夹的夹持面(筒夹夹持管材的部位)与管材表面直接接触从而实现对管材的夹持；夹持完毕后，电机带动空压主轴夹座主轴高速旋转，进而驱动夹持管材的筒夹进行旋转并完成完整的切断动作。

在实际作业过程中，影响高精度管材切断质量主要有两方面因素。一是筒夹夹持面质量，当夹持面附着有杂质、异物或表面粗糙度较大时，被夹持的管材表面就会遭到破坏，产生肉眼可见的压坑、划伤和色差等，这类缺陷会导致管材不合格。二是采用控制输入至空压主轴夹座的压缩空气气压大小实现对夹紧力的控制，输入气压大则夹紧力大，输入气压小则夹紧力小。当夹紧力大时，筒夹可以将管材牢固夹持，在高速旋转过程中对管材直线度的破坏很小，端面垂直度可以得到保障，切断端面质量较好；但同时，管材表面可能会产生肉眼可见的夹持痕或压坑，严重情况下会使管材发生塑性变形，导致尺寸突变，在超声波和涡流检测过程中显示不合格。夹持力小时，筒夹对管材的约束力较小，在高速旋转过程中，可能会造成管材抖动，使直线度造成破坏；管材的抖动，会导致切断后管材端面垂直度和端面质量不合格；在切断过程中，刀具切削时会对管材旋转产生阻力，当阻力大于筒夹与管材的摩擦力时，筒夹与管材便会产生相对转动，造成管材表面划伤。

为了更好的控制高精度管材定尺切断质量，目前所采取的解决办法主要有以下两方面。

对标准20型数控车床筒夹的夹持面(筒夹夹持管材的部位)进行处理，降低夹持面对管材表面的损伤。首先采用高纯酒精对夹持面进行清洗，消除表面的粘污、杂质或异物等。其次，采用人工方式对夹持面进行抛光，抛光所用的材料为丝绸，以降低表面粗糙度。高纯酒精属于易燃品，操作不当就会引起燃烧或爆炸，存在安全隐患；筒夹的夹持面的材质为弹簧钢且经过调质处理，硬度大，耐磨性好，其结构为圆弧形状，所以手工抛光难度很大，且抛光不均匀，某些制造缺陷不能有效消除。

在输入至空压主轴夹座的压缩空气前端加装控压阀和压力表，控制气压大小使筒夹的夹持力能够保持恒定。采用此种方法虽然可以稳定夹持力，但随着筒夹的夹持面在使用过程中自然磨损，筒夹对管材的夹持力会随之发生变化，从而造成切断质量不合格；自然磨损不易被发现，从而会增大产品质量的控制风险；夹持面自然磨损后，筒夹只能作整体报废处理，采用更换新筒夹的方式予以解决。