【摘要】：水室封頭作為核電蒸汽發(fā)生器等設(shè)備的關(guān)鍵部件,是蒸汽發(fā)生器與核反應(yīng)壓力容器等其他部件的接口,其形狀復(fù)雜,加工難度非常大,研制水室封頭加工專(zhuān)用數(shù)控機(jī)床,攻克水室封頭高效加工技術(shù)難題,是有效推進(jìn)我國(guó)第三代核電裝備系列化、批量化生產(chǎn)的重要保障。目前,國(guó)內(nèi)外常采用大型立車(chē)、落地銑鏜床等通用機(jī)床結(jié)合變位機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)水室封頭的加工,該方式生產(chǎn)組織環(huán)節(jié)多、生產(chǎn)周期長(zhǎng),加工與檢測(cè)設(shè)備及輔具制備耗費(fèi)量大,精度難以保證。針對(duì)以上問(wèn)題,本文提出設(shè)計(jì)水室封頭專(zhuān)用數(shù)控機(jī)床的高效加工解決方案,并針對(duì)機(jī)床關(guān)鍵件存在的共性問(wèn)題,以提高機(jī)床零部件綜合性能為目標(biāo),開(kāi)展關(guān)鍵件的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)及滑枕?yè)锨冃窝a(bǔ)償研究。主要研究成果如下:(1)提出核電水室封頭專(zhuān)用數(shù)控機(jī)床高效加工方案。針對(duì)水室封頭加工工藝需求及現(xiàn)有加工過(guò)程中存在的問(wèn)題,提出水室封頭加工專(zhuān)用數(shù)控機(jī)床的整機(jī)結(jié)構(gòu)布局方案;通過(guò)有限元分析得到整機(jī)的靜動(dòng)態(tài)特性,進(jìn)而確定了機(jī)床的薄弱環(huán)節(jié)及橫梁等關(guān)鍵件的結(jié)構(gòu)優(yōu)化空間。(2)提出基于功能截面分解的橫梁多工況拓?fù)鋬?yōu)化方法。針對(duì)橫梁結(jié)構(gòu)的輕量化需求及傳統(tǒng)拓?fù)鋬?yōu)化方法存在的問(wèn)題,建立橫梁多工況剛度評(píng)價(jià)函數(shù),根據(jù)橫梁變形量確定各工況權(quán)重因子,分別對(duì)兩個(gè)主要承載的功能截面進(jìn)行二維拓?fù)鋬?yōu)化分析,綜合二維功能截面分析結(jié)果及初始模型優(yōu)化結(jié)果,完成橫梁拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)改進(jìn),實(shí)現(xiàn)橫梁的輕量化設(shè)計(jì)。(3)提出考慮疲勞壽命的橫梁結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。在橫梁拓?fù)鋬?yōu)化基礎(chǔ)上,為了確保橫梁的可靠性,推導(dǎo)非對(duì)稱(chēng)循環(huán)下材料的力學(xué)參數(shù)和壽命之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系,通過(guò)有限元分析計(jì)算橫梁可靠度為99.9%時(shí)的壽命,進(jìn)而推導(dǎo)出部件可靠度為99.9%時(shí)對(duì)應(yīng)壽命的最大應(yīng)力,并以該最大應(yīng)力為約束條件進(jìn)行尺寸優(yōu)化研究,在保證橫梁可靠性基礎(chǔ)上進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了輕量化。(4)提出基于TRIZ理論的A軸組件結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)與優(yōu)化方法。針對(duì)機(jī)床A軸組件剛度不足的問(wèn)題,綜合利用力學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)、制造工藝學(xué)等理論知識(shí),基于TRIZ理論尋找能顯著增強(qiáng)A軸組件局部剛度的改進(jìn)方案,并采用尺寸優(yōu)化進(jìn)一步提高其剛度,縮小結(jié)合面縫隙,使其滿(mǎn)足行業(yè)要求。(5)提出可擺動(dòng)滑枕?yè)锨冃窝a(bǔ)償方法。針對(duì)可擺動(dòng)滑枕的撓曲變形問(wèn)題,建立滑枕在行程和擺角雙重因素影響下的滑枕變形力學(xué)模型和補(bǔ)償力學(xué)模型,通過(guò)仿真分析,得出滑枕?yè)锨冃瘟颗c其行程和擺角之間的關(guān)系曲線,提出可擺動(dòng)滑枕?yè)锨冃窝a(bǔ)償方法,計(jì)算安裝附件情況下滑枕變形補(bǔ)償力,并設(shè)計(jì)相應(yīng)的補(bǔ)償系統(tǒng)。
【圖文】：

核電設(shè)備水室封頭及其結(jié)構(gòu)圖

對(duì)于水室封頭的加工（如圖 1-2 所示），國(guó)內(nèi)外通常采用通用機(jī)床配合變位機(jī)現(xiàn)，加工環(huán)節(jié)多、制造周期長(zhǎng)，輔具制備成本高，且難以保證精度。在機(jī)械加面存在以下四個(gè)問(wèn)題[4,5]：一是高韌性和高強(qiáng)度的低碳低合金鋼的切削性能較差是加工余量大，毛坯重約 200~300 噸，，直徑 5 米左右，而成品僅 30~50 噸；三要重型加工設(shè)備配合專(zhuān)用工作臺(tái)及輔具；四是封頭的尺寸較大，有若干個(gè)管嘴撐凸臺(tái)并且在球面上的分布不規(guī)則，刀具路徑的規(guī)劃存在難點(diǎn)。
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TM623

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