專利名稱：焊接模具及加工高精度方形鋯合金元件盒的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機械加工技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種焊接模具，本發(fā)明還涉及采用該焊接模 具加工高精度方形鋯合金元件盒的方法。
背景技術(shù)：
為確保燃料棒的裂變產(chǎn)物在核反應(yīng)運行過程中不溢出污染回路，對其必須進行隔 離和包裹，鋯合金元件盒就是用來包裹燃料棒的一種“容器”。鋯合金元件盒，簡稱“鋯盒” 或“元件盒”，是低溫核供熱反應(yīng)堆(NHR)和沸水堆(BWR)中的主要部件，它由合金板 材制成。鋯盒內(nèi)側(cè)為棒束燃料組件，四個鋯盒在堆內(nèi)布置構(gòu)成寬水隙為十字翼控制棒的通 道。為了保證棒束燃料組件順利地插入鋯盒以及十字翼控制棒在反應(yīng)堆全壽期內(nèi)的各種工 況下能夠自如地上下運動，因此對元件盒的質(zhì)量和加工精度提出了非常高的要求。鋯盒的 加工精度包括內(nèi)外截面的尺寸公差、四個平面的形狀公差(平面度)與位置公差(平行度 或垂直度)，加工精度必須很高，且必須保證四角的彎曲半徑尤其是外表面圓角應(yīng)滿足設(shè)計 要求。以前我國核電站的主要技術(shù)路線為壓水堆(PWR)，不使用鋯合金元件盒。清華大 學(xué)核能與新能源技術(shù)設(shè)計研究院于1989年研制成功的5MW低溫核供熱反應(yīng)堆(NHR-5)是 我國首次使用方形鋯盒的反應(yīng)堆。其鋯盒加工工藝步驟為1.計算出方形鋯盒的截面周 長即所需的板材寬度后，下料并將鋯板的四條邊精加工平整，同時保證垂直邊間的垂直度； 2.圍成圓桶后焊接；3.采用多道次的拉拔成型模具，逐步將圓桶拉拔成方形截面的鋯盒。 該工藝路線雖是國內(nèi)外首創(chuàng)，且加工精度滿足了 5MW低溫堆的使用要求，但存在以下缺點 鋯盒的加工精度仍有一定的局限，尤其是由于拉拔力較大且不完全對中，導(dǎo)致鋯盒的整體 扭轉(zhuǎn)量與鐮刀彎曲量(形狀公差)較大，加工精度不高；使用了多套拉拔模具與專用機床、 加工時間較長，導(dǎo)致成本較高，不適合大批量生產(chǎn)。另外，國外有一些技術(shù)涉及到鋯合金元 件盒的加工方法，這些技術(shù)均采取將定尺寸板材折彎成型后，再激光或等離子體焊接成方 形鋯盒。但從這些技術(shù)中，沒有提到具體的折彎成型的方法，也沒有對鋯盒精度進行改善的 方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種焊接模具，加工出來的方形鋯合金元件盒精度高。本發(fā)明的另一目的是采用該焊接模具加工高精度方形鋯合金元件盒的方法，加工 時間短，適合大批量生產(chǎn)。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種焊接模具，由鋯盒支撐結(jié)構(gòu)、鋯盒壓緊結(jié)構(gòu)、定 位機構(gòu)與模具裝拆機構(gòu)組成；鋯盒壓緊結(jié)構(gòu)設(shè)置在鋯盒支撐結(jié)構(gòu)外部，定位機構(gòu)設(shè)置在鋯 盒壓緊結(jié)構(gòu)的兩端面，模具裝拆機構(gòu)設(shè)置在鋯盒壓緊結(jié)構(gòu)的兩端面與鋯盒支撐結(jié)構(gòu)之間；鋯盒支撐結(jié)構(gòu)是包括由上楔狀四棱柱與下楔狀四棱柱組成的組合內(nèi)胎，上楔狀 四棱柱下表面為上楔狀四棱柱結(jié)合面，上楔狀四棱柱結(jié)合面上設(shè)置有鍵槽，下楔狀四棱柱上表面為下楔狀四棱柱結(jié)合面，下楔狀四棱柱結(jié)合面上設(shè)置有鍵，鍵槽與鍵為小間隙配合； 組合內(nèi)胎的兩端端部設(shè)置有上定位軸與下定位軸，上定位軸在上楔狀四棱柱上設(shè)置，下定 位軸在下楔狀四棱柱上設(shè)置；組合內(nèi)胎的上下兩面設(shè)置有上矩形長槽與下矩形長槽；鋯盒壓緊結(jié)構(gòu)是包括外胎，外胎的上下表面設(shè)置有長孔，外胎內(nèi)還設(shè)置有寬壓板 與窄壓板，外胎的四個側(cè)面設(shè)置有壓緊螺釘與第一墊圈；定位機構(gòu)的結(jié)構(gòu)是包括外胎兩端部設(shè)置的端部壓蓋，端部壓蓋中心設(shè)置有定位 孔，上楔狀四棱柱兩端的上定位軸、下楔狀四棱柱兩端的下定位軸同時穿出定位孔固定；模具裝拆機構(gòu)的結(jié)構(gòu)是包括與上楔狀四棱柱兩端連接的第一內(nèi)胎安裝螺桿、第 一內(nèi)胎拆卸螺桿，還包括與下楔狀四棱柱兩端連接的第二內(nèi)胎拆卸螺桿與第二內(nèi)胎安裝螺 桿，第一內(nèi)胎安裝螺桿、第一內(nèi)胎拆卸螺桿、第二內(nèi)胎拆卸螺桿與第二內(nèi)胎安裝螺桿分別穿 出端部壓蓋上的圓孔，并與各自組合內(nèi)胎螺紋聯(lián)接；第一內(nèi)胎安裝螺桿、第一內(nèi)胎拆卸螺 桿、第二內(nèi)胎拆卸螺桿、第二內(nèi)胎安裝螺桿上分別設(shè)置有螺母。本發(fā)明所采用的另一技術(shù)方案是，加工高精度方形鋯合金元件盒的方法，具體按 照以下步驟實施步驟1，選取厚度δ為2. 2mm-2. 3mm,粗糙度< 3. 2 μ m的鋯板，將鋯板采用數(shù)控剪切機下 料并精銑，得到長為1100士 1mm，寬為268. 5士0. 03mm的兩張精銑后的鋯板；保證鋯板的四 條邊平整，相鄰邊間的垂直度偏差小于0. 3mm ；步驟2，取步驟1精銑后的兩張鋯板，采用數(shù)控折彎機，將兩張鋯板分別折彎成U型鋯槽 狀，定位模具精度為士0. 01mm，成型速度80mm/min-120mm/min、上下模間隙2. Omm-3. 0mm、 載荷50噸-80噸、保壓時間5-20秒、折彎沖頭的圓角半徑6mm、回彈量為0.6° -1° ；步驟3，本步驟3中用到一種焊接模具，由鋯盒支撐結(jié)構(gòu)、鋯盒壓緊結(jié)構(gòu)、定位機構(gòu)與模具 裝拆機構(gòu)組成；鋯盒壓緊結(jié)構(gòu)設(shè)置在鋯盒支撐結(jié)構(gòu)外部，定位機構(gòu)設(shè)置在鋯盒壓緊結(jié)構(gòu)的 兩端面，模具裝拆機構(gòu)設(shè)置在鋯盒壓緊結(jié)構(gòu)的兩端面與鋯盒支撐結(jié)構(gòu)之間；鋯盒支撐結(jié)構(gòu)是包括由上楔狀四棱柱與下楔狀四棱柱組成的組合內(nèi)胎，上楔狀 四棱柱下表面為上楔狀四棱柱結(jié)合面，上楔狀四棱柱結(jié)合面上設(shè)置有鍵槽，下楔狀四棱柱 上表面為下楔狀四棱柱結(jié)合面，下楔狀四棱柱結(jié)合面上設(shè)置有鍵，鍵槽與鍵為小間隙配合； 組合內(nèi)胎的兩端端部設(shè)置有上定位軸與下定位軸，上定位軸在上楔狀四棱柱上設(shè)置，下定 位軸在下楔狀四棱柱上設(shè)置；組合內(nèi)胎的上下兩面設(shè)置有上矩形長槽與下矩形長槽；鋯盒壓緊結(jié)構(gòu)是包括外胎，外胎的上下表面設(shè)置有長孔，外胎內(nèi)還設(shè)置有寬壓板 與窄壓板，外胎的四個側(cè)面設(shè)置有壓緊螺釘與第一墊圈；定位機構(gòu)的結(jié)構(gòu)是包括外胎兩端部設(shè)置的端部壓蓋，端部壓蓋中心設(shè)置有定位 孔，上楔狀四棱柱兩端的上定位軸、下楔狀四棱柱兩端的下定位軸同時穿出定位孔固定；模具裝拆機構(gòu)的結(jié)構(gòu)是包括與上楔狀四棱柱兩端連接的第一內(nèi)胎安裝螺桿、第 一內(nèi)胎拆卸螺桿，還包括與下楔狀四棱柱兩端連接的第二內(nèi)胎拆卸螺桿與第二內(nèi)胎安裝螺 桿，第一內(nèi)胎安裝螺桿、第一內(nèi)胎拆卸螺桿、第二內(nèi)胎拆卸螺桿與第二內(nèi)胎安裝螺桿分別穿 出端部壓蓋上的圓孔，并與各自組合內(nèi)胎螺紋聯(lián)接；第一內(nèi)胎安裝螺桿、第一內(nèi)胎拆卸螺桿、第二內(nèi)胎拆卸螺桿、第二內(nèi)胎安裝螺桿上分別設(shè)置有螺母，利用上述焊接模具，實施以 下操作，將步驟2制得的兩個U型鋯槽將槽口對接，先將兩個U型鋯槽套在焊接模具組合 內(nèi)胎的外表面，兩個U型鋯槽的焊縫處與兩個U型框?qū)拥拈_口處一致，采用真空電子束對 焊縫處進行焊接，對焊縫內(nèi)外表面刮平，最后將一體的U型鋯槽取出；步驟4，將步驟3得到的一體的U型鋯槽進行真空熱處理矯形，從而對尺寸進行精整先將一體的U型鋯槽放置在矯形模具內(nèi)，再將矯形模具進行真空熱處理，熱處理 溫度為600°C，保溫時間2. 5小時，真空度為1. 3 X IO-3Pa ；空冷后將一體的U型鋯槽取出；步驟5，將步驟4得到的一體的U型鋯槽進行表面處理以及酸洗，酸洗時間為4-6分鐘，酸 洗后用軟化水沖洗干凈，用高純壓縮空氣吹干，即得。本發(fā)明的有益效果是，先選取鋯板對其性能進行檢測，然后鋯板下料、采用數(shù)控折 彎機折彎成型，接著采用特制的焊接模具將兩個U型鋯槽的槽口對接，組裝成一個方形鋯 合金元件盒，最后通過真空熱處理，表面處理，制造得到的方形鋯合金元件盒精度高，加工 時間短，適合大批量生產(chǎn)。


圖1是本發(fā)明制得的高精度方形鋯合金元件盒的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1的右視圖；圖3是本發(fā)明的焊接模具的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是圖3的俯視圖；圖5是圖3的左視圖；圖6是圖3的B-B向視圖；圖7是本發(fā)明的鋯合金元件盒加工過程中熱處理矯形模具的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，1.U型鋯槽，2.上楔狀四棱柱，2a.鍵槽，2b.第一方形缺口，2c.上楔狀四 棱柱結(jié)合面，2d.上矩形長槽，2e.上定位軸，3.下楔狀四棱柱，3a.鍵，3b.第二方形缺口， 3c.下楔狀四棱柱結(jié)合面，3d.下矩形長槽，3e.下定位軸，4.外胎，4a.焊縫，4b.長孔， 4c.止口，5.寬壓板，6.窄壓板，7.壓緊螺釘，8.第一墊圈，9.橡膠墊，10.端部壓蓋，11.第 一內(nèi)胎安裝螺桿，12.第一螺母，13.第二墊圈，14.第二螺母，15.第一內(nèi)胎拆卸螺桿，16.第 二內(nèi)胎拆卸螺桿，17.第三螺母，18.第三墊圈，19.第四螺母，20.第二內(nèi)胎安裝螺桿，21.方 形鋯合金元件盒，22.角棒，23.內(nèi)胎；L為方形鋯合金元件盒的長，W為方形鋯合金元件盒的 外表面邊長，Wj*方形鋯合金元件盒的內(nèi)表面邊長，δ為方形鋯合金元件盒的厚度，r為方 形鋯合金元件盒四個圓角的半徑。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明進行詳細說明。本發(fā)明高精度方形鋯合金元件盒的加工流程是選取鋯板及性能復(fù)驗，鋯板下料， 折彎成型，焊接，真空熱處理，表面處理等幾個過程。高精度方形鋯合金元件盒的加工方法，具體包括以下步驟步驟1，選取厚度δ為2. 2mm-2. 3mm,粗糙度彡3. 2 μ m的鋯板，且鋯板的機械性能滿足表 1中的要求，表 將取得的鋯板采用數(shù)控剪切機下料并精銑，得到長為1100士 1mm，寬為 268. 5士0. 03mm的兩張精銑后的鋯板；保證鋯板的四條邊平整，相鄰邊間的垂直度偏差小 于 0. 3mm ；步驟2，取步驟1精銑后的兩張鋯板，采用數(shù)控折彎機，將兩張鋯板分別折彎成U型鋯 槽狀，其中定位模具精度為士0.01mm，具體過程包括沿板材縱向折彎，成型速度為80mm/ min-120mm/min、上下模間隙為2. Omm-3. 0mm、載荷為50噸-80噸、保壓時間為5_20秒、折彎 沖頭的圓角半徑6mm(折彎沖頭的圓角半徑同最后制得的鋯合金元件盒的內(nèi)圓角半徑)、回 彈量為0.6° -1° ；步驟3，將步驟2制得的兩個U型鋯槽利用焊接工裝將兩個U型鋯槽的槽口對接，組裝成 一個方形鋯合金元件盒，方形鋯合金元件盒的結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示，兩個U型鋯槽1對接處 作為焊縫4a，制得的方形鋯合金元件盒21長L為1100 士1mm，厚度δ為2. 2mm_2. 3mm，方形 鋯合金元件盒21的外表面邊長W為140. 3 士 0. 4mm，方形鋯合金元件盒21的內(nèi)表面邊長Wj 為135. 9士0. 3mm，方形鋯合金元件盒21四個圓角的半徑r為6mm。在焊接過程中采用到焊接模具，焊接模具的結(jié)構(gòu)如圖3-圖6所示，包括鋯盒支撐 結(jié)構(gòu)、鋯盒壓緊結(jié)構(gòu)、定位機構(gòu)、鋯盒表面保護裝置與模具裝拆機構(gòu)組成；鋯盒壓緊結(jié)構(gòu)設(shè) 置在鋯盒支撐結(jié)構(gòu)外部，鋯盒壓緊結(jié)構(gòu)與鋯盒支撐結(jié)構(gòu)之間設(shè)置有待焊接的U型鋯槽1 ；定 位機構(gòu)設(shè)置在鋯盒壓緊結(jié)構(gòu)的兩端面，鋯盒表面保護裝置為在U型鋯槽1與鋯盒壓緊結(jié)構(gòu) 之間；模具裝拆機構(gòu)設(shè)置在鋯盒壓緊結(jié)構(gòu)的兩端面與鋯盒支撐結(jié)構(gòu)上。具體來說，鋯盒支撐結(jié)構(gòu)包括由上楔狀四棱柱2與下楔狀四棱柱3組成的組合內(nèi) 胎，上楔狀四棱柱2下表面為上楔狀四棱柱結(jié)合面2c，上楔狀四棱柱結(jié)合面2c上設(shè)置有鍵 槽2a，下楔狀四棱柱3上表面為下楔狀四棱柱結(jié)合面3c，下楔狀四棱柱結(jié)合面3c上設(shè)置有 鍵3a，鍵槽2a與鍵3a為小間隙配合；在組合內(nèi)胎沿軸向的四個角設(shè)置有兩個第一方形缺 口 2b與兩個第二方形缺口 3b，兩個第一方形缺口 2b在上楔狀四棱柱2上設(shè)置，兩個第二方 形缺口 3b在下楔狀四棱柱3上設(shè)置，目的為了避開U型鋯槽1的四周圓角；在組合內(nèi)胎的 兩端端部設(shè)置有上定位軸2e、下定位軸3e，上定位軸2e在上楔狀四棱柱2上設(shè)置，下定位
軸3e在下楔狀四棱柱3上設(shè)置；組合內(nèi)胎的上下兩面設(shè)置有上矩形長槽2d與下矩形長槽 3d，目的是為了在焊接時產(chǎn)生的熱量可以通過上矩形長槽2d與下矩形長槽3d向外部導(dǎo)出。
鋯盒壓緊結(jié)構(gòu)設(shè)置在鋯盒支撐結(jié)構(gòu)外部，鋯盒壓緊結(jié)構(gòu)包括外胎4，外胎4的上下 表面設(shè)置有長孔4b，長孔4b作為焊接操作空間，長孔4b與兩塊U型鋯槽之間的焊縫4a位 置相對；外胎4內(nèi)左右豎直設(shè)置有兩塊寬壓板5，外胎4內(nèi)上下各平行設(shè)置有二塊窄壓板6， 外胎4四個側(cè)面設(shè)置有壓緊螺釘7與第一墊圈8，壓緊螺釘7施加載荷于寬壓板5與窄壓板 6，并將焊接時的U型鋯槽1緊緊地壓貼在組合內(nèi)胎上，使被焊接邊間的間隙最小、錯邊量最定位機構(gòu)包括在外胎4兩端部設(shè)置的端部壓蓋10，端部壓蓋10中心設(shè)置有定位 孔，上楔狀四棱柱2兩端的上定位軸2e、下楔狀四棱柱3兩端的下定位軸3e同時穿出定位 孔固定；外胎4的兩個端部還設(shè)有止口 4c，從而使得端部壓蓋10、外胎4端部止口 4c、端部 壓蓋10定位孔與組合內(nèi)胎上定位軸2e、下定位軸3e之間配合共同保證組合內(nèi)胎、外胎4及 U型鋯槽1間的同軸度。鋯盒表面保護裝置為在U型鋯槽1與寬壓板5、U型鋯槽1與窄壓板6之間設(shè)置的 橡膠墊9，起到保護作用。模具裝拆機構(gòu)包括兩對螺桿、螺母結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)具體為包括與上楔狀四棱柱2兩 端連接的第一內(nèi)胎安裝螺桿11、第一內(nèi)胎拆卸螺桿15，還包括與下楔狀四棱柱3兩端連接 的第二內(nèi)胎拆卸螺桿16與第二內(nèi)胎安裝螺桿20，第一內(nèi)胎安裝螺桿11、第一內(nèi)胎拆卸螺桿 15、第二內(nèi)胎拆卸螺桿16、第二內(nèi)胎安裝螺桿20分別穿出端部壓蓋10上的圓孔，并與各自 組合內(nèi)胎通過螺紋聯(lián)接；在第一內(nèi)胎安裝螺桿11、第一內(nèi)胎拆卸螺桿15、第二內(nèi)胎拆卸螺 桿16、第二內(nèi)胎安裝螺桿20上分別設(shè)置有第一螺母12、第二螺母14、第三螺母17、第四螺 母19，在第一內(nèi)胎安裝螺桿11、第二內(nèi)胎安裝螺桿20上還分別設(shè)置有第二墊圈13與第三 墊圈18 ；第一內(nèi)胎安裝螺桿11與第一螺母12、第二內(nèi)胎安裝螺桿20與第四螺母19用于組 合內(nèi)胎的安裝，第一內(nèi)胎拆卸螺桿15與第二螺母14、第二內(nèi)胎拆卸螺桿16與第三螺母17 用于組合內(nèi)胎的拆卸。安裝時，將第二螺母14、第三螺母17擰下；逐步擰緊第一螺母12、第 四螺母19調(diào)整上楔狀四棱柱2、下楔狀四棱柱3的相對位置，使組合內(nèi)胎完全支撐住U型鋯 槽1。焊接完畢后組合內(nèi)胎拆卸時，先將第一螺母12、第四螺母19擰下，再逐步擰緊第二螺 母14、第三螺母17即可脫開組合內(nèi)胎。焊接成方形鋯合金元件盒的具體過程是，將兩塊U型鋯槽1固定在組合內(nèi)胎外面， 再將U型鋯槽1通過鋯盒壓緊結(jié)構(gòu)壓緊固定，定位機構(gòu)保證組合內(nèi)胎、外胎4及U型鋯槽1 間的同軸度，模具裝拆機構(gòu)用于將焊接后的U型鋯槽1從組合內(nèi)胎上取下，兩個U型鋯槽1 的焊縫4a處與外胎4對接的長孔4b開口處一致。采用真空電子束對焊縫4a處進行焊接， 焊接流程包括點焊、預(yù)熱焊、正式焊與精整焊；對焊縫內(nèi)外表面刮平；最后將一體的U型鋯 槽取出；步驟4，將步驟3得到的一體的U型鋯槽進行真空熱處理矯形，從而對尺寸進行精整先將一體的U型鋯槽放置在矯形模具內(nèi)，其中，矯形模具的結(jié)構(gòu)如圖7所示，包括長方體的內(nèi)胎23，內(nèi)胎23沿長度方向的4 個棱角上開有方形的凹槽，在4個凹槽處分別設(shè)置有一角棒22。將兩個一體的U型鋯槽套在內(nèi)胎23的外表面。角棒22的半徑與U型鋯槽1的內(nèi)圓角半徑一致。再將矯形模具進行真空熱處理，熱處理溫度為600°C，保溫時間2. 5小時，真空度 為1. 3X 10_3Pa ；空冷后將一體的U型鋯槽取出；步驟5，將步驟4得到的一體的U型鋯槽進行表面處理以及酸洗，酸洗時間為4-6分鐘， 酸洗后用軟化水沖洗干凈，用高純壓縮空氣吹干，即得到本發(fā)明的高精度方形鋯合金元件
.品. 酸洗過程中用到的酸液為，按照體積百分比，其組分為，3% 的 HF，30% 的 HNO3,67% 的軟化水。本發(fā)明中，尺寸精度是核用鋯方盒的一個關(guān)鍵的質(zhì)量特征，也是本發(fā)明中重點解 決的環(huán)節(jié)，最終尺寸實際上是通過下料工序的精確計算、數(shù)控精細銑邊以及焊接模具來保 證的，留給矯形整形工序的尺寸余地不能超過0. 5mm,否則矯形模具將無法裝入，這也是本 發(fā)明的制備方法能保證尺寸精度及大幅度提升成品率的原因。實施例1選取厚度為2. 2mm,粗糙度< 3. 2 μ m的符合要求的鋯板，將鋯板采用數(shù)控剪切機 下料并精銑，得到兩張精銑后的鋯板；鋯板相鄰邊間的垂直度偏差小于0. 3mm ；取精銑后 的兩張鋯板，采用數(shù)控折彎機，將兩張鋯板分別折彎成U型鋯槽狀，其中定位模具精度為 士0. 01mm，具體過程包括沿板材縱向折彎，成型速度為SOmm/min、上下模間隙為2. Omm、載 荷為50噸、保壓時間為5秒、折彎沖頭的圓角半徑6mm、回彈量為0. 6° ；將兩個U型鋯槽利 用焊接工裝將兩個U型鋯槽的槽口對接，組裝成一個方形鋯合金元件盒，制得的方形鋯合 金元件盒長L為1100mm，厚度δ為2. 2mm,方形鋯合金元件盒的外表面邊長W為140. 3mm, 方形鋯合金元件盒的內(nèi)表面邊長Wj為135. 9mm，方形鋯合金元件盒四個圓角的半徑r為 6mm ；將一體的U型鋯槽進行真空熱處理矯形，先將一體的U型鋯槽放置在矯形模具內(nèi)，再將 矯形模具進行真空熱處理，熱處理溫度為600°C，保溫時間2. 5小時，真空度為1. 3 X IO-3Pa, 空冷后將一體的U型鋯槽取出；將一體的U型鋯槽進行表面處理以及酸洗，酸洗時間為4分 鐘，酸洗后用軟化水沖洗干凈，用高純壓縮空氣吹干，即得到本發(fā)明的高精度方形鋯合金元 件盒。實施例2選取厚度為2. 3mm,粗糙度< 3. 2 μ m的符合要求的鋯板，將鋯板采用數(shù)控剪切機 下料并精銑，得到兩張精銑后的鋯板；鋯板相鄰邊間的垂直度偏差小于0. 3mm ；取精銑后 的兩張鋯板，采用數(shù)控折彎機，將兩張鋯板分別折彎成U型鋯槽狀，其中定位模具精度為 士0. 01mm，具體過程包括沿板材縱向折彎，成型速度為120mm/min、上下模間隙為3. Omm、載 荷為80噸、保壓時間為20秒、折彎沖頭的圓角半徑6mm、回彈量為1 ° ；將兩個U型鋯槽 利用焊接工裝將兩個U型鋯槽的槽口對接，組裝成一個方形鋯合金元件盒，制得的方形鋯 合金元件盒長L為llOOmm+lmm，厚度δ為2. 3mm，方形鋯合金元件盒的外表面邊長W為 140. 3mm+0. 4mm，方形鋯合金元件盒的內(nèi)表面邊長Wj為135. 9mm+0. 3mm，方形鋯合金元件盒 四個圓角的半徑r為6mm ；將一體的U型鋯槽進行真空熱處理矯形，先將一體的U型鋯槽放 置在矯形模具內(nèi)，再將矯形模具進行真空熱處理，熱處理溫度為600°C，保溫時間2. 5小時， 真空度為1. 3X IO-3Pa,空冷后將一體的U型鋯槽取出；將一體的U型鋯槽進行表面處理以
9及酸洗，酸洗時間為6分鐘，酸洗后用軟化水沖洗干凈，用高純壓縮空氣吹干，即得到本發(fā) 明的高精度方形鋯合金元件盒。實施例3選取厚度為2. 25mm,粗糙度< 3. 2 μ m的符合要求的鋯板，將鋯板采用數(shù)控剪切 機下料并精銑，得到兩張精銑后的鋯板；鋯板相鄰邊間的垂直度偏差小于0. 3mm ；取精銑后 的兩張鋯板，采用數(shù)控折彎機，將兩張鋯板分別折彎成U型鋯槽狀，其中定位模具精度為 士0. 01mm，具體過程包括沿板材縱向折彎，成型速度為lOOmm/min、上下模間隙為2. 5mm、載 荷為60噸、保壓時間為10秒、折彎沖頭的圓角半徑6mm、回彈量為0.8° ；將兩個U型鋯槽 利用焊接工裝將兩個U型鋯槽的槽口對接，組裝成一個方形鋯合金元件盒，制得的方形鋯 合金元件盒長L為llOOmm-lmm，厚度δ為2. 25mm,方形鋯合金元件盒的外表面邊長W為 140. 3mm-0. 4mm，方形鋯合金元件盒的內(nèi)表面邊長Wj為135. 9mm_0. 3mm，方形鋯合金元件盒 四個圓角的半徑r為6mm ；將一體的U型鋯槽進行真空熱處理矯形，先將一體的U型鋯槽放 置在矯形模具內(nèi)，再將矯形模具進行真空熱處理，熱處理溫度為600°C，保溫時間2. 5小時， 真空度為1. 3X IO-3Pa,空冷后將一體的U型鋯槽取出；將一體的U型鋯槽進行表面處理以 及酸洗，酸洗時間為5分鐘，酸洗后用軟化水沖洗干凈，用高純壓縮空氣吹干，即得到本發(fā) 明高精度方形鋯合金元件盒。
權(quán)利要求
一種焊接模具，其特征在于，由鋯盒支撐結(jié)構(gòu)、鋯盒壓緊結(jié)構(gòu)、定位機構(gòu)與模具裝拆機構(gòu)組成；所述鋯盒壓緊結(jié)構(gòu)設(shè)置在鋯盒支撐結(jié)構(gòu)外部，所述定位機構(gòu)設(shè)置在鋯盒壓緊結(jié)構(gòu)的兩端面，所述模具裝拆機構(gòu)設(shè)置在鋯盒壓緊結(jié)構(gòu)的兩端面與鋯盒支撐結(jié)構(gòu)之間；所述鋯盒支撐結(jié)構(gòu)是包括由上楔狀四棱柱(2)與下楔狀四棱柱(3)組成的組合內(nèi)胎，所述上楔狀四棱柱(2)下表面為上楔狀四棱柱結(jié)合面(2c)，所述上楔狀四棱柱結(jié)合面(2c)上設(shè)置有鍵槽(2a)，所述下楔狀四棱柱(3)上表面為下楔狀四棱柱結(jié)合面(3c)，所述下楔狀四棱柱結(jié)合面(3c)上設(shè)置有鍵(3a)，鍵槽(2a)與鍵(3a)為小間隙配合；所述組合內(nèi)胎的兩端端部設(shè)置有上定位軸(2e)與下定位軸(3e)，所述上定位軸(2e)在上楔狀四棱柱(2)上設(shè)置，所述下定位軸(3e)在下楔狀四棱柱(3)上設(shè)置；組合內(nèi)胎的上下兩面設(shè)置有上矩形長槽(2d)與下矩形長槽(3d)；所述鋯盒壓緊結(jié)構(gòu)是包括外胎(4)，外胎(4)的上下表面設(shè)置有長孔(4b)，外胎(4)內(nèi)還設(shè)置有寬壓板(5)與窄壓板(6)，所述外胎(4)的四個側(cè)面設(shè)置有壓緊螺釘(7)與第一墊圈(8)；所述定位機構(gòu)的結(jié)構(gòu)是包括外胎(4)兩端部設(shè)置的端部壓蓋(10)，端部壓蓋(10)中心設(shè)置有定位孔，上楔狀四棱柱(2)兩端的上定位軸(2e)、下楔狀四棱柱(3)兩端的下定位軸(3e)同時穿出定位孔固定；所述模具裝拆機構(gòu)的結(jié)構(gòu)是包括與上楔狀四棱柱(2)兩端連接的第一內(nèi)胎安裝螺桿(11)、第一內(nèi)胎拆卸螺桿(15)，還包括與下楔狀四棱柱(3)兩端連接的第二內(nèi)胎拆卸螺桿(16)與第二內(nèi)胎安裝螺桿(20)，所述第一內(nèi)胎安裝螺桿(11)、第一內(nèi)胎拆卸螺桿(15)、第二內(nèi)胎拆卸螺桿(16)與第二內(nèi)胎安裝螺桿(20)分別穿出端部壓蓋(10)上的圓孔，并與各自組合內(nèi)胎螺紋聯(lián)接；所述第一內(nèi)胎安裝螺桿(11)、第一內(nèi)胎拆卸螺桿(15)、第二內(nèi)胎拆卸螺桿(16)、第二內(nèi)胎安裝螺桿(20)上分別設(shè)置有螺母。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接模具，其特征在于，所述U型鋯槽(1)與寬壓板(5)、U型 鋯槽(1)與窄壓板(6)之間設(shè)置有橡膠墊(9)。
3.一種如權(quán)利要求1或2所述采用該焊接模具加工高精度方形鋯合金元件盒的制備方 法，其特征在于，具體包括以下步驟步驟1，選取厚度δ為2.2mm-2.3mm，粗糙度<3.2μπι的鋯板，將鋯板采用數(shù)控剪切機下料并 精銑，得到長為1100士 1mm，寬為268. 5士0. 03mm的兩張精銑后的鋯板；保證鋯板的四條邊 平整，相鄰邊間的垂直度偏差小于0. 3mm ；步驟2，取步驟1精銑后的兩張鋯板，采用數(shù)控折彎機，將兩張鋯板分別折彎成U型鋯槽狀，定 位模具精度為士0. 01mm，成型速度80mm/min-120mm/min、上下模間隙2. Omm-3. 0mm、載荷50 噸-80噸、保壓時間5-20秒、折彎沖頭的圓角半徑6mm、回彈量為0.6° -1° ；步驟3，本步驟3中用到一種焊接模具，由鋯盒支撐結(jié)構(gòu)、鋯盒壓緊結(jié)構(gòu)、定位機構(gòu)與模具裝拆 機構(gòu)組成；所述鋯盒壓緊結(jié)構(gòu)設(shè)置在鋯盒支撐結(jié)構(gòu)外部，所述定位機構(gòu)設(shè)置在鋯盒壓緊結(jié) 構(gòu)的兩端面，所述模具裝拆機構(gòu)設(shè)置在鋯盒壓緊結(jié)構(gòu)的兩端面與鋯盒支撐結(jié)構(gòu)之間；所述鋯盒支撐結(jié)構(gòu)是包括由上楔狀四棱柱(2)與下楔狀四棱柱(3)組成的組合內(nèi)胎，所述上楔狀四棱柱(2)下表面為上楔狀四棱柱結(jié)合面(2c)，所述上楔狀四棱柱結(jié)合面(2c) 上設(shè)置有鍵槽(2a)，所述下楔狀四棱柱(3)上表面為下楔狀四棱柱結(jié)合面(3c)，所述下楔 狀四棱柱結(jié)合面(3c)上設(shè)置有鍵(3a)，鍵槽(2a)與鍵(3a)為小間隙配合；所述組合內(nèi) 胎的兩端端部設(shè)置有上定位軸(2e)與下定位軸(3e)，所述上定位軸(2e)在上楔狀四棱柱 (2)上設(shè)置，所述下定位軸(3e)在下楔狀四棱柱(3)上設(shè)置；組合內(nèi)胎的上下兩面設(shè)置有 上矩形長槽(2d)與下矩形長槽(3d)；所述鋯盒壓緊結(jié)構(gòu)是包括外胎(4)，外胎(4)的上下表面設(shè)置有長孔(4b)，長孔(4b) 與兩塊U型鋯槽之間的焊縫(4a)位置相對；外胎⑷內(nèi)還設(shè)置有寬壓板(5)與窄壓板(6)， 所述外胎(4)的四個側(cè)面設(shè)置有壓緊螺釘(7)與第一墊圈(8)；所述定位機構(gòu)的結(jié)構(gòu)是包括外胎(4)兩端部設(shè)置的端部壓蓋(10)，端部壓蓋(10)中 心設(shè)置有定位孔，上楔狀四棱柱(2)兩端的上定位軸(2e)、下楔狀四棱柱(3)兩端的下定位 軸(3e)同時穿出定位孔固定；所述模具裝拆機構(gòu)的結(jié)構(gòu)是包括與上楔狀四棱柱(2)兩端連接的第一內(nèi)胎安裝螺桿 (11)、第一內(nèi)胎拆卸螺桿(15)，還包括與下楔狀四棱柱(3)兩端連接的第二內(nèi)胎拆卸螺桿 (16)與第二內(nèi)胎安裝螺桿(20)，所述第一內(nèi)胎安裝螺桿(11)、第一內(nèi)胎拆卸螺桿(15)、第 二內(nèi)胎拆卸螺桿(16)與第二內(nèi)胎安裝螺桿(20)分別穿出端部壓蓋(10)上的圓孔；所述第 一內(nèi)胎安裝螺桿(11)、第一內(nèi)胎拆卸螺桿(15)、第二內(nèi)胎拆卸螺桿(16)、第二內(nèi)胎安裝螺 桿(20)上分別設(shè)置有螺母，利用上述焊接模具，實施以下操作，將步驟2制得的兩個U型鋯槽將槽口對接，先將兩個U型鋯槽套在焊接模具組合內(nèi)胎 的外表面，兩個U型鋯槽的焊縫處與兩個U型框?qū)拥拈_口處一致，采用真空電子束對焊縫 處進行焊接，對焊縫內(nèi)外表面刮平，最后將一體的U型鋯槽取出； 步驟4，將步驟3得到的一體的U型鋯槽進行真空熱處理矯形，從而對尺寸進行精整 先將一體的U型鋯槽放置在矯形模具內(nèi)，再將矯形模具進行真空熱處理，熱處理溫度 為600°C，保溫時間2. 5小時，真空度為1. 3X 10_3Pa ；空冷后將一體的U型鋯槽取出； 步驟5，將步驟4得到的一體的U型鋯槽進行表面處理以及酸洗，酸洗時間為4-6分鐘，酸洗后 用軟化水沖洗干凈，用高純壓縮空氣吹干，即得。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的加工方法，其特征在于，所述U型鋯槽(1)與寬壓板(5)、U型 鋯槽(1)與窄壓板(6)之間設(shè)置有橡膠墊(9)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的加工方法，其特征在于，所述步驟4中的矯形模具的結(jié) 構(gòu)，包括長方體的內(nèi)胎(23)，內(nèi)胎(23)沿長度方向的4個棱角上開有方形的凹槽，在4個凹 槽處分別設(shè)置有角棒(22)，角棒(22)的半徑與U型鋯槽的內(nèi)圓角半徑一致。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種焊接模具，鋯盒壓緊結(jié)構(gòu)設(shè)置在鋯盒支撐結(jié)構(gòu)外部，鋯盒壓緊結(jié)構(gòu)與鋯盒支撐結(jié)構(gòu)之間設(shè)置有待焊接的U型鋯槽；定位機構(gòu)設(shè)置在鋯盒壓緊結(jié)構(gòu)的兩端面，鋯盒表面保護裝置為在U型鋯槽與鋯盒壓緊結(jié)構(gòu)之間；模具裝拆機構(gòu)設(shè)置在鋯盒壓緊結(jié)構(gòu)的兩端面與鋯盒支撐結(jié)構(gòu)上。本發(fā)明還公開了一種高精度方形鋯合金元件盒的加工方法，加工步驟為選取鋯板及性能復(fù)驗、鋯板下料、折彎成型、利用焊接模具焊接、真空熱處理矯形與表面處理。本發(fā)明的有益效果是，采用特制的焊接模具將兩個U型鋯槽的槽口對接，組裝成一個方形鋯合金元件盒，制造得到的方形鋯合金元件盒精度高，加工時間短，適合大批量生產(chǎn)。
文檔編號B23P15/00GK101905405SQ20101023094
公開日2010年12月8日 申請日期2010年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月16日
發(fā)明者劉敏, 張亞軍, 徐勇, 李恒羽, 王德華, 蔣躍元, 袁改煥 申請人:國核寶鈦鋯業(yè)股份公司;清華大學(xué)