铸造弯头基准选择和划线方法

摘要：本文通过分析核电主管道铸造弯头的设计图纸，结合弯头加工工艺，介绍了铸造弯头合理的放置基准和划线基准，并巧妙借料，达到了最大限度利用毛坯，避开弯头铸造缺陷的目的，同时为后续加工提供了统一而精确的加工基准。

关键词：核电 主管道前言弯头 毛坯划线方法 放置基准 划线基准

核电站主管道是核安全1级、质量等级为QA1级的核岛主要设备之一。具有耐辐照、高温、高压和长寿命、核安全等级高等特殊要求。反应堆冷却剂系统由三个环路组成，每一个环路由一台蒸汽发生器，一台反应堆冷却剂泵（主泵）和将这些设备与反应堆压力容器连接在一起的反应堆冷却剂管道（主管道）组成。其中一个过渡段组件，连接蒸汽发生器与主泵，从蒸汽发生器开始依次由下列零件组成：一个40°弯头，公称直径787.4mm；一段垂直的直管段，公称直径787.4mm；一个90°弯头（过渡段），公称直径787.4mm；一段水平的直管段，公称直径787.4mm；一个90°弯头（泵入口），公称直径787.4mm，与主泵吸入侧连接。铸造弯头材质为Z3CN20-09M，制造标准为法国RCC-M标准和买方技术规格书。

在制造上，大尺寸弯头的静态浇铸非常容易产生各种表面铸造缺陷，另外，RCC-M标准M3403要求，浇铸出来后的毛坯件，内外表面去除的厚度应至少等于5mm，这就要求在制定铸造弯头制造大纲时，考虑到可能的表面缺陷，制定合格的铸造工艺和后续机加工工艺，做到用尽可能小的毛坯尺寸来满足技术要求，达到节约成本的目的。在弯头整个制造过程中，毛坯弯头基准的确定和划线方法，是确定最终产品在毛坯中位置的一个承上启下的关键工序。好的划线方法可以最大限度的利用毛坯，从而减小对毛坯尺寸要求。毛坯弯头基准确定和画线完成，对后续机加工提供统一基准，起到决定性的、精确的作用。下面以岭澳二期核电站主管道90°弯头基准选择和画线方法为例进行分析说明。

1.弯头图纸分析及划线基准的选择

2.1 弯头图纸分析

90°弯头零件图如图一所示

从零件图可知，弯头的内弧、外弧中心的曲率半径（曲率半径分别为R1450mm和R1443mm）是在同一个圆心点上。但从弯头的截面图看，弯头的内圆、外圆偏心，偏心距为7mm，即弯头外圆中心点，在R1443mm的圆轴线上，内圆中心点在R1450mm的圆轴线上。而且两端的直段中心线与弯头内弧曲率半径（R1450mm）相切连接，注意控制弯头两端直段部分长度，以控制弯头两端的安装距尺寸（1586mm和1616mm）。

2.2弯头的划线基准选择

弯头尺寸基准：从零件图分析可以看出，弯头在设计上，是以内圆轴心曲率（R1450mm）为基准，来确定弯头其他部位尺寸的，而且弯头外圆轴心曲率（R1443mm）与内圆轴心曲率（R1450mm）不重合，弯头弯曲部分内外圆偏心，但弯头内外圆轴心曲率在同一平面上。基于划线基准与设计基准重合的原则，故弯头弯曲部分划线基准定为：弯头的内外圆的曲率轴心平面与弯头内外壁相交的围线（简称弯头水平围线）为基准。

弯头的放置基准 ：在弯头放置基准的选择上，不仅要考虑到以上基于设计基准所选择的划线基准，还要考虑到后续加工时的安装基准。做到：第一，能准确和方便地在毛坯上找出划线基准；第二，尽量使划线的放置基准与弯头的机加工安装基准一致，故该放置位置是划线基准（弯头内圆曲率中心线）与划线平台平行，也是弯头后续机加工时的放置基准。

2.对毛坯弯头有缺陷的几种划线方法对比分析

3.1 毛坯弯头特点及分析

岭澳主管道90°弯头是通过静态浇铸而成，对于如此大尺寸的静态浇铸件，易发生造型时走模、浇铸时冲沙、浇铸和冷却过程中气体排出不畅、冷却变形等中轴偏心或表面缺陷。除表面缺陷非常严重的需要掏挖补焊外，其余表面缺陷就需要最大限度地运用划线技巧，通过借料来弥补，使表面缺陷位于机加工余量部位，以便在机加工时去除掉缺陷而不需补焊。现我们以毛坯弯头表面有缺陷及端面中心轴尺寸有偏差为例，来进行讨论对比分析几种画线方法。

我们从以上示意图看出，毛坯弯头内外圆同时存在上下偏心11mm，左右偏心18mm。且毛坯弯头轴心曲率R1443mm和R1450mm是非同心圆。另外表面上有深4～5mm的因浇铸时冲砂而造成的表面凹坑。

3.2 画线前几种方法分析：

第一种方法：

若以毛坯弯头O1点（毛坯弯头端面内壁实际圆心），来确定毛坯弯头内孔和外圆的水平围线（使水平围线与O1在同一面上）时，可使弯头内壁加工余量均匀，毛坯弯头的外圆加工余量不均匀，会出现上方加工量很大，而左下方外圆就没有加工量了（余量0.5mm），不符合产品图纸的技术要求。

若以毛坯弯头直端的O1点（毛坯弯头端面内壁实际圆心），来找出弯头内孔轴心曲率半径R1450mm的圆心M点时，将会使弯头外圆的划线轴心曲率半径R1443mm点与毛坯的外圆轴心曲率半径相差太大（相差11mm），因为毛坯外圆轴心与内孔轴心实际相差18mm,那么就会使弯头外圆的加工量不足，且弯头的曲圆外表面坑不能去除。

第二种方法：

若以毛坯弯头O2点（毛坯弯头端面外圆实际圆心），来确定弯头毛坯内孔和外圆的水平围线（使水平围线与02在同一面上）时，可使弯头的外圆加工余量很均匀，而毛坯弯头内孔的左下方加工余量不够尺寸(小于0.6mm)，使直段的孔不符合产品图纸的技术要求。

若以毛坯弯头直端的O2点（毛坯弯头端面外圆实际圆心），来找弯头外圆轴心曲率半径R1443mm的圆心M′点时，会出现毛坯弯头内孔的轴心曲率半径R1450mm和划出来的R1450mm的尺寸相差太大(11mm)，使弯头的内曲圆表面不能加工平整，因此不能保证图纸技术要求。

第三种方法（最终确定的划线方法）：

第一步：将弯头放置。找出弯头毛坯两直段的内孔圆心。再在毛坯中部选一合适位置，在毛坯圆孔内找一点，此点应位于所在毛坯切面圆的上下等分线上。此三点将确定毛坯水平对称面。

第二步：调节弯头位置，使第一步所找的三点与划线平台平行。并用划针在毛坯外表面上划出水平围线。

第三步；在所放置的弯头顶面合适位置找三点A、B、C，此三点应位于弯头弯曲段，且在大致的R1443弯头外圆中心曲率圆上。以此三点初步确定弯头的曲率圆心M。

第四步：计算出弯头90º的外圆轴心曲率的弦长值;

应用直角三角形的函数计算：sinβ=对边/斜边

用R1443mm的尺寸计算出弯头90º的弦长值AB的长度是2040.71mm；此弦长值将用于确定弯头的90º弯曲部分。

第五步：在第三步所找出的弯头曲率圆心附近反复调节圆心M位置，及弯头直段起始位置A、B点，并结合90度的弦长值2040.71mm，最终确定弯头的实际曲率圆心和弯头直段起始位置，使弯头端面圆满足图八的要求，且要保证弯头的两端的安装距离分别为1616mm和1586mm。该方案将最终能保证弯头有5mm加工量并能使表面冲沙缺陷不会留在产品上,且满足弯头安装距的要求。

第六步。以最终找出的圆心M点，在毛坯顶面上划出弯头内孔的轴心曲圆半径R1450mm。

第七步：划出两端直段起始线，在直段端面上划出直段内外加工圆。至此所有毛坯划线工序完成。

3.结束语

通过对弯头图纸的分析，结合弯头加工工艺，确定了岭澳二期核电主管道产品弯头在毛坯中的位置,选择合理的划线基准和放置基准，介绍了弯头的画线方法，通过巧妙借料，规避表面铸造缺陷,大大地减少了补焊区域，达到最大限度利用毛坯，避开弯头铸造缺陷的目的，且为后续机加工、产品组对提供了高质量的、精确的基准