核岛调节阀阀芯组件销钉钻取工装和配钻工装研究

［摘 要］核电设备的阀芯在工作一段时间后会发生磨损，需要更换，但阀杆一般还可以继续使用。为提升材料利用率，节省成本，可将更换的阀芯安装到旧阀杆上。采用销钉固定为组件，在更换时需要钻取销钉并进行配钻作业，使开设的孔与旧阀杆的孔保证较高的同轴度。文章研究了核岛调节阀阀芯组件销钉钻取工装和配钻工装，以确保钻取和配钻时的准确性和作业效率。

［关键词］调节阀；阀芯；销钉；钻取

［中图分类号］TM623 ［文献标志码］A ［文章编号］2095–6487（2024）05–0067–03

核岛调节阀阀芯通过螺纹连接在阀杆上，采用销钉固定为组件。由于阀芯长期受流体冲刷，密封面极易出现损伤，缺陷较大时难以通过研磨车削修复，需要更换备件。为节约成本，在旧阀杆尚可继续使用时，可对阀芯组件取销后使用旧阀杆旋入新阀芯重新配钻。但销钉与销孔为过盈配合，销钉端部又被铆击变形，使用敲击等方式很难将销钉取出，而新阀芯备件没有销孔，需要以旧阀杆销孔为基准重新配钻，而阀杆上的销孔处于螺纹段，旋入阀芯后销孔不可观察，无法作为基准对钻孔位置进行定位找正，盲目钻孔极易造成阀芯上的新孔不对中或阀杆上的旧孔直径变大等缺陷。为确保对阀芯进行正常开孔作业，需要研发新型的核电钻取与配钻设备，进一步提升更换效率和准确性。

1 调节阀阀芯组件销钉钻取工装

部分核岛调节阀的阀芯带有波纹管，波纹管需随阀门定期解体检查并更换其支架垫片，但若不拆除阀芯组件，便无法将波纹管和支架垫片取出检查。销钉钻取用于钻取销钉旋下阀瓣，工装设计为应对不同尺寸和类型的设备，可对长度不大于80 mm、直径为3～12 mm 的圆柱销、锥销、斜位销等各式销钉进行钻取，最大加工深度不大于150 mm，具备最小20 mm的水平避让能力。

工装包括夹持及钻取两个模块，其中夹持部分具备定位、导向及对阀瓣进行力矩紧固的功能，钻取模块配置大扭矩充电电钻并具有导向功能。进行钻取时采用定位螺钉定位销钉孔，定位后锁紧夹具和螺钉，更换比销钉孔小0.2 mm 的导向孔导向螺钉，并适配铜环。不同直径阀瓣使用不同直径垫环，采用与导向螺钉孔孔径相同的钻头钻取销钉，配置有观察孔，查看钻取情况并排出销钉碎屑。

2 调节阀阀芯组件销钉配钻工装

配钻工装具备销钉钻取和盲孔配钻的能力，可以对销钉或销孔快速定位，新钻取的销孔的尺寸精度公差为±0.05 mm，可对直径50 mm 及长度1 100 mm 以内的普通阀杆及波纹管式阀杆进行销孔定位及阀杆固定。工作台由夹持和托举阀芯升降的部分构成，为完成斜位销取配钻，要调整阀芯的旋转角度。柱塞式调节阀阀芯配钻前将阀杆旋入阀杆并按力矩紧固，还具备可抱紧或卡紧阀芯的能力，以按力矩紧固阀杆时阀瓣不发生转动。而碟形调节阀阀芯结构与柱塞式调节阀相差较大，工装需要对口径500 mm 以内的蝶形调节阀的锥形销进行配钻。

调节阀阀芯组件的销钉配钻工装由高精度钻床、盲孔配钻工作台、阀杆固定装置、销孔定位装置4 个部分构成。销钉孔定位时调整阀杆位置，使销钉孔定位针上下两端分别对齐上部及下部定位针，定位后将阀杆固定，取下销钉孔定位针，安装阀瓣到阀杆上，换上合适钻头钻孔。阀杆可在前端固定装置中心沿x轴、y 轴及z 轴3 个方向相对转动，调整到位后锁死固定。后端固定装置可带动阀杆尾部沿x 轴、y 轴方向相对运动，以及沿阀杆中心轴线旋转，调整到位后锁死固定。

3 旧阀杆与配钻工艺设计

3.1 斜孔配钻

斜孔配钻流程如下：①将连接板安装在四轴端面上，采用螺栓进行紧固（注：四轴端面在使用前应进行相应清洁吹扫，防止四轴端面有异物影响加工精度）。根据旧阀杆尺寸选择相应孔径的安装座和夹紧座，并将其安装在连接板上。②根据旧阀杆上的孔选择相适配的测量块，将旧阀杆穿入夹紧座，调整四轴至旧阀杆水平，旋入新阀芯（不需要拧紧），然后将移动托盘安装到工作台上，调整四轴往回转，待阀芯和移动托盘靠近后停止四轴运动，确认移动托盘可以夹持新阀芯，取下移动托盘。选择好与斜孔配合的锥塞，将尾部塞入测量块内，最后将测量块放入阀芯斜孔内。③控制选择手摇轮模式，使用手摇轮之前确认主轴不会与工件发生碰撞，若发生碰撞，合理调整手轮模式的倍率，且轴向选钮调整至手轮正向转动。主轴位置在手摇轮上分别选择x 轴和y 轴移动工作台，在主轴或主轴附近装上百分表，调整百分表和测量块接触的同时，确认表盘是否在可视范围内。在空间范围相距非常近的情况下，手轮调整到倍率 x1，移动工作台让百分表的红测头靠近测量块，将百分表指针转到量程的 2/3，打表时选择各轴相应移动，测量头不能超出被测物体的接触面，超出后重新调整位置，不能往回移动接触，否则会将侧头碰断。④移动工作台位置，将百分表放在测量块左面x1 上，测量测量块y 轴方向的平行度，将测量块的平行度调整在 0.01 mm 内并敲紧，重复打表确认y 轴方向平行度在一丝（0.01 mm）内。⑤调整工作台位置，将百分表放在测量块 x 轴 x1 中间位置，上下移动z 轴，根据百分表测量数值变化旋转旧阀杆，直至百分表的测量值小于 0.01 mm，锁紧四轴上夹具的夹紧螺栓，重复该步骤，确认精度小于0.01 mm 后夹紧就阀杆。⑥调整工作台位置，将百分表放在测量块y 轴y1 的中间位置，上下移动z 轴，根据百分表测量数值变化调整四轴角度，直至百分表的测量值小于 0.01 mm ，取下百分表换上分中棒。⑦主轴旋转，进入 MDI（手动输入）模式，输入指令，分中棒的转速不宜过高， 一般在控制500～1 000 r/min。⑧在转数为500 r/min 左右时，让分中棒缓慢靠近工件，使分中棒上下同心时不会甩动，移动工件，分中棒偏心时，碰边找数（刀具与工件接触的次数）成功，重复刚才的找数，增加准确度。采用手轮操作工作台将测量块移动到分中棒右边，手轮切换至 z 轴，将主轴往下移动，切换手轮至x 轴，将工作台和分钟棒缓慢靠近，避免碰撞，贴近时将倍率调小，分钟棒下方寻边器的旋转偏心后，记下机床坐标，再减去或加上寻边器的半径后值输入机床坐标系，同理处理各点对中。⑨对中完成后，将主轴上移，然后停止主轴旋转，测量块和分中棒取下，将新的配钻阀芯装入阀杆，在工作台上安装移动角度托盘，调整支撑板位置和角度，使阀芯底部和支撑板贴合，锁紧螺栓。主轴换上刀具，进入 MDI 模式，输入指令后启动运行，使用手轮轴旋择z 轴，摇动手轮往下靠近阀杆阀芯，在接近或轻触位置停止手轮动作。对将加工的零件进行三维建模，将文件导入CAM（计算机辅助制造）软件中，完成切削路径规划、刀具选择、加工参数设置等操作，将代码上传至CNC（数控机床）控制器，进行加工程序的设定，包括刀具长度补偿、工件坐标系设定、刀具半径补偿等操作。

3.2 直孔配钻

先将四轴法兰和安装在四轴端面上，然后将弹簧夹工装安装在四轴法兰上。具体如下：①根据旧阀杆尺寸选择筒夹孔的弹簧夹头工装，根据不同尺寸的杆径更换筒夹，安装好后通过ER 扳手拧紧ER 螺母。将旧阀杆从四轴后端穿过主轴内，工件最大尺寸不大于30 mm 的杆可以从前面伸入。选择与直孔配合的塞规，将尾部塞入测量块内，最后将测量块放入阀芯孔内。②选择手摇轮模式，先确认z 轴不会与工件碰撞的情况下，若会碰撞，采用100 倍率，轴向选钮调整至z，手轮正向转动，根据主轴位置在手摇轮上分别选择x 轴和y 轴移动工作台，在主轴靠近工件附近或主轴装上百分表，调整百分表和测量块接触的同时确认表盘在可视范围内，手轮调整到10 倍率，移动工作台让百分表的红测头靠近测量块，将百分表指针转到量程的 2/3，打表时选择各轴相应移动，测量头不能超出被测物体的接触面，超出后重新调整位置，不能往回移动接触，否则会将侧头碰断。③移动工作台位置，将百分表放在测量块上，测量测量块y 轴方向的平行度，将测量块的平行度调整在 0.01 mm 内并敲紧，重复打表确认y 轴方向平行度在一丝（0.01 mm）内。调整工作台位置，将百分表放在测量块y 轴 y1的中间位置，上下移动z 轴，根据百分表测量数值变化手轮模式调整四轴角度，直至百分表的测量值在小于0.01 mm，取下百分表换上分中棒。④主轴旋转，进入MDI 模式，输入指令，分中棒的转速不宜过高，一般在500～1 000 r/min，完成后点击启动运行。⑤通过手轮操作工作台将测量块移动到分中棒右边，手轮切换至z 轴，将主轴往下移动，切换手轮至x 轴，将工作台和分钟棒缓慢靠近，避免碰撞，贴近时将倍率调小，分钟棒下方寻边器的旋转不偏心时，记下机床坐标，再减去或加上寻边器的半径后值输入机床坐标系，同理处理各点对中。⑥对中完成后，将主轴上移，然后停止主轴旋转，取下测量块和分中棒，用扭矩扳手按规定扭矩将新的阀瓣装入阀杆。

3.3 锥孔配钻

将阀杆装入四轴夹具上，选择与孔配合的锥塞，将尾部塞入测量块内，最后将测量块放入阀芯的其中一个锥孔内。具体如下：①在主轴附近装上百分表，手轮移动工作台，让百分表的测头靠近测量块，进给倍率调低，将百分表指针转到量程的 2/3，打表时选择各轴相应移动，测头不能超出被测物体的接触面，超出后重新调整位置，不能往回移动接触，否则会将侧头碰断。②移动工作台位置，将百分表放在锥塞左平面上，测量锥塞x 轴方向的平行度，将测量块的平行度调整在0.01 mm 内并敲紧，重复打表确认x 轴方向平行度在一丝（0.01 mm）内。调整工作台位置，将百分表放在测量块x 轴前方的中间位置，上下移动z 轴，根据百分表测量数值变化调整四轴角度，直至百分表的测量值小于0.01 mm，取下百分表换上分中棒。③主轴旋转，进入 MDI 模式，输入指令，分中棒的转速不宜过高， 一般在500～1 000 r/min，完成后点击启动。另一锥孔重复一遍分中操作，将相应的对中参数记录在坐标系上。④通过手轮操作工作台，将测量块移动到分中棒右边，手轮切换至z 轴，将主轴往下移动，切换手轮至x 轴，将工作台和分钟棒缓慢靠近，避免碰撞，贴近时将倍率调小，分钟棒下方寻边器的旋转偏心后，记下机床坐标，再减去或加上寻边器的半径后值输入机床坐标系，同理处理各点对中。⑤对中完成后，将主轴上移，然后停止主轴旋转，取下锥塞。将新的配钻阀芯装入阀杆，在工作台上安装支撑夹具，调整支撑板位置，使阀芯底部和支撑板贴合，锁紧螺栓。主轴换上刀具，进入MDI 模式，输入指令点击启动。使用手轮轴旋择z 轴，摇动手轮往下靠近阀杆阀芯，在接近或轻触位置停止手轮动作。

（1）第一个锥孔加工。在 UG 创建加工方法时，对加工余量选项进行设置，通过控制表面残余量对锥孔的中心点数据进行核对，借助马克笔将锥孔孔壁涂上一层油墨，将编程好的刀轨程序导入机床控制系统，手轮模拟确认刀轨无误后，通过刀具和锥孔及油墨判断对刀的数据是否准确，刀具正确情况下是刀刃轻刮锥孔或刚好将油墨刮下。确认分钟数据和加工代码程序无误后，将蝶阀阀瓣装入阀芯，通过压块和支撑块固定后，按下程序启动按钮，在加工前同样需要借助手轮模拟进行刀轨确认，由于加工件表面进行过处理，在刀具和工件相接触的阶段，可以在软件编程中或在机床进给速率倍率中进行相应降低（降低至50%），尽可能避免刀具磨损，待加工稳定后将倍率调回100%，加工过程中需要特别注意深孔的排屑问题，可以多次用风枪对锥孔进行吹扫，避免锥孔内部积屑导致断刀。

（2）第二个锥孔加工。加工第二个孔前需要在加工好的第一个锥销孔填入相对应尺寸锥销并使其紧固，然后将压紧的工装和压块卸下，摇下支撑底座，确认调整四轴时不会发生碰撞，使用第二个孔的坐标系数据进行四轴调整，坐标系选用 G55 四轴调整 A0五轴调整 B0， 重新调整工装和压块压紧阀瓣，然后和前面加工锥孔步骤重复操作即可。

4 结束语

核岛调节阀阀芯组件销钉钻取工装和配钻工装能完成带波纹管式的调节阀阀芯组件、带斜位销的调节阀阀芯组件及蝶形调节阀阀芯组件的销钉钻取、力矩紧固及配钻。使用过程中不会损伤阀芯组件本体，钻取后销钉孔内无碎屑毛刺等残留，可以避免因销钉孔内存在异物导致的螺纹损伤及卡死。采用夹具夹紧阀芯，按阀门生产厂家提供文件里的要求对阀杆进行紧固，新阀芯与旧阀杆进行装配后进行配钻，配钻完成后对旧阀杆与新阀芯销钉孔进行测量，偏差可控制在0.05mm 内，具有较高的应用价值。

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