Введение к работе
Актуальность проблемы. Распоряжением правительства РФ №1234-р «Энергетическая стратегия России на период до 2020 года» предусмотрен темп создания новых мощностей до 2 ГВт в год, что потребует ежегодного строительства не менее 2-х блоков АЭС, в состав которых входит различное теплообменное оборудование. Одним из наиболее трудоемких в изготовлении элементов теплообменных аппаратов являются коллектора и трубные решётки, в которых закрепляются теплообменные трубы. В процессе изготовления теплообменного оборудования для одного энергоблока типа ВВЭР-1000 в коллекторах и трубных решётках необходимо выполнить более 170 тысяч отверстий диаметром 16.25+0.17 мм и глубиной от 130 до 420 мм, к которым предъявляется ряд особых требований по точности и характеристикам поверхностного слоя, обусловленных особенностями эксплуатации теплообменных аппаратов.
Обработка большого количества глубоких отверстий в деталях теплообменных аппаратов связана с высокой трудоёмкостью. В связи с этим изыскание и исследование эффективных процессов обработки глубоких отверстий и инструментов, обеспечивающих повышение производительности при выполнении требований к ответственным деталям теплообменных аппаратов для АЭУ, является актуальным для энергетического машиностроения.
Цель работы. Повышение производительности обработки глубоких отверстий в ответственных деталях теплообменной аппаратуры для АЭС с выполнением требований, обеспечивающих эксплуатационную надежность теплообменных аппаратов.
Для достижения поставленной цели в работе были решены следующие научные и практические задачи:
-
Исследована возможность интенсификации процессов сверления и развёртывания глубоких отверстий за счёт создания новых конструкций и геометрических параметров режущей части свёрл (типа ВТА) и развёрток применительно к обработке материалов, использующихся при изготовлении теплообменного оборудования АЭУ.
-
Определено влияние геометрических параметров инструмента, точностных параметров и жёсткости применяемой оснастки, режимов резания, характеристик и техники применения СОТС на точность обрабатываемых отверстий.
3) Исследовано влияние методов обработки, конструкции инструмента, режимов резания на качество поверхностного слоя глубоких отверстий.
4) Определены стойкостные характеристики инструмента при обработке материалов, применяющихся при изготовлении теплообменных аппаратов АЭУ.
5) Разработаны рекомендации по технологии обработки глубоких отверстий в деталях теплообменных аппаратов для АЭС.
Объекты исследований. В качестве объектов исследований использовались коллектора парогенераторов, трубные решётки подогревателей высокого и низкого давления, подогревателей сетевой воды энергоблоков ВВЭР-1000, ВВЭР-1200, а также камеры модулей парогенераторов ПГН-270М и ПГН-272 энергоблоков БН-600, БН-800.
Методы исследований. Исследования проводились в лабораторных условиях ОАО НПО «ЦНИИТМАШ» и производственных ОАО «ЗиО-Подольск» с использованием специальных станков для глубокого сверления, современного измерительного оборудования. Экспериментальные исследования проводились с использованием математических методов планирования эксперимента по классическим методикам. Результаты экспериментальных исследований обрабатывались графоаналитическими и статистическими методами с применением ЭВМ.
Научная новизна. Научная новизна работы представляет собой решение задачи выявления связей методов высокопроизводительной обработки глубоких отверстий с достижимыми результатами по точности и качеству поверхностного слоя применительно к обрабатываемым материалам, использующимся для изготовления теплообменных аппаратов АЭУ, при этом:
- В результате исследования характера стружкообразования при сверлении глубоких отверстий свёрлами с внутренним отводом стружки типа ВТА в деталях теплообменных аппаратов АЭУ установлено, что существуют два диапазона рабочих подач, в которых дробление стружки реализуется на разных принципах. В первом диапазоне подач дробление стружки происходит от её изгиба и скручивания в корпусе сверла. Во втором диапазоне подач эффективность стружкодробления определяется действием стружколомных порожков;
- Выявлено влияние технологических факторов на точность диаметра и форму отверстий, увод их оси, а также характеристики поверхностного слоя при однопроходной и двухпроходной обработке глубоких отверстий с применением свёрл типа ВТА и специальных развёрток различных конструкций.
- Разработана математическая модель, связывающая увод оси отверстия при сверлении инструментом типа ВТА с характеристиками технологической оснастки (непараллельностью оси кондукторной втулки и оси шпинделя, зазором между кондукторной втулкой и инструментом, расстоянием от точки фиксации в радиальном направлении стебля сверла до торца обрабатываемой заготовки).
- Разработаны требования к геометрическим параметрам свёрл и развёрток, степени их износа, режимам обработки, характеристикам и условиям применения СОЖ, точности настройки технологической оснастки, при выполнении которых обеспечивается необходимое качество обработки глубоких отверстий в материалах, применяющихся при изготовлении коллекторов и трубных решёток теплообменных аппаратов для АЭС;
- Разработаны рациональные конструкции свёрл типа ВТА и специальных развёрток для обработки отверстий в деталях из материалов, применяющихся при изготовлении коллекторов и трубных решёток теплообменных аппаратов для АЭС, при этом обеспечена возможность двухпроходной обработки отверстий на одном рабочем месте без потерь времени на переустановку детали, минимизированы потери времени на перенастройку станка для финишной обработки, для крупных деталей реализована возможность многошпиндельной обработки.
- Установлено влияние условий обработки на стойкость свёрл типа ВТА и специальных развёрток при обработке глубоких отверстий в коллекторах и трубных решётках теплообменных аппаратов, определены возможные пути её повышения;
Практическая ценность.
Разработаны практические рекомендации по рациональной технологии обработки глубоких отверстий в ответственных деталях теплообменных аппаратов атомных энергоустановок.
Внедрение указанных разработок на ОАО «ЗиО-Подольск» позволило повысить производительность сверления глубоких отверстий в коллекторах и трубных решётках теплообменных аппаратов для АЭС в 1.5 – 3 раза, производительность развёртывания в 1.4 – 4.1 раза, при этом обеспечено выполнение требований по качеству глубоких отверстий. Результаты работы были использованы при изготовлении теплообменного оборудования для АЭС «Тяньвань» (Китай), «Бушер» (Иран), «Пакш» (Венгрия), «Куданкулам» (Индия), «Козлодуй» (Болгария), Ростовской АЭС, Нововоронежской АЭС-2, Ленинградской АЭС-2, Белоярской АЭС, Калининской АЭС и др.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на: Заводской научно-технической конференции среди молодёжных инженерно-технических работников ОАО «ЗиО-Подольск» (Подольск, 2001 г.); Региональном семинаре-совещании "Смазочно-охлаждающие жидкости: проблемы и перспективы" (Москва, 2001 г.); Международной конференции «Влияние технологии на состояние поверхностного слоя» (Познань, 2002 г.); Международной научно-практической конференции «Прогрессивные технологии обработки материалов, режущий инструмент и оснастка» (Санкт-Петербург, 2002 г.); Заседании ХI сессии научного совета РАН по проблемам машиноведения и технологических процессов «Проблемы обеспечения качества заготовок в машиностроении» (Москва, 2005 г., МГТУ им. Н.Э. Баумана); Второй Всероссийской конференции молодых учёных и специалистов «Будущее машиностроения России» (Москва, 2009 г.); Научно-технической конференции молодых специалистов ОАО «ЗиО-Подольск» и ОАО «ИК «ЗИОМАР» (Подольск, 2011 г.); Десятой международной выставке «Энергетика России» Russia Power 2012 (Москва, 2012 г.)
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 печатных работ, в том числе 2 в изданиях, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией РФ.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованных источников и приложения. Основная часть изложена на 169 печатных страницах, содержит 78 рисунков и графиков, 8 таблиц, список использованных источников состоит из 161 наименования. Приложение на 9 страницах содержит 4 рисунка, 4 таблицы.
