一种保护锆管腐蚀试样的自动化截断工艺的制作方法

1.本发明属于金属材料腐蚀检测技术领域，具体涉及一种保护锆管腐蚀试样的自动化截断工艺。


背景技术：

2.锆及锆合金以其良好耐蚀性能和机械性能，是核反应堆堆芯燃料包覆、结构件用关键材料之一。随着反应堆技术朝着提高燃料燃耗、降低燃料循环成本、提高反应堆热效率、提高安全可靠性的方向发展，对关键材料提出了更高的要求，腐蚀性能是锆及锆合金重要的评价指标之一。锆管腐蚀试样制备是锆管材腐蚀性能检测中的首要环节。腐蚀试样制备是在较长管材上截取特定长度，并使两端面平整光滑，表面无污染和划伤。
3.由于锆管一般为薄壁材，在截断过程卡盘及刀具容易造成管材变形、划伤，冷却液或机床表面油污会对管材内外表面造成污染。保证尺寸精度、端面光洁度、表面无污染、无划伤、人员劳动强度大，是腐蚀试样制备过程中重要难题，因此，迫切需要一种有效的保护腐蚀试样的自动化截断工艺。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种保护锆管腐蚀试样的自动化截断工艺。该工艺通过在锆管的外壁上包覆pof热缩膜并加热收缩后进行管端平整和转动截断，有效防止了锆管在截断过程中其表面被夹伤、划伤，以及冷却液或机床表面油污的污染，起到很好的保护作用，在截断的同时提高了截断锆管的尺寸精度、端面光洁度和表面质量，解决了锆管在截断过程中易变形、划伤和污染的难题。
5.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种保护锆管腐蚀试样的自动化截断工艺，其特征在于，包括以下步骤：
6.步骤一、在锆管的外壁上套设pof热缩膜，然后利用热风源对pof热缩膜进行加热，使得pof热缩膜遇热收缩至完全与锆管的外壁贴合紧绷，得到覆膜的锆管；
7.步骤二、将步骤一中得到的覆膜的锆管安装于自动化截断设备的送料机构中，并利用送料机构的主动轮驱动覆膜的锆管的一端穿过机床的主轴孔向刀头方向运动，直至与刀头的一侧相抵，然后利用机床的三爪卡盘夹紧覆膜的锆管；所述夹紧采用的夹紧力为0.8mpa～1.2mpa；
8.步骤三、将送料机构的从动轮向上抬起；
9.步骤四、转动机床的三爪卡盘驱动覆膜的锆管转动，利用刀头对覆膜的锆管的一端进行平整，形成平整端；所述平整采用的转速为40r/min～50r/min，进给量为0.1mm/min～0.15mm/min，平整长度为2mm，刀口进给停顿3s以上后，机床主轴停止；
10.步骤五、打开三爪卡盘，利用机床的溜板箱驱动刀头沿着步骤四中覆膜的锆管的平整端向三爪卡盘的方向行进预定距离；
11.步骤六、夹紧三爪卡盘，驱动覆膜的锆管转动，利用刀头对覆膜的锆管进行截断，
得到截断锆管；所述截断采用的转速为60r/min～80r/min，进给量为0.1mm/min～0.5mm/min，且截断锆管的长度与预定距离相等；
12.步骤七、利用机床的溜板箱驱动刀头复位；
13.步骤八、松开三爪卡盘，利用送料机构的主动轮合拢驱动步骤六中经截断后的覆膜的锆管向刀头方向运动，直至与刀头的一侧重新相抵，然后利用机床的三爪卡盘夹紧截断后的覆膜的锆管，重复步骤三中的抬起工艺、步骤四中的平整工艺、步骤五中的行进工艺、步骤六中的截断工艺和步骤七中的复位工艺，持续得到截断锆管。
14.上述的一种保护锆管腐蚀试样的自动化截断工艺，其特征在于，步骤一中所述锆管直径为6mm，壁厚为0.5mm，所述pof热缩膜的厚度为0.03mm，步骤三中从动轮向上抬起4mm～5mm。
15.上述的一种保护锆管腐蚀试样的自动化截断工艺，其特征在于，步骤二中所述三爪卡盘上设置有供覆膜的锆管穿过的缺口弹性垫套，所述缺口弹性垫套的外壁上开设有开口，且缺口弹性垫套的外壁连接在三爪卡盘的一个夹爪上，并与其余两个夹爪抵接。
16.上述的一种保护锆管腐蚀试样的自动化截断工艺，其特征在于，所述缺口弹性垫套的材质为pu聚氨酯，直径为9.5mm，壁厚为1.5mm，开口的宽度为3mm，且缺口弹性垫套的内壁设有多个瓦楞槽。
17.上述的一种保护锆管腐蚀试样的自动化截断工艺，其特征在于，步骤二中所述送料机构的主动轮和从动轮的材质为pu聚氨酯，主动轮与从动轮相对设置，且主动轮与从动轮的相对面上均开设有弧形凹槽，并形成供覆膜的锆管穿过的夹紧孔，所述从动轮通过杠杆与电动推杆连接，且杠杆的端部间隙连接在电动推杆上部的限位孔中，杠杆上靠近电动推杆的杆体通过弹簧连接在送料结构的内壁上。
18.上述的一种保护锆管腐蚀试样的自动化截断工艺，其特征在于，步骤二中所述刀头端部设置有截断刀尖，且截断刀尖与主切削刃的夹角α为10
°
～15
°
，且截断刀尖的宽度h为2mm～3mm，所述截断刀尖的一侧侧壁上设置有用于对覆膜的锆管的一端进行平整的弧形刀面。
19.上述的一种保护锆管腐蚀试样的自动化截断工艺，其特征在于，步骤二中所述覆膜的锆管远离刀头的一端还连接有连杆，且连杆夹紧于主动轮的弧形凹槽与从动轮的弧形凹槽形成的夹紧孔中。
20.本发明与现有技术相比具有以下优点：
21.1、本发明在锆管的外壁上包覆pof热缩膜并加热收缩，然后送入送料结构中进行管端平整，再驱动刀头行进并转动截断，利用包覆的pof热缩膜的保护作用，有效防止了锆管在截断过程中其表面被夹伤、划伤，以及冷却液或机床表面油污的污染，起到很好的保护作用，不仅实现了将一根锆管截断成多个预定长度的截断锆管，还提高了截断锆管的端面平整度，从而提高了截断锆管的尺寸精度、端面光洁度和表面质量，便于后续腐蚀性能的评价。
22.2、本发明通过在三爪卡盘上设置缺口弹性垫套，利用缺口弹性垫套对覆膜的锆管缓冲作用，进一步防止三爪卡盘对锆管的夹伤，结合在缺口弹性垫套的外壁上开设开口，在三爪卡盘夹持作用于缺口弹性垫套的过程中赋予缺口弹性垫套一定的变形余量，保证了缺口弹性垫套与覆膜的锆管的外壁贴合性，从而提高了三爪卡盘对覆膜的锆管夹持的牢靠
性。
23.3、本发明通过在缺口弹性垫套的内壁上设置多个瓦楞槽，利用瓦楞槽的缓冲保护作用，使得缺口弹性垫套更易变形，提高了三爪卡盘夹持过程中缺口弹性垫套的形变均匀性，从而提高了缺口弹性垫对覆膜的锆管夹持的牢靠程度。
24.4、本发明利用动力装置驱动主动轮转动，主动轮驱动锆管进行送料，利用从动轮向锆管施加夹紧力，从而防止覆膜的锆管与主动轮之间发生打滑，同时在截断过程中将从动轮抬起使得覆膜的锆管松动，结合在主动轮与从动轮的相对面上均开设有弧形凹槽，支撑覆膜的锆管在松动下限制摆动，防止旋转过程中被甩弯，进一步避免覆膜的锆管变形或划伤。
25.5、本发明通过在刀头的端部设置截断刀尖对锆管进行截断，同时在截断刀尖的侧壁上设置弧形刀面对锆管的端面进行平整，从而在不更换刀头的情况下，既能实现截断锆管，又能实现平整锆管的端面，节约了换刀操作，提高了截断工艺效率。
26.6、本发明通过在覆膜的锆管远离刀头的一端连接连杆，起到延长锆管的作用，在多次截断后剩余的覆膜的锆管较短时，利用主动轮驱动连杆推进，仍能保证覆膜的锆管送料的正常进行，有效节约了管材。
27.7、与现有技术相比，本发明获得的截断锆管的精度可达0.04mm，端面表面粗糙度达0.8μm，且截断锆管无夹痕无变形，克服了传统设备手动进给的尺寸离散型大、手动夹持力度不均匀，从而截断锆管易变形导致后续腐蚀实验称重环节数值偏差大的困难。
28.下面通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。
附图说明
29.图1为本发明自动化截断设备的结构示意图。
30.图2为本发明自动化截断设备中连杆的结构示意图。
31.图3为本发明自动化截断设备中三爪卡盘的结构示意图。
32.图4为本发明自动化截断设备中缺口弹性垫套的结构示意图。
33.图5为本发明自动化截断设备中刀头的结构示意图。
34.图6为图5中a-a面的结构示意图；
35.图7为图5中b-b面的结构示意图。
36.图8为本发明自动化截断设备中送料机构的结构示意图。
37.图9为本发明自动化截断设备中主动轮和从动轮的连接关系示意图。
38.附图标记说明
39.1-1—锆管；
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1-2—pof热缩膜；
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1-3—刀头；
40.1-4—三爪卡盘；
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1-5—溜板箱；
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2-1—缺口弹性垫套；
41.2-2—夹爪；
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2-3—开口；
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3—瓦楞槽；
42.4-1—主动轮；
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4-2—从动轮；
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4-3—电动推杆；
43.4-4—限位孔；
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4-5—弹簧；
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4-6—杠杆；
44.5-1—截断刀尖；
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5-2—弧形刀面；
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6—连杆。
具体实施方式
45.实施例1
46.如图1～8所示，本实施例包括以下步骤：
47.步骤一、在直径为6mm、壁厚为0.5mm的锆管1-1的外壁上套设厚度为0.03mm的pof热缩膜1-2，然后利用热风源对pof热缩膜1-2进行加热，使得pof热缩膜1-2遇热收缩至完全与锆管1-1的外壁贴合紧绷，得到覆膜的锆管1-1；
48.步骤二、将步骤一中得到的覆膜的锆管1-1安装于自动化截断设备的送料机构中，并利用送料机构的主动轮4-1驱动覆膜的锆管1-1的一端穿过机床的主轴孔向刀头1-3方向运动，直至与刀头1-3的一侧相抵，然后利用机床的三爪卡盘1-4夹紧覆膜的锆管1-1；所述夹紧采用的夹紧力为0.8mpa～1.2mpa；
49.步骤三、将送料机构的从动轮4-2向上抬起5mm；
50.步骤四、转动机床的三爪卡盘1-4驱动覆膜的锆管1-1转动，利用刀头1-3对覆膜的锆管1-1的一端进行平整，形成平整端；所述平整采用的转速为40r/min～50r/min，进给量为0.1mm/min～0.15mm/min，平整长度为2mm，进给停顿3s后，主轴停止；
51.步骤五、打开三爪卡盘1-4，利用机床的溜板箱1-5驱动刀头1-3沿着步骤四中覆膜的锆管1-1的平整端向三爪卡盘1-4的方向行进预定距离；
52.步骤六、夹紧三爪卡盘1-4，驱动覆膜的锆管1-1转动，利用刀头1-3对覆膜的锆管1-1进行截断，得到截断锆管；所述截断采用的转速为60r/min～80r/min，进给量为0.1mm/min～0.5mm/min，且截断锆管的长度与预定距离相等；
53.步骤七、利用机床的溜板箱1-5驱动刀头1-3复位；
54.步骤八、松开三爪卡盘1-4，利用送料机构的主动轮4-1向下合拢驱动步骤六中经截断后的覆膜的锆管1-1向刀头1-3方向运动，直至与刀头1-3的一侧重新相抵，然后利用机床的三爪卡盘1-4夹紧截断后的覆膜的锆管1-1，重复步骤三中的抬起工艺、步骤四中的平整工艺、步骤五中的行进工艺、步骤六中的截断工艺和步骤七中的复位工艺，持续得到截断锆管。
55.如图3和图4所示，进一步地，本实施例的步骤二中所述三爪卡盘1-4上设置有供覆膜的锆管1-1穿过的缺口弹性垫套2-1，所述缺口弹性垫套2-1的外壁上开设有开口2-3，且缺口弹性垫套2-1的外壁连接在三爪卡盘1-4的一个夹爪2-2上，并与其余两个夹爪2-2抵接。
56.进一步地，本实施例的所述缺口弹性垫套2-1的材质为pu聚氨酯，直径为9.5mm，壁厚为1.5mm，开口2-3的宽度为3mm，且缺口弹性垫套2-1的内壁设有多个瓦楞槽3。
57.如图1、图8和图9所示，进一步地，本实施例的步骤二中所述送料机构的主动轮4-1和从动轮4-2的材质为pu聚氨酯，主动轮4-1与从动轮4-2相对设置，且主动轮4-1与从动轮4-2的相对面上均开设有弧形凹槽，并形成供覆膜的锆管1-1穿过的夹紧孔，所述从动轮4-2通过杠杆4-6与电动推杆4-3连接，且杠杆4-6的端部间隙连接在电动推杆4-3上部的限位孔4-4中，杠杆4-6上靠近电动推杆4-3的杆体通过弹簧4-5连接在送料结构的内壁上。
58.通常，在刀头1-3上连接光电传感器，优选采用cx441-p传感器。利用光电传感器测量刀头1-3与覆膜的锆管1-1之间的距离，当覆膜的锆管1-1与测量刀头1-3的一侧相抵时，通过光电传感器控制电动推杆4-3向下运动，从而连接在电动推杆4-3上部的限位孔4-4中
的杠杆4-6带动从动轮4-2向上抬起，从而便于覆膜的锆管1-1转动进行端部平整，在完成截断工艺且刀头1-3复位，通过光电传感器控制电动推杆4-3向上运动，从而连接在电动推杆4-3上部的限位孔4-4中的杠杆4-6带动从动轮4-2向下合拢，并驱动截断后的覆膜的锆管1-1向刀头1-3方向运动，同时杠杆4-6与限位孔4-4的下端之间具有一定的间隙，并结合弹簧4-5拉动杠杆4-6保证该间隙的稳定，避免从动轮4-2紧紧压在覆膜的锆管1-1上造成表面受损。
59.如图5～图7所示，进一步地，本实施例的步骤二中所述刀头1-3端部设置有截断刀尖5-1，且截断刀尖5-1与主切削刃的夹角α为10
°
～15
°
，且截断刀尖5-1的宽度h为2mm～3mm，所述截断刀尖5-1的一侧侧壁上设置有用于对覆膜的锆管1-1的一端进行平整的弧形刀面5-2。
60.如图2所示，进一步地，本实施例的步骤二中所述覆膜的锆管1-1远离刀头1-3的一端还连接有连杆6，且连杆6夹紧于主动轮4-1的弧形凹槽与从动轮4-2的弧形凹槽形成的夹紧孔中。
61.以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

技术特征：
1.一种保护锆管腐蚀试样的自动化截断工艺，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、在锆管(1-1)的外壁上套设pof热缩膜(1-2)，然后利用热风源对pof热缩膜(1-2)进行加热，使得pof热缩膜(1-2)遇热收缩至完全与锆管(1-1)的外壁贴合紧绷，得到覆膜的锆管(1-1)；步骤二、将步骤一中得到的覆膜的锆管(1-1)安装于自动化截断设备的送料机构中，并利用送料机构的主动轮(4-1)驱动覆膜的锆管(1-1)的一端穿过机床的主轴孔向刀头(1-3)方向运动，直至与刀头(1-3)的一侧相抵，然后利用机床的三爪卡盘(1-4)夹紧覆膜的锆管(1-1)；所述夹紧采用的夹紧力为0.8mpa～1.2mpa；步骤三、将送料机构的从动轮(4-2)向上抬起；步骤四、转动机床的三爪卡盘(1-4)驱动覆膜的锆管(1-1)转动，利用刀头(1-3)对覆膜的锆管(1-1)的一端进行平整，形成平整端；所述平整采用的转速为40r/min～50r/min，进给量为0.1mm/min～0.15mm/min，平整长度为2mm，刀口进给停顿3s以上后，机床主轴停止；步骤五、打开三爪卡盘(1-4)，利用机床的溜板箱(1-5)驱动刀头(1-3)沿着步骤四中覆膜的锆管(1-1)的平整端向三爪卡盘(1-4)的方向行进预定距离；步骤六、夹紧三爪卡盘(1-4)，驱动覆膜的锆管(1-1)转动，利用刀头(1-3)对覆膜的锆管(1-1)进行截断，得到截断锆管；所述截断采用的转速为60r/min～80r/min，进给量为0.1mm/min～0.5mm/min，且截断锆管的长度与预定距离相等；步骤七、利用机床的溜板箱(1-5)驱动刀头(1-3)复位；步骤八、松开三爪卡盘(1-4)，利用送料机构的主动轮(4-1)合拢驱动步骤六中经截断后的覆膜的锆管(1-1)向刀头(1-3)方向运动，直至与刀头(1-3)的一侧重新相抵，然后利用机床的三爪卡盘(1-4)夹紧截断后的覆膜的锆管(1-1)，重复步骤三中的抬起工艺、步骤四中的平整工艺、步骤五中的行进工艺、步骤六中的截断工艺和步骤七中的复位工艺，持续得到截断锆管。2.根据权利要求1所述的一种保护锆管腐蚀试样的自动化截断工艺，其特征在于，步骤一中所述锆管(1-1)的直径为6mm，壁厚为0.5mm，所述pof热缩膜(1-2)的厚度为0.03mm，步骤三中从动轮(4-2)向上抬起4mm～5mm。3.根据权利要求1所述的一种保护锆管腐蚀试样的自动化截断工艺，其特征在于，步骤二中所述三爪卡盘(1-4)上设置有供覆膜的锆管(1-1)穿过的缺口弹性垫套(2-1)，所述缺口弹性垫套(2-1)的外壁上开设有开口(2-3)，且缺口弹性垫套(2-1)的外壁连接在三爪卡盘(1-4)的一个夹爪(2-2)上，并与其余两个夹爪(2-2)抵接。4.根据权利要求3所述的一种保护锆管腐蚀试样的自动化截断工艺，其特征在于，所述缺口弹性垫套(2-1)的材质为pu聚氨酯，直径为9.5mm，壁厚为1.5mm，开口(2-3)的宽度为3mm，且缺口弹性垫套(2-1)的内壁设有多个瓦楞槽(3)。5.根据权利要求1所述的一种保护锆管腐蚀试样的自动化截断工艺，其特征在于，步骤二中所述送料机构的主动轮(4-1)和从动轮(4-2)的材质为pu聚氨酯，主动轮(4-1)与从动轮(4-2)相对设置，且主动轮(4-1)与从动轮(4-2)的相对面上均开设有弧形凹槽，并形成供覆膜的锆管(1-1)穿过的夹紧孔，所述从动轮(4-2)通过杠杆(4-6)与电动推杆(4-3)连接，且杠杆(4-6)的端部间隙连接在电动推杆(4-3)上部的限位孔(4-4)中，杠杆(4-6)上靠近电动推杆(4-3)的杆体通过弹簧(4-5)连接在送料结构的内壁上。
6.根据权利要求1所述的一种保护锆管腐蚀试样的自动化截断工艺，其特征在于，步骤二中所述刀头(1-3)端部设置有截断刀尖(5-1)，且截断刀尖(5-1)与主切削刃的夹角α为10
°
～15
°
，且截断刀尖(5-1)的宽度h为2mm～3mm，所述截断刀尖(5-1)的一侧侧壁上设置有用于对覆膜的锆管(1-1)的一端进行平整的弧形刀面(5-2)。7.根据权利要求5所述的一种保护锆管腐蚀试样的自动化截断工艺，其特征在于，步骤二中所述覆膜的锆管(1-1)远离刀头(1-3)的一端还连接有连杆(6)，且连杆(6)夹紧于主动轮(4-1)的弧形凹槽与从动轮(4-2)的弧形凹槽形成的夹紧孔中。

技术总结
本发明公开了一种保护锆管腐蚀试样的自动化截断工艺，该工艺包括：一、在锆管的外壁上套设热缩膜并加热；二、将覆膜的锆管安装在送料机构中运动至与刀头相抵并夹紧；三、从动轮抬起；四、驱动覆膜的锆管转动并利用刀头对一端进行平整；五、驱动刀头行进；六、驱动覆膜的锆管转动并利用刀头进行截断；七、刀头复位；八、驱动经截断后的覆膜的锆管运动至重新与刀头相抵并夹紧，重复抬起工、平整、行进、截断和复位工艺持续得到截断锆管。本发明利用包覆的热缩膜的保护作用，防止了锆管在截断过程中被夹伤、划伤，以及冷却液或机床表面油污的污染，提高了截断锆管的端面平整度及尺寸精度、端面光洁度和表面质量，便于后续腐蚀性能的评价。便于后续腐蚀性能的评价。便于后续腐蚀性能的评价。


技术研发人员：贾远 白新房 朱波 何伟 高阳 王峰 马晓敏 王松茂
受保护的技术使用者：西北有色金属研究院
技术研发日：2023.02.21
技术公布日：2023/7/13