核电用钢加工刀具分析.pdf

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1、科技论坛·103·核电用钢加工刀具分析吴晶（天津重型装备工程研究有限公司冷工艺研究部，天津300457）摘要：SA508Gr.3Cl.2钢是制造核反应堆球体类零件的理想钢种，已在核电球体类零件中广泛应用。本文对该材质的球体类零件在立式车床加工中所用刀具进行了研究分析，为刀具选型提供了依据。关键词：椭球封头；立式车床；涂层；模拟1概述核电站蒸汽发生器是核岛一回路系统的关键设备，承担堆芯冷却剂和蒸汽的换热，并将高压蒸汽输出的功用，其材质为SA508Gr.3Cl.2钢是制造核反应堆球体类零件的理想钢种，已被世界各

2、国广泛采用，由于该钢强度适中，塑韧性良好，可锻性和可焊性好，中子辐照敏感性低，使其在核电建设中显示出独特的优越。本文通过对SA508Gr.3Cl.2材质的球体类零件在立式车床加工中所用刀具进行了研究分析，为刀具选型提供了依据。图2刀具选取2产品材质分析及结构特点（a）化学涂层刀片（b）物理涂层刀片2.1产品材质分析及主要性能指标3.2刀具形状分析核电中球体类零件主要材质为SA508Gr.3Cl.2，其化学成分刀具圆角有多种选择，为选取最优刀具，对其加工中圆角受力如表1所示。进行了有限元分析。表1SA508G

3、r.3Cl.2成分硬质合金刀具材料属性，见表2：表2刀具材料属性
CSiMnPSCrNiMo
0.210.051.420.0050.0020.201.000.549.7(g/cm
)400(GPa)0.29

其屈服强度（N/mm2）≥550MPa，断面收缩率（%）≥38，硬度其模型如图3：HB180-230。2.2产品结构特点球体类零件主要特点为部分球形，以椭球封头为例，其结构见图1。图3刀片模型图模拟了刀尖圆角半径R5和R3刀片的受力情况，模拟结果如下：图4刀尖圆角半径为图5刀尖

4、圆角半径为R3刀片等效应力图R5刀片等效应力图从模拟结果看，刀尖半径越小，受到的等效应力越大，即在切削图1椭球封头零件图时承受的抗力越大，越容易引起崩刃，表现在加工中即切削轻快，适3刀具分析于切削用量稍小的半精或精加工。反之，刀尖半径越大，越适宜大切3.1刀具选取深的加工，即切削用量较大的粗加工。根据零件结构特点，内外球加工主要在立式车床上进行。以外4结论球为例，车削主要是连续切削，热量扩散会导致刀片出现月牙洼磨通过对所加工材料性能及加工状态进行分析，对所需刀具进行损，所以刀具选取应以加入Ti元素为首选，包

5、括基体材质及涂层材结构及化学因素分析，并进行了有限元模拟，所得结论为刀具选型质，因该种元素的加入能提高刀片本身的红硬性。同时涂层工艺应奠定了基础。选用化学涂层方法，因该种涂层方法是反应物质在气态条件下发生参考文献化学反应，生成固态物质沉积在加热的固态基体表面，进而制得固[1]丁训慎.压水堆核电站蒸汽发生器的制造[J].核电站,2003:4.体材料的工艺技术。所以对于车削来说，涂层均采用化学涂层，而且[2]凌进等.反应堆压力容器模拟锻件用SA508Gr.3Cl.2钢性能研其涂层较物理涂层厚约3-5倍，底层为T

6、iNC，外层为TiN，主要用来究[J].金属热处理,2006,31,9.抗月牙洼磨损，同时耐用度很好。所选刀片材质对比如下图2。[3]赵时璐.高性能刀具及涂层刀具材料的切削性能[M].北京：冶金工业出版社,2005,4.