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化学元素锆具有出色的核性能,以锆为基体添加其他元素所构成的合金已被广泛用作核动力水冷反应堆的燃料包壳管材料。作为与反应堆核燃料直接发生接触的第一道防护线,锆合金包壳管承受着异常复杂与恶劣的外部环境,为防止其因加工缺陷而发生局部腐蚀破损、延长其使用寿命,实际生产中对其壁厚均匀性和外表面加工质量提出了严格的要求。针对经过热挤压和内孔珩磨后的锆合金管坯壁厚分布不均、外表面加工质量要求高的加工难题,并在其存在一定的椭圆度(约10%D)与弯曲度(约2.5/1000mm)的情况下,本文以保证锆合金管坯壁厚的均匀性(壁厚偏差?≤0.2mm)和其外表面的光滑性(表面粗糙度Ra≤0.8μm)为研究目的,采用理论研究与实验验证的研究方法,对管坯壁厚自动超声检测与砂带磨削关键技术进行研究,开发了一套可自动生成数控NC磨削加工程序的软件,实现了对锆合金管坯壁厚偏差及其表面加工质量的自动化加工,显著的提升了加工效率,为解决因对锆合金包壳管坯截面壁厚及其表面加工质量有着严格要求而带来的自动化加工难题提供指导方案。1.为保证锆合金管坯壁厚的均匀性,本文主要开展了以下研究工作:(1)首先对管坯壁厚自动超声波检测系统方案进行构建,通过超声波这双“眼睛”实现了对管坯壁厚值的测量;(2)其次规划了管坯壁厚检测路径,对所测管坯壁厚值进行了数据处理,根据测点壁厚值、相应角度值及管径求出了各检测点的坐标值,并采用三次B样条曲线对管坯进行模型重构,获得了整根管坯的壁厚偏差与磨削区域分布;(3)然后使用C++编程语言将壁厚数据处理功能与模型重构功能进行集成,开发了管坯壁厚检测与磨削软件,使得管坯壁厚检测与磨削软件这只“大脑”可根据测点坐标位置信息,自动生成管坯壁厚数控NC磨削加工程序;(4)最后通过砂带磨削这“双手”来完成对管坯壁厚超差区域的磨削加工,并再次进行壁厚超声波检验,若其壁厚偏差仍然较大,则再次对其进行砂带磨削,最终可将管坯壁厚偏差控制在0.2mm以下。2.为保证锆合金管坯外表面的光滑性,在其壁厚均匀的前提下,对其外表面进行整体抛磨加工,主要开展了以下研究工作:(1)首先采用响应曲面法(RSM)建立了与影响锆合金管坯外表面粗糙度的磨削工艺参数(砂带线速度、磨削压力、砂带进给速度及管坯旋转速度)具有映射关系的表面粗糙度分析模型;(2)然后通过研究工艺参数间的交互效应,得到了各工艺参数间的最优组合;(3)最后使用所得的工艺参数最优组合对管坯进行实际整体抛磨实验验证,验证试验表明以此最优工艺参数组合可将管坯外表面粗糙度控制在0.63μm以下。