一种核电环形锻件精密轧环设备及方法与流程

本发明涉及金属成形加工，具体为一种核电环形锻件精密轧环设备及方法。

背景技术：

1、轧环工艺广泛应用于核电环形锻件壳体的制造过程，精密轧环过程伴随剧烈的塑性变形与热量累积，需要引入冷却流体控制锻件温度；高温锻件与冷却流体接触产生大量相变水汽及飞溅液滴，相变水汽及飞溅液滴等气液混合物弥漫在轧制区域，直接阻挡光学测量设备的探测光路，导致获取的表面温度及几何尺寸数据出现偏差，无法反映真实的轧制状态。

2、同时，现有成形系统在获取多源物理参量后，各个独立传感器通道的数据缺乏统一的时间基准对齐机制，存在数据传输层面的时延错位，控制器基于非同步数据解算状态参数，致使下发的干预指令产生滞后。

3、此外，传统轧环设备仅能执行全局统一的流体喷洒，无法根据瞬时壁厚及温度的局部变化量进行靶向动态调节，因而无法主动干预特定空间区域的材料变形抗力，最终造成锻件成形尺寸失稳，降低核电环形锻件壳体的制造精度。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种核电环形锻件精密轧环设备及方法，解决了核电环形锻件壳体轧制过程中相变水汽干扰测量精度，以及缺乏基于多源参量对齐进行靶向流体动态干预致使成形尺寸不稳定的问题。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：第一方面提供一种核电环形锻件精密轧环设备，包括龙门式机架，以及机械成形机构、隔离屏蔽机构、参数采集机构、流体分配机构和中央主控台；

3、所述机械成形机构包括主辊、芯辊、上轴向锥辊、下轴向锥辊、左导向抱辊机构和右导向抱辊机构，建立干涉边界并输出径轴向成形载荷；

4、所述参数采集机构包括外径激光传感器、内径激光传感器和红外测温传感器，获取核电环形锻件壳体表面的瞬时温度数据及三维空间几何尺寸数据；

5、所述隔离屏蔽机构构建定向气动隔离流场；

6、所述流体分配机构包括c型冷却喷淋管及高压冷却喷嘴，执行分段独立的流体介质输送；

7、中央主控台分别与机械成形机构、隔离屏蔽机构、参数采集机构以及流体分配机构建立电气连接与双向通信；参数采集机构将获取的物理参量转化为电信号并反馈至中央主控台，中央主控台依靠传感器传回的尺寸和温度数据，自动计算并调整液压缸的下压深度与高压喷嘴的冷却水流量；机械成形机构、隔离屏蔽机构、参数采集机构以及流体分配机构按照中央主控台的时钟周期协同运作。

8、采用上述技术方案，中央主控台建立设备各独立模块间的数据流转与硬件动作逻辑，中央主控台根据参数采集机构在线获取的锻件三维尺寸及表面温度参量，向机械成形机构下达位置与载荷调整指令，同步向流体分配机构下发特定方位的流体补偿指令；流体介质作用于锻件表面以改变局部材料的温度分布及变形抗力，实现形变过程的动态纠偏；同时，隔离屏蔽机构在光路外围空间生成气压屏障，阻断游离水汽与探测光束的接触，保障光学监测数据的连续性，形成完整的数据处理与控制闭环。

9、进一步的，所述芯辊竖直穿过核电环形锻件壳体的中心孔，所述主辊贴靠在核电环形锻件壳体的外圈侧壁上；所述下轴向锥辊从底面把核电环形锻件壳体托起，所述上轴向锥辊压在核电环形锻件壳体的顶面，所述上轴向锥辊的顶部连接着轴向压下液压缸，所述轴向压下液压缸的上端固定在所述龙门式机架的顶梁下方；所述左导向抱辊机构与右导向抱辊机构端部的滚轮分别从左右两边抵接核电环形锻件壳体的外弧面。

10、进一步的，轧制区域的正上方悬空布置一根c型冷却喷淋管，所述龙门式机架的顶梁向下伸出几根悬挂拉杆，所述悬挂拉杆的最下端通过管束固定抱箍把所述c型冷却喷淋管夹持固定，所述c型冷却喷淋管底部的圆弧管壁上等距离安装有多个高压冷却喷嘴，所述高压冷却喷嘴的出口垂直向下，正对核电环形锻件壳体的上表面喷射冷却介质。

11、进一步的，设备外侧的独立立柱上安装外径激光传感器，镜头水平朝向核电环形锻件壳体的外壁以测量外径，靠近中心孔的立柱顶端安装内径激光传感器，所述内径激光传感器用来探测内孔尺寸变化；红外测温传感器倒挂在所述龙门式机架顶梁的正中央底面上，镜头垂直向下覆盖轧制变形区来监测表面温度分布。

12、进一步的，所述隔离屏蔽机构依托承重立柱与前侧独立支架内部并行的气道腔室执行流场构建准备动作；所述气道腔室包含并行贯通的高压吹气道与负压抽吸道；所述高压吹气道末端连接靠近参数采集机构激光发射轨迹的正压气刀喷口，所述负压抽吸道末端连接远离激光发射轨迹的负压回收吸口；所述正压气刀喷口与负压回收吸口呈狭缝状，并且所述正压气刀喷口与负压回收吸口沿承重立柱纵向延伸配置；隔离屏蔽机构通过正向供气与负向抽吸的配合构建气幕，为传感器光路提供隔离保护。

13、进一步的，所述流体分配机构集成多组独立电磁执行元件，调整核电环形锻件精密轧环设备不同空间方位的流体介质通流面积；中央主控台将瞬时温度变量及尺寸偏差量输入内置模型进行运算，依据热力学温度变量与几何形变变量综合换算出特定空间相位角区域所需的靶向流体补偿输出量；中央主控台将目标流体输出流量转换为脉宽调制占空比信号，并下发至对应空间相位角的独立电磁阀控制端，对应独立电磁阀依据占空比信号改变内部阀芯的通流截面积与开启时长；流体分配机构的集成配置使得设备能够根据局部的尺寸与温度偏差，调整对应相位的流体喷射量，控制局部形变抗力。

14、进一步的，各类探测阵列单元分别向核电环形锻件壳体表面发射测量探测光束，并同步接收对应的漫反射光信号及表面热辐射能量信号；各类激光探测单元与红外测温阵列基于自身物理采样特性生成的异构离散数据包按照物理独立通道单向连续传输至中央主控台的数据接收端口缓存区；

15、中央主控台调用系统主板内部高频硬件时钟发生器输出具备恒定间隔步长的全局基准时钟周期；中央主控台针对全部通道强制执行高阶线性插值转换任务，将异构离散数据包转化为包含基准时间节点对应的同步插值物理量的多维空间数据序列，插值转换任务实现多源离散物理参量在统一时间基准下的序列化对齐。

16、进一步的，所述机械成形机构各执行构件在动态回转形变过程中的运动参数处于匹配状态；基于主辊驱动线速度与核电环形锻件壳体外缘受驱线速度恒量相等的力学原则建立底层运动学传递匹配模型。

17、进一步的，所述隔离屏蔽机构配置有延时吹扫控制模式，在所述流体分配机构停止输出后暂不中断气源电路，所述正压气刀喷口与负压回收吸口在设定的延时吹扫周期内持续维持平流层气幕与定向真空抽吸带的气动结构；吹吸复合流场裹挟空气中悬浮的残余游离态介质连续排出至设备外部；利用延时吹扫动作排空监测区域残留的水汽介质，降低水汽凝结对设备元件的影响。

18、本发明第二方面提供一种核电环形锻件精密轧环方法，方法包括以下步骤：

19、建立约束边界并执行初始定位；中央主控台控制机械成形机构的执行构件移动，机械成形机构与待加工的核电环形锻件壳体建立物理接触，完成核电环形锻件壳体回转中心的定位与初始夹紧；

20、启动隔离屏蔽机构建立气动隔离流场；中央主控台控制隔离屏蔽机构按照设定时序开启，隔离屏蔽机构在参数采集机构的探测光路外围空间建立定向流动的气压屏障，完成气动隔离流场的构建；

21、驱动机械成形机构输出工作载荷并同步采集多源物理参量；机械成形机构驱动核电环形锻件壳体沿回转轴线转动并产生形变；参数采集机构连续获取表层温度分布数据与几何尺寸变动数据，参数采集机构将采集得到的数据信息编排为时间序列并上传至中央主控台；

22、执行状态参数解算并下发局部流体调整指令；中央主控台提取时间序列中的实时数据，中央主控台将瞬时温度变量及尺寸偏差量输入内置模型进行运算，中央主控台根据解算结果向流体分配机构下发独立控制指令，流体分配机构响应独立控制指令改变特定通道的通流面积，向核电环形锻件壳体的指定表面喷射流体介质并改变局部材料变形抗力；

23、执行收敛判定并完成核电环形锻件精密轧环设备复位；中央主控台连续比对参数采集机构反馈的当前几何尺寸与预设目标尺寸，尺寸偏差量落入容差区间并持续设定监测判定次数后，发出停机指令；流体分配机构阻断流体输出，隔离屏蔽机构执行延时吹扫动作并关闭阀门。

24、本发明提供了一种核电环形锻件精密轧环设备及方法。具备以下有益效果：

25、1、本发明通过在参数采集机构的光路外围建立定向流动的气压屏障，排开轧制过程中产生的相变水汽与飞溅液滴，阻断环境因素对检测信号的物理干扰，提高核电环形锻件壳体表面温度与几何尺寸数据采集的准确性。

26、2、本发明通过将不同通道获取的多源物理量数据编排为统一的时间序列，使瞬时温度变量与几何尺寸偏差量在时间轴上精确对齐，避免异构数据传输存在的非同步问题，为后续的状态参数解算提供可靠的数据基础。

27、3、本发明通过计算模型依据温度与尺寸变量解算特定空间相位的流体输出量，并控制流体分配机构向锻件指定表面喷射流体介质，动态调节材料局部的变形抗力，实现轧环过程流变状态的前馈补偿控制，保障精密成形尺寸的稳定性。