CN102747196A - 一种防止环形工件变形的支撑装置 - Google Patents

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Abstract

一种防止环形工件变形的支撑装置，中心支架、内层支撑筒和挡套均焊接在底板上，并且中心支架位于最内层，挡套位于最外层。外层支撑筒位于内层支撑筒和挡套之间。外层支撑筒上的支撑杆安放在内层支撑筒的顶端，并且该外层支撑筒的一端抵在内层支撑筒顶端的外圆周表面上。内层支撑筒的外径和外层支撑筒的外径分布与所成形工件的内径相同。在外层支撑筒的内孔中均布有多个水平布置的支撑杆，该支撑杆的两端分别固定在外层支撑筒的内圆表面和轮毂的外圆表面上。本发明能够有效控制真空热处理过程中薄壁环形工件的应力释放，防止薄壁环形工件的坍塌或鼓包变形，并且能同时装载两个薄壁环形工件，提高生产效率，缩短生产周期50％。

Description

一种防止环形工件变形的支撑装置
技术领域
该发明属于真空热处理领域，是一种防变形递进式航空发动机薄壁环形工件真空热处理工装。
背景技术
环形工件是一种应用范围大的工件，环形工件的加工中，存在坍塌或鼓包变形问题。尤其在航空发动机中，环形工件的使用量大，并且外径尺寸大于900mm，壁厚小于1mm。目前，所述的航空发动机中所使用的环形工件的一般通过真空热处理去应力。
本发明中的环形工件外径尺寸与壁厚比例较大，属于大型薄壁零件，焊接后需要进行去应力或固溶处理。真空热处理前，材料内部存在较大残余应力，再加上真空热处理过程产生的热应力，很容易导致薄壁环形工件真空热处理后发生坍塌或鼓包变形。变形后的薄壁环形工件需要经过返工处理，既增加了加工成本，又延长了加工周期。
为了防止薄壁环形工件真空热处理后的坍塌或鼓包变形，传统的解决办法有两种：一种是改进真空热处理工艺，即在固溶处理前增加去应力退火工序，以消除机械加工或焊接产生的残余应力，减小薄壁环形工件的变形；另一种是在室温装炉，通过设计阶段升温和缓慢冷却的方式，使薄壁环形工件中的残余应力缓慢、均匀释放出来，并且能降低热应力对薄壁环形工件的影响。
以上措施虽然可以减小薄壁环形工件的变形，但是工艺复杂、生产效率低、防变形效果不理想，极易发生因坍塌或鼓包变形而使零件返工或报废。
发明内容
为克服现有技术存在工艺复杂、生产效率低和成本高的不足，本发明提出了一种防止环形工件变形的支撑装置。
本发明包括中心支架、内层支撑筒、外层支撑筒、底板、支撑杆、支撑边、挂钩、挡套和轮毂。
中心支架、内层支撑筒和挡套均为中空回转体。所述中心支架、内层支撑筒和挡套均焊接在底板上，并且中心支架位于最内层，挡套位于最外层。外层支撑筒位于内层支撑筒和挡套之间。所述外层支撑筒上的支撑杆安放在内层支撑筒的顶端，并且该外层支撑筒的一端抵在内层支撑筒顶端的外圆周表面上。
内层支撑筒的外径与所成形的第一环形工件的内径相同。外层支撑筒的外径与所成形的第二环形工件的内径相同。
在所述外层支撑筒的内孔中均布有多个水平布置的支撑杆。所述支撑杆的一端固定在外层支撑筒的内圆表面，另一端固定在位于外层支撑筒内中心处的轮毂的外圆表面上。所述轮毂安放在内层支撑筒顶端的端面上，并套装在中心支架顶端的外圆周表面上。所述轮毂与外层支撑筒同轴。在所述外层支撑筒下端的端头处，有用于安放工件的支撑边。
中心支架与内层支撑筒之间有4mm的间距。内层支撑筒与外层支撑筒之间有4mm的间距。外层支撑筒与挡套之间均有6mm的间距。
外层支撑筒的上表面与挡套的上表面平齐。内层支撑筒的上表面略低于中心支架的上表面，以便于外层支撑筒的安装。
所述轮毂的内表面与中心支架的外表面之间间隙配合。所述支撑边与外层支撑筒壳体之间相互垂直。
在生产中，环形工件焊接后存在极大的焊接应力，需要进行消除焊接应力。而焊接应力的释放无规律，且现有工装的限位不合理。再加上真空热处理冷却阶段，高流量的高纯氩气也极易导致工件的坍塌或鼓包变形。
由于本发明采取的技术方案，在薄壁环形工件内层支撑筒和外层支撑筒之间留有0.5～1mm的间隙，确保薄壁环形工件在加热过程中与圆筒面贴合紧密，有效控制真空热处理过程中薄壁环形工件的应力释放，防止薄壁环形工件的坍塌或鼓包变形。此外该工装可以同时装载两个薄壁环形工件，提高生产效率1倍，降低生产成本50%，缩短生产周期50%。
为验证本发明的效果，以某薄壁环形工件进行试验，具体过程是：
试验设备：Ipsen大型立式VEQ-5654-6真空气淬炉；
设备参数：有效加热区φ1200×1300，冷却压力1bar，炉温均匀性(450～750)℃/±5℃,(750～1250)℃/±10℃，压升率1.3Pa/h；
试验参数：淬火1050℃，1～30min；回火（650±5℃，30～60min）/（755±10℃，30～60min）；
验证方案：见表1。
表1验证方案
Figure BDA00001904522600031
试验结果显示，通过本发明成形1个或同时成形2个工件时，所成形工件表面均未见坍塌和鼓包变形。
附图说明
图1为防止环形工件变形的支撑装置剖面正视图；
图2为外层支撑筒主视图；
图3为外层支撑筒俯视图。图中：
1.中心支架        2.内层支撑筒      3.外层支撑筒    4.紧固圈    5.底板
6.第一环形工件    7.第二环形工件    8.支撑杆        9.支撑边    10.挂钩
11.挡套轮毂       12.轮毂
具体实施方式
本实施例是一种防止环形工件变形的支撑装置，包括中心支架1、内层支撑筒2、外层支撑筒3、紧固圈4、底板5、加强筋8、支撑边9、挂钩10、挡套11和轮毂12。
本实施例采用1Cr18Ni9Ti不锈钢制作。
中心支架1、内层支撑筒2和挡套11均为中空回转体。所述中心支架1、内层支撑筒2和挡套11均焊接在底板5上，并且中心支架1位于最内层，挡套11位于最外层。外层支撑筒3位于内层支撑筒2和挡套11之间；所述中心支架1、内层支撑筒2和挡套11同轴。所述外层支撑筒3上的支撑杆8安放在内层支撑筒2的顶端，并且该外层支撑筒3的一端抵在内层支撑筒2顶端的外圆周表面上。
内层支撑筒2的外径与所成形的第一环形工件6的内径相同，当第一环形工件6套装在内层支撑筒2的外圆表面时，两者之间间隙配合。外层支撑筒3的外径与所成形的第二环形工件7的内径相同，当第二环形工件7套装在外层支撑筒3的外圆表面时，两者之间间隙配合。
中心支架1与内层支撑筒2之间有4mm的间距；内层支撑筒2与外层支撑筒3之间有4mm的间距；外层支撑筒3与挡套11之间均有6mm的间距。所述的间距根据所成形工件的壁厚确定。
所述外层支撑筒3为中空回转体。在所述外层支撑筒3的内孔中有多个水平布置的支撑杆8，本实施例中，支撑杆的数量为8个。所述的支撑杆8均布在外层支撑筒3的内圆中，并且该支撑杆8的一端固定在外层支撑筒3的内圆表面，另一端固定在位于外层支撑筒内中心处的轮毂12的外圆表面上。所述轮毂12的轴向高度略大于支撑杆8的高度。所述轮毂12安放在内层支撑筒2顶端的端面上，并套装在中心支架1顶端的外圆周表面上；所述轮毂12的内径与中心支架1的外径相同，当所述轮毂12套装在中心支架1顶端的外圆周表面上时，两者之间间隙配合。所述轮毂12与外层支撑筒3同轴。在所述外层支撑筒3下端的端头处，有径向凸出的支撑边9，用于安放第二环形工件7。所述支撑边9与外层支撑筒3壳体之间相互垂直。
在圆形的底板5上表面的边缘处均匀分布有3个挂钩10，用于吊装该装置。
装配后，外层支撑筒3的上表面与挡套11的上表面平齐。内层支撑筒2的上表面略低于中心支架1的上表面，以便于外层支撑筒3的安装。
在挡套11中部的外圆周有紧固圈。
使用时，第一环形工件6从内层支撑筒2外侧缓慢下降至底板5上，并使第一环形工件6的内表面与内层支撑筒2的外表面相接触。将外层支撑筒3的支撑杆安放在内层支撑筒2的顶端，并使该支撑杆的悬臂端抵在中心支架1的外圆表面。将第二环形工件7套在外层支撑筒3上，并放置在外层支撑筒3的支撑边9上。真空热处理时，通过支撑杆8有效的防止了外层支撑筒3的变形，并通过外层支撑筒3对所成形的第二环形工件起到了支撑的作用；通过内层支撑筒2对所成形的第一环形工件起到了支撑的作用；通过所述的内层支撑筒2和外层支撑筒3很好的抑制了所成形的第一环形工件6和第二环形工件7的坍塌和变形。由于本实施例采用支架结构，能同时安放并成形2个工件，提高了效率，缩短了生产周期，降低了生产成本。

Claims (4)

1.一种防止环形工件变形的支撑装置，其特征在于，包括中心支架、内层支撑筒、外层支撑筒、底板、支撑杆、支撑边、挂钩、挡套和轮毂；
中心支架、内层支撑筒和挡套均为中空回转体；所述中心支架、内层支撑筒和挡套均焊接在底板上，并且中心支架位于最内层，挡套位于最外层；外层支撑筒位于内层支撑筒和挡套之间；所述外层支撑筒上的支撑杆安放在内层支撑筒的顶端，并且该外层支撑筒的一端抵在内层支撑筒顶端的外圆周表面上；
内层支撑筒的外径与所成形的第一环形工件的内径相同；外层支撑筒的外径与所成形的第二环形工件的内径相同；
在所述外层支撑筒的内孔中均布有多个水平布置的支撑杆；所述支撑杆的一端固定在外层支撑筒的内圆表面，另一端固定在位于外层支撑筒内中心处的轮毂的外圆表面上；所述轮毂安放在内层支撑筒顶端的端面上，并套装在中心支架顶端的外圆周表面上；所述轮毂与外层支撑筒同轴；在所述外层支撑筒下端的端头处，有用于安放工件的支撑边。
2.如权利要求1所述防止环形工件变形的支撑装置，其特征在于，中心支架与内层支撑筒之间有4mm的间距；内层支撑筒与外层支撑筒之间有4mm的间距；外层支撑筒与挡套之间均有6mm的间距。
3.如权利要求1所述防止环形工件变形的支撑装置，其特征在于，外层支撑筒的上表面与挡套的上表面平齐；内层支撑筒的上表面略低于中心支架的上表面，以便于外层支撑筒的安装。
4.如权利要求1所述防止环形工件变形的支撑装置，其特征在于，所述轮毂的内表面与中心支架的外表面之间间隙配合；所述支撑边与外层支撑筒壳体之间相互垂直。
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