CN107138919A - 具有阈值屈曲卸载自复位功能的c形开口圆柱壳的制作工艺 - Google Patents

具有阈值屈曲卸载自复位功能的c形开口圆柱壳的制作工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有阈值屈曲卸载自复位功能的C形开口圆柱壳的制作工艺流程，主要包括：机械加工工艺和热处理工艺。具体制作工艺为:钢板轧制或磨具浇筑→成型后钻孔→高温过火→正火→低温回火→高温过火→淬火(油冷)→中温回火→自然冷却。该套适用于具有阈值屈曲卸载自复位功能的C形开口圆柱壳的热处理加工工艺中，关键在于控制温度进行的两次高温热处理：第一次热处理消除机械加工内应力，保持板件的设计尺寸与形状；第二次热处理提高了构件的硬度、弹性并稳定了金属内部组织结构。本发明工艺简单、周期短、成本低，制作的C形开口圆柱壳可恢复性好，解决了市售钢板硬度较低、无法直接用于可恢复结构的难题，有利于市场推广应用。

Description

具有阈值屈曲卸载自复位功能的C形开口圆柱壳的制作工艺
技术领域
本发明属于金属制作加工技术领域，特别涉及一种具有阈值屈曲卸载自复位功能的C形开口圆柱壳的制作工艺。
背景技术
具有阈值屈曲卸载自复位功能的C形开口圆柱壳是由特制的C形开口圆柱壳、高强螺栓和上下链接钢板组装而成的减震隔震装置，该种装置具有很大竖向承载力及刚度，可有效地支撑建筑物的重量，并且隔震支座水平方向可发生大变形弹性位移，配合阻尼系统及支撑防护系统，还可有效地隔离地震能量，避免地震能量向上部结构传输，有效地减少建筑物的地震反应，使建筑物主体结构在强震作用下不损坏或倒塌，使得建筑结构在中震、大震的作用下达到抗震设防的预期目标，并且能够在强震后快速恢复其正常使用功能，从而实现“大震可修”的设防目标。
对于制作C形壳所用材料和加工工艺，现有常用的生产工艺主要通过锻造成型，忽略了热加工工艺对钢材弹性性能和硬度等的影响，生产出的C形壳承载力较低、弹性性能差，且不能满足可恢复结构的使用要求。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种具有阈值屈曲卸载自复位功能的C形开口圆柱壳的制作工艺，可有效改善C形壳的弹性弯曲性能和承载能力。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种具有阈值屈曲卸载自复位功能的C形开口圆柱壳的制作工艺，整体设计主要包括：机械加工工艺和热处理工艺。具体制作工艺为，钢板轧制或磨具浇筑→成型后钻孔→高温过火(首次)→正火→低温回火→高温过火(再次)→淬火(油冷)→中温回火→自然冷却。
所述工艺流程具体包括以下步骤：
步骤一：将普通用钢板钢先用数控液压剪板机裁剪成设计宽度后，再用自制模具和开式可倾压力机压制出弧度曲率满足构件设计要求所需的C形开口圆柱壳；或在钢铁厂开模，直接浇筑成所需尺寸的C形开口圆柱壳。
步骤二：构件成型后，以所用高强螺栓最外层直径为基准，采用枪钻在C形壳两端钻出相应大小的孔洞。
步骤三：将加工制作好的C形开口圆柱壳放入井式加热炉中进行加热，炉内温度达到860℃±10℃后保持30分钟，然后取出放在空气中冷却(正火)，待完全冷却后放入200℃±5℃的低温炉中进行回火，保温1小时后取出，自然冷却。
步骤四：将构件再次放入860℃±10℃井式加热炉中加热30分钟，之后取出放入油中急冷，待完全冷却再次放入485℃±5℃中温炉中进行回火1小时，最后取出自然冷却。
步骤说明：
该种C形开口圆柱壳所用钢材为高强优质碳素弹簧钢或合金弹簧钢，弹簧钢具有优良的力学性能、抗弹衰减性能等，弹簧钢制C形壳能够承担一定荷载，在载荷去除后不会出现永久变形。
步骤一中机械加工时所用轧制钢板的模具为钢制的，具有足够的刚度和硬度。
本发明所述C形开口圆柱壳是指截面为C形的圆柱结构，其壳厚为1-3mm，开口角度为30°-90°，曲率半径为100-200mm，高为300-500mm。
本发明的有益效果是：
本发明所述的一种具有阈值屈曲卸载自复位功能的C形开口圆柱壳的制作工艺流程，选用优质高强的碳素弹簧钢或合金弹簧钢，通过机械加工、两次冷热反复处理以及油淬、钻孔等工艺，改善了构件的弹性性能、硬度、力学性能以及表面光洁度等。由于本发明中的壳体是由机械碾压而成且厚度较薄，如若直接采用过火—淬火的热处理工艺，在巨大温差作用下壳板中的应力会全部释放出来，设计的C形弧度、曲率不能保持。所以，试验第一次热处理采取高温过火—正火—200℃低温回火流程。加热过火在井式加热炉中进行，回火在井式回火炉中进行。第一次热处理既消除了试件加工时内部应力，又稳定了板壳的组织结构，为第二次过火—淬火—中温回火提供前期准备；第二次热处理工艺采用高温过火—沾油急冷—485℃中温回火流程。485℃回火是经过屡次热处理试验分析得到的温度，因为构件相对较薄，若回火温度过高则会消除过火对C形壳构件的热处理效果。此步骤目的是提高壳板硬度、增大弹性、稳定壳体内部结构组织。该制作工艺流程中，将构件置于空气中冷却，可提高构件的硬度，稳定构件几何尺寸，防止构件冷却过程中变形过大；低温回火以及中温回火都会降低金属组织内应力和构件整体脆性，避免使用时崩裂，在一定程度上提升金属构件的弹性；而冷油淬火则是通过冷油这种介质来提升构件的硬度。本发明中的工艺流程：钢板轧制或磨具浇筑→成型后钻孔→高温过火→正火→低温回火→高温过火→淬火(油冷)→中温回火→自然冷却，这种加工工艺简单方便，不仅制作工期短、成本低，能够提高构件的加工质量和生产效率，还能减少构件内部的原始缺陷，提高C形壳的弹性变形能力、硬度以及其他力学性能。此外，所制作的C形壳的原有尺寸也不会发生变化，组装后的构件拥有了如弹簧板优异的硬度，作为可恢复构件，用于建筑结构工程中发挥减震隔震及大变形后恢复原形的功能。
附图说明
图1为本发明中的C形圆柱壳的热处理工艺流程图
图2为本发明实施例1中钢板制作的拉伸构件尺寸示意图。
图3为本发明实施例2中钢板制作的拉伸构件尺寸示意图。
图4为本发明制备所得C形圆柱壳示意图。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
具有自复位功能的C形开口圆柱壳工艺流程，主要包括：机械加工工艺和热处理工艺。参照图1，具体制作工艺为，钢板轧制或磨具浇筑→成型后钻孔→高温过火→正火→低温回火→高温过火→淬火(油冷)→中温回火→自然冷却。C形壳构件选择牌号为65的锰钢进行制作，钢板厚度为1.2mm，首先按照图2所示制作6片相应的拉伸构件，然后按照下述的热处理工艺进行制作C形壳，其中3片拉伸构件和C形壳的热处理工艺相同，另外3片拉伸构件作为对比不进行热处理。所述工艺流程具体包括以下步骤：
步骤一：将厚度为1.2mm的65锰钢钢板先用数控液压剪板机裁剪成设计宽度后，再用自制模具和开式可倾压力机压制出弧度曲率满足构件设计要求所需的C形开口圆柱壳和拉伸构件，C形壳的曲率半径为102mm。
步骤二：构件成型后，以所用高强螺栓最外层直径为基准，采用枪钻在C形壳两端钻出相应大小的孔洞。
步骤三：将加工制作好的C形开口圆柱壳和拉伸构件放入井式加热炉中进行加热，炉内温度达到860℃±10℃后保持30分钟，然后取出放在空气中冷却(正火)，待完全冷却后放入200℃±5℃的低温炉中进行回火，保温1小时后取出，自然冷却。
步骤四：将构件再次放入860℃±10℃井式加热炉中加热30分钟，之后取出放入油中急冷，待完全冷却再次放入485℃±5℃中温炉中进行回火1小时，最后取出自然冷却。
经过上述工艺使C形壳成型，结构如图4所示。处理后的C形壳尺寸没有发生变化，重量仅减少了1.6％，在允许误差范围内。拉伸试验对比结果如表1所示。
表1 1.2mm厚拉伸试验结果
试件 fy/MPa fu/MPa E/GPa 伸长率δ/(％) 泊松比μ
1.2mm未热处理 390.85 570.71 158 35 0.31
1.2mm热处理 650.87 890.61 191 12 0.30
实施例2
具有自复位功能的C形开口圆柱壳工艺流程，主要包括：机械加工工艺和热处理工艺。参照图1，具体制作工艺为，钢板轧制或磨具浇筑→成型后钻孔→高温过火→正火→低温回火→高温过火→淬火(油冷)→中温回火→自然冷却。C形壳构件选择牌号为65的锰钢进行制作，钢板厚度为1.5mm，首先按照图3所示制作3片相应的拉伸构件，然后按照下述的热处理工艺进行制作C形壳，拉伸构件和C形壳的热处理工艺相同。所述工艺流程具体包括以下步骤：
步骤一：将厚度为1.5mm的65锰钢钢板先用数控液压剪板机裁剪成设计宽度后，再用自制模具和开式可倾压力机压制出弧度曲率满足构件设计要求所需的C形开口圆柱壳和拉伸构件，C形壳的曲率半径为102mm，弧度为90°。
步骤二：构件成型后，以所用高强螺栓最外层直径为基准，采用枪钻在C形壳两端钻出相应大小的孔洞。
步骤三：将加工制作好的C形开口圆柱壳和拉伸构件放入井式加热炉中进行加热，炉内温度达到860℃±10℃后保持30分钟，然后取出放在空气中冷却(正火)，待完全冷却后放入200℃±5℃的低温炉中进行回火，保温1小时后取出，自然冷却。
步骤四：将构件再次放入860℃±10℃井式加热炉中加热30分钟，之后取出放入油中急冷，待完全冷却再次放入485℃±5℃中温炉中进行回火1小时，最后取出自然冷却。
经过上述工艺使C形壳成型，结构如图4所示。处理前后的C形壳尺寸没有发生变化，重量仅减少了0.26％，在允许误差范围内。拉伸试验结果如表2所示。
表2 15mm厚构件拉伸试验结果
试件 fy/MPa fu/MPa E/GPa 伸长率δ/(％) 泊松比μ
1.5mm热处理 673.97 870.74 185 12 0.34
应当指出，以上所述仅为本发明的实施例，是结合具体的实施方式对本发明的进一步详细说明，不能因此限制本发明的保护范围，本领域相关的技术人员利用本发明公开的内容与方法，或者不脱离本发明构思的前提下，做出简单的变化或改进，都应当视为在本发明的保护范围内。本发明的保护范围应当以所公开权利要求界定的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种具有阈值屈曲卸载自复位功能的C形开口圆柱壳的制作工艺，其特征在于，主要包括机械加工工艺和热处理工艺，具体工艺流程为：钢板轧制或磨具浇筑→成型后钻孔→首次高温过火→正火→低温回火→再次高温过火→淬火→中温回火→自然冷却。
2.根据权利要求1所述具有阈值屈曲卸载自复位功能的C形开口圆柱壳的制作工艺，其特征在于，所述钢板轧制工艺如下：
将钢板钢先用数控液压剪板机裁剪成设计宽度后，再用模具和开式可倾压力机压制出弧度曲率满足构件设计要求所需的C形开口圆柱壳；
所述磨具浇筑工艺如下：
在钢铁厂开模，直接浇筑成所需尺寸的C形开口圆柱壳。
3.根据权利要求2所述具有阈值屈曲卸载自复位功能的C形开口圆柱壳的制作工艺，其特征在于，所述钢板钢所用钢材为高强优质碳素弹簧钢或合金弹簧钢。
4.根据权利要求2所述具有阈值屈曲卸载自复位功能的C形开口圆柱壳的制作工艺，其特征在于，所述模具为具有足够的刚度和硬度的钢制模具。
5.根据权利要求2所述具有阈值屈曲卸载自复位功能的C形开口圆柱壳的制作工艺，其特征在于，所述高温过火、正火和低温回火工艺：
将加工制作好的C形开口圆柱壳放入井式加热炉中加热，炉内温度达到860℃±10℃后保持30分钟，然后取出放在空气中冷却，待完全冷却后放入200℃±5℃的低温炉中进行回火，保温1小时后取出，自然冷却，正火是将金属试件置于空气中冷却，从而提高试件硬度，稳定试件几何尺寸，防止试件冷却过程中变形过大。
6.根据权利要求2所述具有阈值屈曲卸载自复位功能的C形开口圆柱壳的制作工艺，其特征在于，所述再次高温过火、淬火和中温回火工艺：
将构件再次放入860℃±10℃井式加热炉中加热30分钟，之后取出放入油中急冷，待完全冷却再次放入485℃±5℃中温炉中进行回火1小时，最后取出自然冷却。
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