CN107414428B - 超大型分体环件的制造工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超大型分体环件的制造工艺，包括根据超大型分体环件的分段数量、截面特点、检测要求及吊装工艺余料等因素确定整体环件数量、尺寸及余量设计，以及整体环件制造工艺，再根据设计的分体环段数量将整体环切割后采用专用工装进行整形加工，随后再将整形后的超大型环段按最终设计的环段形状和尺寸划线后进行切割加工，随后将切割的环段加工成最终产品的尺寸形状。通过上述方式，本发明超大型分体环件的制造工艺可以完成任意分体环段数量和超大形直径分体环件的制造，在余量设计和生产效率上优于传统自由锻工艺，对设备限制少，具有明显的成本低、效率高，易于在现有普通辗环设备中推广应用优势，适于各类超大型分体环件产品生产。

Description

超大型分体环件的制造工艺

技术领域

本发明涉及超大型分体环件制造技术领域，特别是涉及一种超大型分体环件的制造工艺。

背景技术

目前对于超大型分体环件的制造主要有两种方式：一是采用自由锻方式将坯料锻成矩形截面的长方条，再使用压机将长方条在特定弧度的模具上逐步弯曲成分体环段，然后机加成型；另一种方式是采用超大型辗环设备对超大环件进行整体环制造，完成后根据需要再切割成所需的分体环段。

对以上两种工艺方案进行分析可看出，第一种方法（以下简称为自由锻方案），由于自由锻余量大、工序周期长、操作质量不易控制、且生产效率低，尤其在分体环弧度大、数量多时更加明显，目前已很少采用。

第二种方法（以下简称为整体辗环方案），虽然生产效率较高，但对辗环设备的轧制力和控制能力要求高，特别是对于超过10米以上的辗环设备投入成本非常高。

据统计，目前国际上真正超过10米的辗环设备不超过三台，而且能生产的环件尺寸也是有限的。因此该方案必然带来较高的制造成本，并在生产超大型分体环件时没有发挥应有的优势。

因此，对于此类超大型分体环件产品的制造，以上两种工艺方案都有其缺点和不足，不利于超大型分体环件产品的工程化应用。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种超大型分体环件的制造工艺，能够避免超大型辗环设备的重复投资，更好地发挥利用现有设备生产超大型环件的能力，降低了成本，摆脱了对超大型辗环机的依赖，实现了小设备干大件，真正体现了绿色环保的制造理念。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种超大型分体环件的制造工艺，包括如下制造步骤：

a、对超大型分体环件进行分析，并设计分体环段：

根据超大型分体环件的尺寸要求、分段数量和截面结构的特点，同时考虑产品性能和检测取样要求以及后续吊装工艺余料确定整体环的合理数量和余量，然后设计分体环段的锻件弧长；

b、小型整体环的制备：

分体环段通过小型整体环切割形成，考虑具有加工余量的分体环段，考虑检测取样和其他工艺余料后得到的最终生产需要的分体环段，

然后根据分体环段的数量和锻件弧长进行合理组合，计算相应组合后的弧长总和并确定整体环的尺寸和数量，其中整体环中径的弧长总和不少于分体环段中径的弧长总和；

c、对整体环进行分割：

对小型整体环进行预热处理，并经机加工和UT检查，然后将小型整体环按照前期确定的每个小型整体环包含的分体环段的数量进行分割，制得分割环段；

d、分体环段的制备：

将分割环段放置在整形机构上进行锻造整形制得分体环段，整形后的分体环段的锻件弧长总和符合步骤b）中的计算要求；

e、超大型分体环件成品的制备：

对整形后的分体环段进行热处理，并按照步骤a）中设计的分体环段的取样方式进行理化检测，合格后按照最终要求的超大型分体弧段进行划线切割，得到包含加工余量的分体环段，

再根据实际的机加工设备能力对单个分体环段或拼接好的整体环铣或车加工，得到超大型分体环件成品，完成最终产品的加工。

在本发明一个较佳实施例中，步骤a）中分体环段的数量为n，弧度为θ，分体环段的数量为n和弧度为θ根据装配使用要求进行确定。

在本发明一个较佳实施例中，其中超大型分体环件的截面为矩形截面或异形截面，分体环段的截面宽度为H。

在本发明一个较佳实施例中，步骤b）中整体环中径的弧长总和的计算公式为：，式中 OD、ID为超大环件的内外径。

在本发明一个较佳实施例中，步骤b）中分体环段中径的弧长总和的计算公式为：，式中 OD'、ID'为分体环件的内外径，K为小型整体环的数量。

在本发明一个较佳实施例中，步骤d）中整形机构包括整形上模和整形下模，整形上模和整形下模分别与压机上滑块和下模座进行安装，分割环段加热后通过机械操作手放置在整形上模和整形下模之间。

在本发明一个较佳实施例中，步骤d）中锻造整形的温度为800~1000℃。

本发明的有益效果是：本发明超大型分体环件的制造工艺改进了传统自由锻工艺方案，将自由锻工艺转变为数控辗环工艺，突破了辗环机对轧制环件尺寸的限制，利用中型辗环机生产超大型的分体环件成为可能，避免超大型辗环设备的重复投资，更好发挥利用现有设备生产超大型环件的能力，更好地保持了环锻件的金属纤维流线，有利于产品组织性能的稳定，且小环的制造尺寸精度更高，更容易实现余量精化和异形截面环件加工。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1是本发明的超大型分体环件产品的结构示意图；

图2是典型的超大型分体环的弧段锻件设计结构示意图：

其中图2a为考虑加工余量的分体环段的结构示意图，图2b为在图2a基础上考虑检测取样和其他工艺余料后得到的最终生产需要的分体环段的结构示意图；

图3是小型整体环的设计结构示意图；

图4是分体环段整形的结构示意图；

图5是本发明的超大型分体环件生产工艺的流程图；

附图中各部件的标记如下：1、整形上模，2、分体环段，3、整形下模。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1至图5，本发明实施例包括：

一种超大型分体环件的制造工艺，该类超大型环件的直径一般在9米以上，形状结构如图1，包括对超大型分体环件的分析、分体整环的制造工艺、整体环分割和分体环段整形及后续加工制造工艺。

上述超大型分体环件制造工艺的具体步骤如下：

a、对超大型分体环件进行分析，并设计分体环段：

根据超大型分体环件的尺寸要求、分段数量和截面结构的特点，同时考虑产品性能和检测取样要求以及后续吊装工艺余料确定整体环的合理数量和余量，然后设计分体环段的锻件弧长，如图2所示。

设定分体环段的数量为n，弧度为θ，分体环段数量n和弧度θ一般由装配使用要求来确定，其中超大型分体环件的截面可以是矩形截面或异形截面，分体环段的截面宽度为H。

b、小型整体环的制备：

分体环段通过小型整体环切割形成，在图2中：图2a为考虑加工余量的分体环段，图2b为在图2a基础上考虑检测取样和其他工艺余料后得到的最终生产需要的分体环段；

根据分体环段的数量和锻件弧长进行合理组合，计算相应组合后的弧长总和并确定整体环的尺寸和数量，如图3所示，其中整体环中径的弧长总和不少于图2b中分体环段中径的弧长总和。

其中，整体环中径的弧长总和的计算公式为：，式中 OD、ID为超大环件的内外径。

分体环段中径的弧长总和的计算公式为：，式中 OD'、ID'为分体环件的内外径，K为小型整体环的数量。

上述过程是将超大型分体环件的制造方式转化为多个小型整体环件的制造方式，所确定的小型整体环的尺寸可以根据自身辗环设备能力确定，这样不仅突破了对超大型辗环设备的限制，而且充分发挥辗环设备生产效率高的优势，也可以实现较精确的余量设计。

c、整体环的分割：

在小型整体环工艺方案完成后，此时一般对小型整体环进行预热处理，并经机加工和UT检查，确保产品的内在质量符合要求；

然后将小型整体环按照前期确定的每个小型整体环包含的分体环段的数量进行分割，制得分割环段，再将分割环段在专用超大型环段整形模具上进行锻造整形，如图4所示。

d、分体环段的制备：

如图4所示，将图3中切割好的分割环段放置在整形机构上进行锻造整形制得分体环段，整形机构包括整形上模1和整形下模3，整形上模1和整形下模3分别与压机上滑块和下模座进行安装，分割环段加热后通过机械操作手放置在整形上模1和整形下模3之间，一般锻造整形的温度为800~1000℃。

锻造整形中根据设备的配置情况，需要锻压机和辅助锻造操作设备配合完成，分体环段经整形后应符合超大型分体弧段锻件图2 b的设计要求。

e、超大型分体环件成品的制备：

对整形后的分体环段进行热处理，并按照步骤a）中设计的取样方式进行理化检测，合格后按照最终要求的超大型分体弧段进行划线切割加工，得到包含加工余量的分体环段，见图2 a；

再根据实际的机加工设备能力对单个分体环段或拼接好的整体环铣或车加工，得到超大型分体环件成品，完成最终产品的加工。

在设计超大型分体环件的制造工艺时，当超大型分体环的截面为异形时，同样可以设计为异形小型整体环方案，后续的整形工装也应根据异形截面设计相应的异形整形专用工装，所述制造工艺的流程图见图5。

上述超大型环件制造工艺改进了传统自由锻工艺方案，将自由锻工艺转变为数控辗环工艺，使余量更加精化效率更高；同时也改变了采用超大型辗环设备进行整体环锻的传统工艺，突破了辗环机对轧制环件尺寸的限制，可以利用中型辗环机生产超大型的分体环件成为可能；

这样一来，既降低了成本，又摆脱了对超大型辗环机的依赖，实现了小设备干大件，真正体现了绿色环保的制造理念；

从产品组织性能看，该工艺更好地保持了环锻件的金属纤维流线，有利于产品组织性能的稳定，且小环的制造尺寸精度更高，更容易实现余量精化和异形截面环件加工。

下面结合一项产品设计案例，详细说明本设计的制造工艺：

根据产品尺寸需求：OD=12433mm，ID=11345mm，H=520mm，环件分段数n=6，每个弧段角度θ=60°，

根据产品验收要求，每个弧段需要在两端进行第三方见证取样并理化测试，因此需要在每个弧段两端增加检测工艺余料，同时考虑后续整形夹持需要的工艺余料，确定每个弧段锻件的角度θ=66°，

根据产品分段数及每段角度，确定采用每两个弧段组合成一个整体环，共需3个整体环的方案。

再结合产品中径计算两个弧段组合的中径弧长，从而确定整体环的中径约为4360mm，考虑产品的截面尺寸并加上相应余量后，得到3件整体环的锻件尺寸：如图3，OD=4950mm，ID=3770mm，H=560mm。

按通用辗环工艺要求生产三件整体环，并经预备热处理和粗加工探伤检查后再将三件整体环一分为二切割为六个半环，将六半环加热到整形温度区间，采用专用整形工装整形，将整形后的弧段进行性能热处理，并按理化检测要求取样检测，合格后将弧段按最终产品的尺寸要求进行铣加工或整体车加工，最终得到成品。

本发明超大型分体环件的制造工艺的有益效果是：

适用于不同截面形状超大分体环件的设计和生产，适用于所有可经锻造变形的金属材料的超大分体环件的生产和加工；

较自由锻方案和整体辗环方案节省材料约10%～20%以上，且分体环直径越大弧长越长节约效果越明显；

较自由锻方案更具操作性，生产效率高且工艺风险小；

采用此工艺后只需要能生产5～7米的辗环机及配套设备就可以代替超大型辗环机生产超大型分体环件，突破了辗环设备的产能限制，有效降低了设备投资和生产成本，同时本方案中较小型整体环件生产的过程控制明显优于超大型整体环生产。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种超大型分体环件的制造工艺，其特征在于，包括如下制造步骤：

a、对超大型分体环件进行分析，并设计分体环段：

根据超大型分体环件的尺寸要求、分段数量和截面结构的特点，同时考虑产品性能和检测取样要求以及后续吊装工艺余料确定整体环的合理数量和余量，然后设计分体环段的锻件弧长；

b、小型整体环的制备：

分体环段通过小型整体环切割形成，考虑具有加工余量的分体环段，考虑检测取样和其他工艺余料后得到的最终生产需要的分体环段，

然后根据分体环段的数量和锻件弧长进行合理组合，计算相应组合后的弧长总和并确定整体环的尺寸和数量，其中整体环中径的弧长总和不少于分体环段中径的弧长总和：

其中整体环中径的弧长总和的计算公式为：，式中OD、ID为超大环件的内外径，

分体环段中径的弧长总和的计算公式为：，式中 OD'、ID'为分体环件的内外径，K为小型整体环的数量；

c、对整体环进行分割：

对小型整体环进行预热处理，并经机加工和UT检查，然后将小型整体环按照前期确定的每个小型整体环包含的分体环段的数量进行分割，制得分割环段；

d、分体环段的制备：

将分割环段放置在整形机构上进行锻造整形制得分体环段，整形后的分体环段的锻件弧长总和符合步骤b）中的计算要求；

e、超大型分体环件成品的制备：

对整形后的分体环段进行热处理，并按照步骤a）中设计的分体环段的取样方式进行理化检测，合格后按照最终要求的超大型分体弧段进行划线切割，得到包含加工余量的分体环段，

再根据实际的机加工设备能力对单个分体环段或拼接好的整体环铣或车加工，得到超大型分体环件成品，完成最终产品的加工。

2.根据权利要求1所述的超大型分体环件的制造工艺，其特征在于，步骤a）中分体环段的数量为n，弧度为θ，分体环段的数量为n和弧度为θ根据装配使用要求进行确定。

3.根据权利要求2所述的超大型分体环件的制造工艺，其特征在于，其中超大型分体环件的截面为矩形截面或异形截面，分体环段的截面宽度为H。

4.根据权利要求1所述的超大型分体环件的制造工艺，其特征在于，步骤d）中整形机构包括整形上模和整形下模，整形上模和整形下模分别与压机上滑块和下模座进行安装，分割环段加热后通过机械操作手放置在整形上模和整形下模之间。

5.根据权利要求4所述的超大型分体环件的制造工艺，其特征在于，步骤d）中锻造整形的温度为800~1000℃。