CN107723436A - 一种预防工件热处理变形的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及热处理加工技术领域，提供了一种预防工件热处理变形的装置及方法，解决了现有技术无法有效地对工件法兰部热处理变形进行预防的问题。一种预防工件热处理变形的装置，所述装置包括用于放置工件的基座，还包括与基座固定连接的支撑架，所述支撑架上设有预防工件法兰部热处理变形的法兰定型盖，所述法兰定型盖外轮廓与工件法兰内型吻合，所述法兰定型盖上还设有与工件法兰上下端面配合以限制法兰相对位置的变化的凸缘。在工件的热处理过程中，使用定型盖来预防法兰部变形，能够较大程度地控制工件的热处理变形。
Description
技术领域
本发明涉及热处理加工技术领域，尤其涉及一种预防工件热处理变形的装置及方法。
背景技术
金属热处理是将金属工件在适当的温度下通过加热、保温和冷却等过程，使金属工件内部组织结果发生改变，从而改善材料力学、物理和化学性能的工艺，但热处理除了具有积极作用以外，也会在处理过程中不可避免地产生形变。热处理变形是热处理过程中的主要缺陷之一，对于一些精密零件和工具、模具，常常会因为热处理变形超差而报废。金属工件在热处理过程中，由于组织转变时比容发生变化所造成的体积膨胀，以及热处理所引起的塑性变形，使工件体积及形状发生不同程度的改变，变形使热处理较难解决的问题，要完全不变形是不可能的，一般是把变形量控制在一定范围内。
各种航空、航天制造业需要大量的铝合金筒形铸件，筒形铸件的一般结构是有上法兰、下法兰和中间纵横交叉的网格筋及蒙皮组成。根据实际需要的不同，筒形件的外形有圆形和异型。铝合金铸件为了达到一定的强度，通常的处理方法为热处理方法至T6处理，即固溶处理+完全人工时效处理，固溶处理一般是将铸件加热到高温单相区（550℃左右）恒温保持，使过剩相充分溶解到固溶体中后快速冷却，以得到过饱和固溶体的热处理工艺。由于是从高温快速冷却至室温，在冷却过程中，铸件会产生很大的内应力，而造成铝合金筒形铸件变形。
发明内容
本发明的目的在于提供一种预防工件热处理变形的装置及方法，解决了现有技术中无法有效地对工件法兰部热处理变形进行预防的问题。
为实现上述目的，本发明中预防工件热处理变形的装置采用如下技术方案：
技术方案1：一种预防工件热处理变形的装置，所述装置包括用于放置工件的基座，还包括与基座固定连接的支撑架，所述支撑架上设有预防工件法兰部热处理变形的法兰定型盖，所述法兰定型盖的外轮廓与工件法兰内型吻合，所述法兰定型盖上还设有与工件法兰上下端面配合以限制法兰相对位置的变化的凸缘。其有益效果在于：通过大量的试验数据和力学分析，筒形结构件上法兰、下法兰强度最高，为主要承力部位，在上下法兰之间的筒体为主要的传力部位，在热处理过程中，其主要的变形为上下法兰本身变形以及上下法兰的相对位置发生变化而引起工件的变形，根据上述分析，在热处理过程中，只要限制铸件上下法兰的变形，控制其相对位置即可控制铸件的变形。由于热处理过程中的温度比较高，可以达到550℃，因此工装材料高温强度要好，装置中的零部件都使用耐热钢，保证了装置自身的强度，其中使用法兰定型盖对工件的法兰部进行限制，使工件在热处理变形的过程中能够减少形变量，同时，盖板既能限制筒体工件在热处理过程中两个上下两个端面的伸缩量，又能限制筒体工件法兰部的相对位置，盖板与筒体工件法兰部的端面接触，限制了热处理过程中的形变量。
技术方案2：在技术方案1的基础上，所述法兰定型盖为分体式结构。其有益效果在于：所述法兰定型盖设为分体式结构，能够便于技术人员进行装卸，并且为分体式，能够减少热应力集中的影响。
技术方案3：在技术方案1的基础上，所述支撑架由方钢固定连接而成。其有益效果在于：方钢的稳定性较好，组成支撑架能够增加稳定性，并且能够保证在热处理过程中对工件的支撑。
技术方案4：在技术方案1-3任意的一项的基础上，所述支撑架上设有预防工件筒身热处理变形的顶杆。其有益效果在于：顶杆能够对筒身进行支持，预防变形并且设置在支撑架上的顶杆能够根据不同情况来改变位置，不同类型的工件都能够使用顶杆对其进行限制，且顶杆能够设置在工件的不同位置，提高了预防工件热处理变形的装置的适用性。
技术方案5：在技术方案4的基础上，所述顶杆设置在支撑架上与工件筋板处的对应位置。其有益效果在于：在热处理过程中，工件上下的内法兰为只要承力部位，设置在筒体上的筋板为主要的传力部位，因此在热处理过程中也要对进筋板进行支持以限制筒体的变形，所以设置顶杆顶住筋板以限制热处理变形。
技术方案6：在技术方案5的基础上，所述顶杆与工件筋板接触的一端设有筒身顶块。其有益效果在于：使用筒身顶块能够缓和顶杆与工件的挤压力，并且顶块能够起到减震缓冲作用，并且顶块能够保护工件表面，不会使顶杆划伤工件。
技术方案7：在技术方案6的基础上，所述顶杆上设有螺纹，并在顶杆与工件接触的一端设有螺套与所述顶杆旋转装配，所述筒身顶块与所述螺套固定连接，并分别在所述顶杆与支撑架配合处设有用于限制顶杆沿其轴线水平直动的限位件，在支撑架上设置用于限制螺套绕轴线转动的限位档杆。其有益效果在于：顶杆外周上设置有螺纹形成了螺杆，螺杆与螺纹孔配合形成了螺纹传动机构，螺纹传动机构传动平稳，精度高，摩擦力矩小，便于技术人员进行精细调整以调节工件与顶杆之间的间距，所述间距为允许工件的热处理形变量，能够便于技术人员转动顶杆来调节与工件的距离，从而实现筒身顶块与工件的吻合。并且设有限制螺套绕轴向转动的限位档杆以及限制顶杆直动的限位件，能够实现转动顶杆，顶杆带动螺套在顶杆上直动而螺套受到限位档杆限制不能转动，使螺套上连接的筒身顶块沿轴向直动，不会转动与工件表面形成干涉。
技术方案8：在技术方案7的基础上，所属筒身顶块上设有与工件筋板贴合的贴合面。其有益效果在于：筒身顶块与工件筋板接触的表面设置有吻合面，能够贴合到工件表面，并且能够增加接触面积，减少了应力集中现象，同时与工件吻合的表面不会划伤工件。
为实现上述目的，本发明中预防工件热处理变形的方法采用如下技术方案：
技术方案1：一种预防工件热处理变形的方法，所述方法为在热处理过程之前，对工件的法兰部进行支撑。其有益效果在于：通过大量的试验数据和力学分析，筒形结构件上法兰、下法兰强度最高，为主要承力部位，在上下法兰之间的筒体为主要的传力部位，在热处理过程中，其主要的变形为上下法兰本身变形以及上下法兰的相对位置发生变化而引起工件的变形，根据上述分析，在热处理过程中，只要限制铸件上下法兰的变形，控制其相对位置即可控制铸件的变形。
技术方案2：在技术方案1的基础上，所述方法还包括对工件的筒身进行定型。其有益效果在于：在热处理变形中对工件的筒身进行预防变形处理，能够预防工件沿径向的热处理变形，减少了应力集中对工件的影响。
附图说明
图1为本发明中预防工件热处理变形装置实施例1的结构示意图；
图2为本发明中预防工件热处理变形装置实施例1的剖视图；
图3为本发明中预防工件热处理变形装置实施例2的剖视图。
图中：1.基座；2.支撑架；3.上顶板；4.下定型盖；5.上定型盖；6.顶杆；7.筒身顶块；8.工件；9.限位件；10.限位档杆。
具体实施方式
本发明中预防工件热处理变形装置的实施例1如图1-2所示：所述装置由耐热钢制造而成，包括用于放置工件8的基座1，工件8为筒体工件，内部设有上下的内法兰以及在筒体上的内筋板，还包括与基座1连接的支撑架2，即为角钢固定连接成的三脚架，在支撑架2上设有用于限制工件8在热处理形变量变化的顶杆6，并且在支撑架2的上端面，连接有上顶板3。上顶板3上设置有与筒体工件内法兰吻合的上定型盖5，以及设置在基座上与筒体工件内法兰外轮廓吻合的下定型盖4，上定型盖5和下定型盖4用于限制筒体工件法兰径向的热处理形变量。上定型盖5和下定型盖4设置为成组的顶块，能够便于技术人员进行安装、拆卸，并且便于向外传递热量，减少了热力集中的现象。
在支撑架2的三条方钢支柱上，分别设置有供顶杆6穿过的螺纹孔，并且在顶杆6上设有与螺纹孔适配的螺纹，顶杆6与螺纹孔配合形成了能够调节顶杆顶端与工件8表面间距的螺纹传动机构，并且在顶杆6与工件8接触的一端设置有筒身顶块7，筒身顶块7上设有与顶杆6螺纹连接的螺套，并且分别在支撑架2上设有用于限制顶杆6沿其轴线水平直动的限位件9，在支撑架2上设置用于限制螺套绕轴线转动的限位档杆10。其中，筒身顶块7能够起到减震缓冲的作用，并且能够保护工件8与顶杆6的接触表面，不会划伤工件8。筒身顶块7与工件8的接触面为与工件8型面吻合的表面，能够贴合到工件表面，增加了接触面积，减少了应力集中。
在使用本装置校正热处理过程中工件的形变量时，先将工件8放置在基座上1上，同时调整上顶板3与工件8的上端面挡止配合，限制了工件8沿轴向的窜动，支撑架2上的顶杆6通过螺旋传动可以带动顶杆6上连接的筒身顶块7与工件8之间的间距，该间距为允许形变量，在顶杆6的顶端设置的筒身顶块7与工件8留有一定的缝隙以供工件8在热处理过程中的变形，并且，在工件8的上下两个端面，上定型盖5和下定型盖4既能限制工件8在热处理过程中两个上下法兰部的伸缩量，又能限制筒体工件径向的形变量，上定型盖5与下定型盖4与工件8法兰端面接触，限制了热处理过程中的形变量。工件在热处理过程中，由于加热冷却的不均匀和相变的不等时性，都会产生内应力，在一定塑性条件的配合下，就会产生内应力变形，其中，由顶杆6支持的筒身顶块7与工件8的表面接触，在形变量达到允许范围内，能够对工件8产生一个压力，以此来阻止工件8继续形变。顶杆6外周上设置有螺纹形成了螺杆，螺杆与螺纹孔配合形成了螺纹传动机构，能够便于技术人员转动顶杆6来调节与工件8的距离，从而实现筒身顶块7与工件8筋板的吻合。并且设有限制螺套绕轴向转动的限位档杆10以及限制顶杆直动的限位件9，能够实现转动顶杆6，顶杆6带动螺套在顶杆6上直动而螺套受到限位档杆10限制不能转动，使螺套上连接的筒身顶块7沿轴向直动，不会转动与工件8的筋板表面形成干涉。上定型盖5和下定型盖4同样能够限制工件8内法兰的径向形变量，在达到允许范围后，阻止工件8继续变形。
本发明中预防工件热处理变形装置的实施例2如图3所示：与实施例1的不同之处在于，将支撑架2设置在工件8的外表面，支撑架2上的顶杆6带动其端部连接的筒身顶块7能够限制工件8在热处理过程中外表面沿径向的变形量，同时上定型盖5和下定型盖4能够限制内法兰径向的形变量。与工件8形成挡止配合的上顶板3和基座1能够限制工件8在轴向上的形变量，以此达到在热处理过程中，预防工件热处理变形的目的。
一个预防工件热处理变形的方法的实施例包括将工件放置到本装置上的步骤，以及在工件热处理过程之前，使用上述装置来中的法兰定型盖来预防法兰的热处理变形，以及预防筒身的热处理变形。
Claims (10)
1.一种预防工件热处理变形的装置，其特征在于：所述装置包括用于放置工件的基座，还包括与基座固定连接的支撑架，所述支撑架上设有预防工件法兰部热处理变形的法兰定型盖，所述法兰定型盖的外轮廓与工件法兰内型吻合，所述法兰定型盖上还设有与工件法兰上、下端面配合以限制法兰相对位置的变化的凸缘。
2.根据权利要求1所述的预防工件热处理变形的装置，其特征在于： 所述法兰定型盖为分体式结构。
3.根据权利要求1所述的预防工件热处理变形的装置，其特征在于：所述支撑架由方钢固定连接而成。
4.根据权利要求1-3任意的一项所述的预防工件热处理变形的装置，其特征在于：所述支撑架上设有预防工件筒身热处理变形的顶杆。
5.根据权利要求4所述的预防工件热处理变形的装置，其特征在于：所述顶杆设置在支撑架上与工件筋板处的对应位置。
6.根据权利要求5所述的预防工件热处理变形的装置，其特征在于：所述顶杆与工件筋板接触的一端设有筒身顶块。
7.根据权利要求6所述的预防工件热处理变形的装置，其特征在于：所述顶杆上设有螺纹，并在顶杆与工件接触的一端设有螺套与所述顶杆旋转装配，所述筒身顶块与所述螺套固定连接，并分别在所述顶杆与支撑架配合处设有用于限制顶杆沿其轴线水平直动的限位件，在支撑架上设置用于限制螺套绕轴线转动的限位档杆。
8.根据权利要求7所述的预防工件热处理变形的装置，其特征在于：所述筒身顶块上设有与工件筋板贴合的贴合面。
9.一种预防工件热处理变形的方法，其特征在于：所述方法为在热处理过程之前，对工件的法兰部进行支撑来预防法兰部的形变。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：所述方法还包括对工件的筒身进行定型预防其形变。
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