CN108145334A - 一种安装环高温陶瓷防变形装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种安装环高温陶瓷防变形装置及方法，防变形装置包括材料与安装环相同的下型块(1)、上型圈(2)、螺母(3)和螺杆(4)；下型块(1)为一环形圈，环形圈的上表面为锥形面，上表面上沿着环形圈周向开有多个与安装环异形孔位置对应的圆柱形通孔，圆柱形通孔的轴线垂直于上表面，环形圈的下表面为平面，且在下表面上开有与环形圈同心的环形槽，环形槽的顶面平行于环形圈的上表面；上型圈(2)为上、下表面平行的环状件；螺杆(4)包括圆柱段和螺纹段。本发明解决了陶瓷不脱落或脱落不超出技术要求的问题，同时降低了工人的劳动强度，提高了生产效率。

Description

一种安装环高温陶瓷防变形装置及方法
技术领域
本发明是用于多层高温合金板材环形焊接组合件陶瓷工艺的方法及装置，该组件截面呈梯形环形带均布多孔位，以及多组梯形衬板焊接件，组件组合零件多，形状复杂，涉及工艺种类多，焊接和陶瓷工艺，零件属于钣金焊接技术领域。
背景技术
安装环是环形火焰筒头部的一个环形组合件(如图1)，该零件由5个高温合金零件焊接而成，其中有4个零件为薄壁钣金件，1个零件为环形机械加工件，端面环为带翻边的GH3044钣金成型件，端面环上焊接了内外加强环和安装边，安装环位于火焰筒体头部，工作时组件处于高温燃气区域，所以在表面涂有高温陶瓷。
在火焰筒结构中(如图2)，安装环位于火焰筒前端面，不但起到连接内外筒体环的作用，头部连接整流罩，而且在安装环端面上还负责安装16个用于喷油杆支承和流通混合气流的涡流器零件，所以，安装环结构要求重量轻，刚性好，强度高。火焰筒工作在高温燃气中，长期承受高低温的交变应力，涡流器还必须能浮动，所以端面环要求很高的面轮廓度和局部平面度,安装环内壁还喷涂用于隔热的W300陶瓷涂层。
安装环在火焰筒的结构中，起到连接火焰筒内外环形成燃烧的环形通道的作用，在安装环的端面上，还分布16个均布的长轴41、短轴38的长圆孔，用于安装火焰筒的涡流器。
根据产品设计图可知，安装环多种材料类型和结构组成，工艺涉及冲压焊接，陶瓷等内容，结构呈环状，端面为6°的锥面，在端面环内外翻边转折处，分布有224和352个Φ1的小孔，位于于端面环和加强环形成环形通道内，用于形成气流火焰筒头部的保护气膜并参与内部燃气的燃烧。
组件要求整体外环跳动不大于Φ1,内环跳动不大于Φ0.6，在组件底部16处长圆孔位置处，要求单个Φ55尺寸区域内表面平面度不大于0.1，同时对内外环组合心轴不贴合度不大于0.5(如图3)。
端面环与内外加强环采用多点接触焊接，端面环结构为板金成型零件，单件型面锥度6°的公差为1°，表面尺寸为自由公差，在宽度为61范围内其型面偏差允许值为1.08，而且端面环与16块衬板接触焊以及内安装边氩弧焊等，焊后组件变形较大，尺寸偏差达到5～8mm，特别是内表面陶瓷后变形一般都大于3以上，组件的刚性和强度特别大，常规校正方式很难实现零件设计要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提出一种安装环高温陶瓷防变形装置及方法，解决陶瓷不脱落或脱落不超出技术要求，同时降低工人的劳动强度，提高生产效率，工艺上要保证一定的可行性和稳定性，具体要求如下：
1.内加强环、外加强环及端面环等3个零件的成型面轮廓度公差不大于0.3。
2.经工装校正组件焊接后总体轮廓度及型面与量具型面差不大于1，热处理后稳定后型面与量具型面差不大于0.5。
3.陶瓷烧结后组件形状型面与量具型面差不大于0.3。
4.最后通过手工轻微校正,异型孔周边尺寸Φ55范围内与量具型面间隙不大于0.1，
5.防变形工艺及装置是在安装环进行高温陶瓷时，采用专用装置限制零件的形状，保证在涂完陶瓷的组件在高温烧结中零件不会因为高温导致应力释放而产生径向和轴向变形，同时到达去应力的目的，保证组件型面校正满足设计图纸要求。
本发明的技术方案如下：
一种安装环高温陶瓷防变形装置，包括材料与安装环相同的下型块、上型圈、螺母和螺杆；
所述下型块为一环形圈，环形圈的上表面为锥形面，上表面上沿着环形圈周向开有多个与安装环异形孔位置对应的圆柱形通孔，圆柱形通孔的轴线垂直于上表面，环形圈的下表面为平面，且在下表面上开有与环形圈同心的环形槽，环形槽的顶面平行于环形圈的上表面；
所述上型圈为上、下表面平行的环状件；
所述螺杆包括圆柱段和螺纹段。
所述螺杆的螺纹为梯形螺纹。
所述螺杆的圆柱段长度大于上型圈的轴向高度。
一种采用上述防变形装置的防变形方法，先将安装环外侧锥面贴合到下型块的锥形上表面上，将安装环的异形孔对齐下型块上的圆柱形通孔，将上型圈装入螺杆圆柱段，并穿过装有安装环的下型块的圆柱形通孔，再将螺母与螺杆螺纹段连接直至螺母端面与下型块下表面环形槽底面接触，装配完毕后先进行吹砂工艺，完成后按装配的逆向顺序拆卸，清理，再按前述顺序装配安装环与下型块、上型圈、螺母及螺杆，喷涂陶瓷，高温烧结，取出零件，检查型面及陶瓷状态，对孔异形边缘轻微校正，交付检验。
本发明的优势表现在：
陶瓷防变形装置显著降低零件陶瓷烧结产生的变形量，该装置主要优点是主体结构稳定，在保证装置强度和刚性的基础上，尽量减轻主体重量，另外，为保证装置在高温下具有足够的强度，采用与零件一致的高温合金材料，所以，陶瓷烧结时装置未产生变形，有效保证安装边陶瓷后零件的形状尺寸要求。
陶瓷是用于隔离安装环主体与火焰高温气体的一种介质，陶瓷经烧结后呈致密的脆性状态，其延伸率很小，在很小的变形情况下都很容易脱落，所以，如果主体校正变形量大，无论是压制，冲击还是柔性校正都会产生陶瓷的脱落。
未使用该装置前，虽然陶瓷前用手工方式校正零件的变形达到0.2以下，陶瓷后零件在不同位置翘曲5～10mm，直径方向变形1～3mm，无论采用手工还是刚性校正，零件都会出现掉瓷现象，掉瓷有2-3mm的块状，线状掉瓷最为严重(图4)，有时超过20mm，无法交付检验，需要重复校正和陶瓷工艺，直到掉瓷减小到一定的尺寸，最后都是办理超差处理，没有一件满足尺寸和陶瓷状态要求的零件交付。
采用防变形限位装置后，安装环限制了零件的形状，无论是用于陶瓷前吹沙，还是装上零件高温烧结，零件和装置都保持不变形。
零件在翘曲变形大于2mm以上，设备校型无法解决，手工校型一般需要8～10小时，而且会出现大面积脱落，有时需要重复校正和陶瓷多次，耗费大量的财力物力。
采用陶瓷限位装置后，零件一次吹沙，一次高温烧结后，零件型面经检测与型胎表面间隙局部不大于0.5，在经过简单的校正后，主体型面与型胎间隙不大于0.5，异型孔位置边缘与型胎间隙不大于0.1，其校正时间不大于1小时，大大提高了零件加工效率，减轻工人手工校正的劳动强度，特别是零件无陶瓷脱落，完全保证了产品设计要求。
附图说明
图1是安装环结构示意图；
图2是火焰筒结构示意图；
图3是安装环尺寸图；
图4是陶瓷脱落状态图；
图5防变形陶瓷装置结构图；
图6防变形陶瓷装置图。
具体实施方式
下面结合附图进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
安装环陶瓷防变形的解决方案是在立足于陶瓷工艺中零件因高温烧结产生变形而提出的技术改进方法：
首先对安装环陶瓷工艺进行分析，安装环的陶瓷面在内形的环槽表面，该表面有内加强环，外加强环和端面环组成，在环中间均布有16个异型孔，高温变形主要来自于加强环的点焊和加强板的点焊，以及陶瓷前的吹砂，因零件焊接后存在内应力，所以，形状会随着应力的释放在不同位置产生不同程度的变形，外观表现为径向椭圆和轴向的扭曲，大大超出设计要求。
针对零件变形的原因和工艺路线的设置，焊接是必然产生一定程度的变形，如果在陶瓷时采取适当的限位方式，让零件在高温时保持一定的形状，那么，零件在烧结时就不会随意产生各种应力导致的形状变化，内应力也得到释放。
本发明是根据组件的结构特点，安装环的外表面不涂陶瓷，且存在16个梯形衬板，可以在表面设置一个用于贴合零件的环形带锥面的板件，另外，利用环形槽中16个异型孔，将孔调整为直径尺寸较小的圆柱形通孔，方便用于限位板的连接。
在安装环内侧，允许在直径55范围内不涂陶瓷，所以，可以在安装环内槽设置直径55的连接结构，这样，陶瓷时就不会因为连接结构影响到陶瓷的喷涂区域。
为此，设计了一套安装环高温陶瓷烧结用防变形装置，该装置用16个连接结构将外环连接，压紧方式采用梯形螺纹，材料采用与零件一致的高温合金，配合适当的结构设计，保证装置在高温下保持型面不变，以便限制零件在正确的型面下高温烧结，到达陶瓷工艺的目的。
如图5所示，防变形陶瓷装置主要由4个零件组成：
下型块1、上型圈2、16个螺母3、螺杆4，材料均为GH3030。
下型块1为上表面为锥形面的一个环形圈，下表面为带环形槽的平面，环形槽与下型块1同心，在环形圈的上表面有16个直径为Φ30，轴线垂直锥形面的圆柱通孔。
螺杆4为Tr28×5的梯形螺纹，以保证在高温下连接件具有足够的强度和紧度。
如图6，安装时先将安装环外侧锥面贴合到下型块1的锥形面上，将安装环孔对齐下型块1的圆柱形通孔，衬板放置到让开槽内(衬板处不校形，因此放置在下型块1表面的让开槽内)。
将16个上型圈2分别与螺杆4的圆柱段圆柱面装上，并分别穿过装有安装环的下型块1的16个圆柱通孔内，再将16个螺母3分别与螺杆4的螺纹段连接，螺母3的端面与下型块1下表面的环形槽顶面接触，装配完毕后先进行吹沙工艺，即将该装置待吹沙的表面进行吹沙，完成后按装配的逆向顺序拆卸，清理。按上述顺序装配安装环与下型块1、上型圈2、16个螺母3、螺杆4，喷涂陶瓷，高温烧结，取出零件，检查型面及陶瓷状态，对异形孔边缘轻微校正，交付检验。
本发明是在基于现有工艺中产生的变形存在的情况下，采用冷校型，热定型和高温陶瓷加工强制限位等工艺设计，有效解决了此类多孔分布，多层钣金焊接复杂环形薄壁零件的加工工艺和变形问题，不但保证了零件的型面到达局部型面精度0.1，整体精度0.5的技术要求，而且，陶瓷表面无脱落，型面稳定，不存在延迟变形等特点。

Claims (4)

1.一种安装环高温陶瓷防变形装置，其特征在于：包括材料与安装环相同的下型块(1)、上型圈(2)、螺母(3)和螺杆(4)；
所述下型块(1)为一环形圈，环形圈的上表面为锥形面，上表面上沿着环形圈周向开有多个与安装环异形孔位置对应的圆柱形通孔，圆柱形通孔的轴线垂直于上表面，环形圈的下表面为平面，且在下表面上开有与环形圈同心的环形槽，环形槽的顶面平行于环形圈的上表面；
所述上型圈(2)为上、下表面平行的环状件；
所述螺杆(4)包括圆柱段和螺纹段。
2.根据权利要求1所述的一种安装环高温陶瓷防变形装置，其特征在于：所述螺杆(4)的螺纹为梯形螺纹。
3.根据权利要求1所述的一种安装环高温陶瓷防变形装置，其特征在于：所述螺杆(4)的圆柱段长度大于上型圈(2)的轴向高度。
4.一种采用权利要求1、2或3所述防变形装置的防变形方法，其特征在于：先将安装环外侧锥面贴合到下型块(1)的锥形上表面上，将安装环的异形孔对齐下型块(1)上的圆柱形通孔，将上型圈(2)装入螺杆(4)圆柱段，并穿过装有安装环的下型块(1)的圆柱形通孔，再将螺母(3)与螺杆(4)螺纹段连接直至螺母(3)端面与下型块(1)下表面环形槽底面接触，装配完毕后先进行吹砂工艺，完成后按装配的逆向顺序拆卸，清理，再按前述顺序装配安装环与下型块(1)、上型圈(2)、螺母(3)及螺杆(4)，喷涂陶瓷，高温烧结，取出零件，检查型面及陶瓷状态，对异形孔边缘轻微校正，交付检验。
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