CN114227161A - 一种燃烧室内壳体的整体成形方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种燃烧室内壳体的整体成形方法，包括以下步骤，步骤1，对燃烧室内壳体的成形过程按步骤进行尺寸设计，依据设计的坯料尺寸将板料切割成扇形板坯；步骤2，将扇形板坯卷圆成锥形，采用纵向焊缝连接成完整的锥筒；步骤3，将锥筒的小端进行扩口；步骤4，将锥筒的大端进行扩口；步骤5，进行胀大成形，在锥筒的壁面成形出导流槽，导流槽的深度约为最终深度的一半；步骤6，对锥筒进行液压成形，形成燃烧室内壳体。通过将型面分两次成形，第一次从内向外胀大成形；第二次从外向内径向反拉深成形，解决了整体成形深导流槽壳体时槽底容易破裂和槽端容易起皱两个问题，能够成形出型面圆滑、尺寸合格的壳体零件。

Description

一种燃烧室内壳体的整体成形方法
技术领域
本发明属于燃气轮机制造技术领域，具体属于一种燃烧室内壳体的整体成形方法。
背景技术
燃气轮机的燃烧室内壳体呈近锥形，两端外翻，小端口部接近圆筒，大端口部似喇叭，中间锥筒壁面上带有8处均布的导流槽，槽口向内，槽深较大，如图1所示。这种形状的薄壁壳体具有较强的结构刚性。但由于导流槽深度大，成形时槽底容易破裂，槽端头容易起皱，很难整体成形。长期以来只能采用结构分割的方法，将8处导流槽分割出来单独成形，然后拼焊到锥筒的窗口中去。这种方法需要单独成形锥筒和导流槽部分，之后还要在锥筒上切窗口，然后拼焊在一体。由于焊缝数量多，焊接变形很大，焊后还需要退火处理和整体校形。这种方法工艺复杂，且制造精度较低。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种燃烧室内壳体的整体成形方法，解决了整体成形过程中槽底破裂和槽端起皱的问题，能够成形出型面圆滑、壁厚合格的壳体零件。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种燃烧室内壳体的整体成形方法，包括以下步骤，
步骤1，对燃烧室内壳体进行尺寸设计，依据设计的坯料尺寸将板料切割成扇形板坯；
步骤2，将扇形板坯卷圆成锥形，采用纵向焊缝连接成完整的锥筒；
步骤3，将锥筒的小端进行扩口；
步骤4，将锥筒的大端进行扩口；
步骤5，进行胀大成形，在锥筒的壁面成形出导流槽；
步骤6，对锥筒进行径向反拉深成形，形成燃烧室内壳体。
优选的，步骤1中，对燃烧室内壳体的成形过程按以下步骤进行尺寸设计，
步骤1.1，依据零件要求进行胀大成形工序前的筒体设计；
步骤1.2，进行胀大成形时槽壁与筒体型面的转接圆弧设计；
步骤1.3，进行锥筒尺寸设计；
步骤1.4，进行扇形板坯下料尺寸设计。
优选的，步骤1中，扇形板坯的两端均留有10mm的修边余量。
优选的，步骤2中，在焊接形成锥筒后进行热处理消除内应力。
优选的，步骤3和步骤4中对锥筒的两端口部进行旋压扩口。
优选的，步骤5中，胀大成形后对锥筒进行热处理退火。
优选的，步骤5中，进行胀大成形工艺前，采用Dynaform板材成形仿真软件对胀大槽深进行验证。
优选的，步骤5中，在胀大成形时，将槽底成形到最终尺寸，将槽深成形到最终深度的1/2。
优选的，步骤6中，径向反拉深成形为向内的液压成形，槽底尺寸保持不变，将槽间型面向内拉伸，完成最终型面尺寸和槽深。
优选的，步骤6中，液压成形后，切除锥筒两端的工艺边，形成燃烧室内壳体。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明提供一种燃烧室内壳体的整体成形方法，通过将型面分两次成形，第一次从内向外胀大成形；第二次从外向内径向拉伸成形。解决了整体成形深导流槽壳体时槽底容易破裂和槽端容易起皱两个问题，能够成形出型面圆滑，尺寸合格的壳体零件。本发明摒弃了分割成形焊接方法所用的切割窗口和拼焊工艺，消除了焊接变形，提高了制造质量，缩短了制造周期。本发明可以推广应用到具有类似型面结构的钣金件，能够消除槽底破裂、槽端起皱和壁厚过度减薄等成形缺陷，可获得高质量的板材成形件。
附图说明
图1为燃气轮机的燃烧室内壳体示意图；
图2为燃烧室内壳体轴向视图；
图3为图2中的B-B剖面图；
图4为图2中的G-G剖面图；
图5为图3中的A-A剖面；
图6为图3中的C-C剖面；
图7为胀大前筒体纵剖面；
图8为胀大前的筒体示意图；
图9为胀大成形时通过槽底母线的纵剖面示意图；
图10为图9中的A-A剖面示意图；
图11为图9中的C-C剖面示意图；
图12为锥筒纵剖面示意图；
图13为板坯下料图示意图；
图14为扇形板坯示意图；
图15为卷焊锥筒示意图；
图16为旋压扩口示意图；
图17为胀大成形示意图；
图18为液压成形示意图；
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明一种燃烧室内壳体的整体成形方法，包括以下步骤，
步骤1)先将板料切割成扇形板坯。
步骤2)再将扇形板坯卷成锥筒、焊接。(锥筒的锥度与槽底母线一致)
步骤3)再将锥筒小端扩口。
步骤4)再将锥筒大端扩口。
步骤5)再进行胀大成形，成形出8处导流槽。
步骤6)最后从外部进行液压成形，成形出最终壳体形状。
本发明中是采用一块板料成形。成形流程是：将板材切割成扇形——将扇形卷焊成锥筒——将锥筒扩口成胀大前的曲母线筒体——胀大成形——向内径向拉伸成形。
本发明中将型面分2次成形，第一次从内向外胀大成形；第二次从外向内径向拉伸成形。第一次胀大成形时，将槽底成形到最终尺寸，而将槽深仅成形约1/2。第二次拉伸成形时，槽底尺寸保持不变，而将槽间型面向内径向拉伸成形，保证最终型面尺寸和槽深。
对胀大成形前的筒体母线进行特别设计，减小了胀大成形时的槽深，从而减小了槽壁材料的拉伸量和壁厚减薄量，避免了槽底的破裂风险。同时，胀大成形时的槽深减小，消除了大端槽口圆弧转接区的起皱现象。
对槽间型面进行向内的径向拉伸成形时，利用了摩擦保持效应，使槽底首先贴模，阻滞了槽底壁厚的继续减薄，提高了成形极限。
本发明解决了整体成形深导流槽壳体时槽底容易破裂和槽端容易起皱两个问题，能够成形出型面圆滑，尺寸合格的壳体零件。该技术摒弃了分割成形焊接方法所用的切割窗口和拼焊工艺，消除了焊接变形，提高了制造质量，缩短了制造周期。
本发明可以推广应用到具有类似型面结构的钣金件，能够消除槽底破裂、槽端起皱和壁厚过度减薄等成形缺陷，可获得高质量的板材成形件。
实施例
一、工艺设计
零件设计图要求
某燃气轮机燃烧室内壳体的结构是带导流槽的近锥形薄壁筒体，如图2～图6所示。
胀大工序工件截面形状尺寸设计
2.1胀大前的筒体设计
1)将槽底母线向中心偏移19.5mm，如图7所示；
2)将筒体大端锥面的母线向右延伸，并通过R100的大圆弧与偏置槽底母线所得的新母线转接，如图7所示；
3)将筒体小端的圆筒面母线向左延伸，并通过R300的大圆弧与偏置槽底母线所得的新母线转接，如图7所示；
4)将生成的新母线的左端向外延伸20mm的工艺修边余量，右端向外延伸75mm的工艺修边余量，如图7所示；
5)将延伸后的新母线进行360°回转，即可生成胀大前的筒体型面，如图8所示。
此处将槽底母线向中心偏移，生成与槽底母线平行的筒体母线中间段，目的是使胀大时的槽深一致，保证胀大过程中槽壁均匀拉伸，防止槽壁起皱。
胀大时，大端槽壁与筒体转角处容易起皱，而小端槽底的壁厚减薄量最大，为了避免起皱和壁厚减薄过量，应该减小胀大时的槽深。但当胀大成形的槽深太小时，后续液压成形时型面的拉伸量就会减小，拉伸不足时型面回弹量就会增大，会造成型面不圆滑，降低成形精度。所以，胀大时的槽深是一个关键工艺参数，不能太大、也不能太小，最好通过仿真优化或工艺试验获得。此工艺采用Dynaform板材成形仿真软件对胀大槽深进行了优化。
胀大时槽壁与筒体型面的转接圆弧设计
槽壁与筒体型面之间采用R50.75mm的大圆弧半径转接，目的是减小槽壁材料的弯曲角和材料在槽口所受的摩擦阻力，从而达到减小槽底壁厚减薄量的目的，转接后的截面如图9～图11所示。
锥筒尺寸设计
将胀大前筒体纵剖面的中间段直母线分别向外延伸，延伸量分别等于对应扩口段的曲母线长度。以延伸后的直线为母线构造锥筒，即可得到扩口前的锥筒型面，如图12所示。
扇形板坯下料尺寸设计
在锥筒两端头各留10mm的修边余量，然后将锥面展开，即可得到卷焊锥筒所需的扇形板坯，如图13所示。
二、制造工艺过程
下料
将板材切割成扇形板坯，如图14所示。
卷焊锥筒
将扇形板坯卷圆成锥形，采用纵向焊缝连接成完整的锥筒，如图15所示。
在焊接形成锥筒后进行热处理消除，消除焊接应力。
旋压扩口
分别对锥筒的两端口部进行扩口旋压，扩口后形状如图16所示。
胀大成形
进行胀大成形，成形出8处等深度的浅导流槽，如图17所示。
胀大成形后对锥筒进行热处理退火。
液压成形
采用液压成形工艺，从外部对型面进行拉伸成形，保证槽深，获得最终型面，如图18所示。
切除工艺边
切除锥筒两端的工艺边，形成燃烧室内壳体。

Claims (10)

1.一种燃烧室内壳体的整体成形方法，其特征在于，包括以下步骤，
步骤1，对燃烧室内壳体进行尺寸设计，依据设计的坯料尺寸将板料切割成扇形板坯；
步骤2，将扇形板坯卷圆成锥形，采用纵向焊缝连接成完整的锥筒；
步骤3，将锥筒的小端进行扩口；
步骤4，将锥筒的大端进行扩口；
步骤5，进行胀大成形，在锥筒的壁面成形出导流槽；
步骤6，对锥筒进行径向反拉深成形，形成燃烧室内壳体。
2.根据权利要求1所述的一种燃烧室内壳体的整体成形方法，其特征在于，步骤1中，对燃烧室内壳体的成形过程按以下步骤进行尺寸设计，
步骤1.1，依据零件要求进行胀大成形工序前的筒体设计；
步骤1.2，进行胀大成形时槽壁与筒体型面的转接圆弧设计；
步骤1.3，进行锥筒尺寸设计；
步骤1.4，进行扇形板坯下料尺寸设计。
3.根据权利要求1所述的一种燃烧室内壳体的整体成形方法，其特征在于，步骤1中，扇形板坯的两端均留有10mm的修边余量。
4.根据权利要求1所述的一种燃烧室内壳体的整体成形方法，其特征在于，步骤2中，在焊接形成锥筒后进行热处理消除内应力。
5.根据权利要求1所述的一种燃烧室内壳体的整体成形方法，其特征在于，步骤3和步骤4中对锥筒的两端口部进行旋压扩口。
6.根据权利要求1所述的一种燃烧室内壳体的整体成形方法，其特征在于，步骤5中，胀大成形后对锥筒进行热处理退火。
7.根据权利要求1所述的一种燃烧室内壳体的整体成形方法，其特征在于，步骤5中，进行胀大成形工艺前，采用Dynaform板材成形仿真软件对胀大槽深进行验证。
8.根据权利要求1所述的一种燃烧室内壳体的整体成形方法，其特征在于，步骤5中，在胀大成形时，将槽底成形到最终尺寸，将槽深成形到最终深度的1/2。
9.根据权利要求1所述的一种燃烧室内壳体的整体成形方法，其特征在于，步骤6中，径向反拉深成形为向内的液压成形，槽底尺寸保持不变，将槽间型面向内拉伸，完成最终型面尺寸和槽深。
10.根据权利要求1所述的一种燃烧室内壳体的整体成形方法，其特征在于，步骤6中，液压成形后，切除锥筒两端的工艺边，形成燃烧室内壳体。
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