CN115069832B - 一种柱壳结构热处理校形工装及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柱壳结构热处理校形工装及工艺，包括内撑式校形装置和外压式校形装置，所述内撑式校形装置和外压式校形装置之间设有柱壳结构，所述内撑式校形装置包括多根第一撑杆，所述第一撑杆中任意一根杆体的两端分别对称安装有第一弹簧，多根第一撑杆沿竖直方向间隔排列，第一撑杆下方设有第二撑杆；所述外压式校形装置包括多根第一圆环，第一圆环内壁沿其径向方向对称设有第二弹簧，多根第一圆环沿竖直方向间隔排列，第一圆环下方设有第二圆环。本发明制备简单，拆装方便且安全可靠，可使柱壳结构校正成圆形的环件；利用热处理中温度变化引起的柱壳结构弹塑性变形、高温蠕变效应和耐高温弹簧的回弹作用，得到符合使用要求的柱壳结构。

Description

一种柱壳结构热处理校形工装及工艺

技术领域

本发明涉及一种校形工装及工艺，尤其涉及一种柱壳结构热处理校形工装及工艺。

背景技术

在金属柱壳结构冷加工过程中会产生偏离设计尺寸的情况，即金属柱壳结构一端形成了椭圆形而不是圆形，且垂直柱壳高度方向的各个平面内也发生一定的椭圆变形。金属柱壳结构产生的这种较大变形，使其无法继续满足实际使用要求，需要对其进行校形并稳定校形后的形状。对金属柱壳结构拟采用热处理校形的方法，但金属柱壳结构在进行热处理校形时必须要设计配套的校形工装。

目前，对金属板壳结构进行热处理校形时，多采用外压式夹具结构，虽然可以达到校形效果，但在热处理过程中，变形无法得到一次完全消除且容易出现过校形的情况；对大型环类零件进行热处理椭圆变形校正时，多采用内撑式撑杆结构，通过内部撑杆的受热膨胀来进行校正，操作简单但校形效果一般。考虑到被校形的金属柱壳结构特殊，不仅一端发生椭圆变形，且垂直柱壳高度方向的各个平面内也发生一定的椭圆变形，在校正椭圆端的同时又要保持圆端的形状，所以需要一种集外压式夹具结构与内撑式撑杆结构优点于一体，制造简单且拆装方便的热处理校形工装，同时获得一套可行的热处理校形工艺。

发明内容

发明目的：本发明目的是提供一种柱壳结构热处理校形工装及工艺，使柱壳结构校正成圆形的环件，以保证校形后的柱壳结构符合实际使用要求。

技术方案：本发明包括内撑式校形装置和外压式校形装置，所述内撑式校形装置和外压式校形装置之间设有柱壳结构，所述内撑式校形装置包括多根第一撑杆，所述第一撑杆中任意一根杆体的两端分别对称安装有第一弹簧，多根第一撑杆沿竖直方向间隔排列，第一撑杆下方设有第二撑杆；所述外压式校形装置包括多根第一圆环，第一圆环内壁沿其径向方向对称设有第二弹簧，多根第一圆环沿竖直方向间隔排列，第一圆环下方设有第二圆环。

所述第一撑杆和第二撑杆中央通过第一竖杆连接成一体，第一撑杆发挥校形的作用；第二杆撑发挥稳定支撑并防止柱壳结构圆端收缩的作用。

所述第一撑杆和第二撑杆均采用十字形结构。

所述第一圆环和第二圆环之间连接有多根第二竖杆，多根第二竖杆沿圆环周向间隔分布，第一圆环发挥校形的作用；第二圆环发挥支撑的作用。

所述第一弹簧和第二弹簧均采用耐高温弹簧。

一种柱壳结构热处理校形工艺，包括以下步骤：

步骤一、测量柱壳结构尺寸；

步骤二、制备校形工装；

步骤三、安装校形工装；

步骤四、热处理；

步骤五、拆除校形工装。

所述步骤三的安装步骤具体包括：

3.1：将内撑式校形装置安装在被校形的柱壳结构内部，将杆撑中心与椭圆端中心重合，第一弹簧经压缩后安装在柱壳结构内壁，第一撑杆与椭圆端短轴平行，第二撑杆与椭圆端长轴平行，第二撑杆的中心与圆端中心重合；

3.2：将外压式校形装置安装在被校形的柱壳结构外部，将圆环中心与椭圆端中心重合，第二弹簧经压缩后安装在柱壳结构外壁，第二弹簧与椭圆端长轴平行。

所述校形工装采用从内向外和从圆端向椭圆端的方向顺序安装。

所述步骤五中的校形工装采用从外向内的顺序拆除，先拆除外压式校形装置，再拆除内撑式校形装置。

有益效果：本发明集内撑式校形装置与外压式校形装置的优点于一体，制备简单，拆装方便且安全可靠，可使柱壳结构校正成圆形的环件，以满足实际使用要求；本发明的校形工艺利用热处理中温度变化引起的柱壳结构弹塑性变形、高温蠕变效应和耐高温弹簧的回弹作用，对安装有校形工装的柱壳结构进行升温、保温及降温的操作，得到符合使用要求的柱壳结构，有效地解决了冷加工后柱壳结构椭圆变形的校正问题。

附图说明

图1为本发明的校形工装整体结构示意图；

图2为本发明的内撑式校形装置示意图；

图3为本发明的外压式校形装置示意图；

图4为本发明的校形工装和被校形的环件安装后的示意图；

图5为被校形的环件结构尺寸示意图；

图6为本发明的十字杆撑和椭圆端热处理校形前示意图；

图7为本发明的十字杆撑和椭圆端热处理校形后示意图；

图8为本发明的圆环和椭圆端热处理校形前示意图；

图9为本发明的圆环和椭圆端热处理校形后示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1至图3所示，本发明的校形工装包括内撑式校形装置1和外压式校形装置2，内撑式校形装置1和外压式校形装置2之间设有柱壳结构3，如图4所示，本实施例的柱壳结构3采用金属柱壳。内撑式校形装置1采用十字杆撑结构，包括多根十字形的第一撑杆11，其中一根杆体的两端对称安装有第一弹簧41，多根第一撑杆11沿竖直方向间隔均匀排列，第一撑杆11下方设有第二撑杆14，第一撑杆11和第二撑杆14中央通过第一竖杆15连接成一体，如图2所示。

如图3所示，外压式校形装置2包括多根第一圆环21，第一圆环21内壁沿其径向方向对称设有第二弹簧47，多根第一圆环21沿竖直方向间隔均匀排列，第一圆环21下方设有第二圆环24，第一圆环21和第二圆环24之间连接有多根第二竖杆25，多根第二竖杆25沿圆环周向间隔分布。第一弹簧41和第二弹簧47均采用耐高温弹簧。

所有组件材料均为耐热材料制造，且易于焊接，第一撑杆11发挥校形的作用；第二杆撑14发挥稳定支撑并防止柱壳结构3圆端收缩的作用；第一圆环21发挥校形的作用；第二圆环24发挥支撑的作用；第一竖杆15和第二竖杆25发挥连接和支撑的作用。

金属柱壳结构热处理校形工艺包括测量金属柱壳结构尺寸，制备校形工装，安装校形工装，热处理(升温、保温及降温)，拆除校形工装，最终获得符合实际使用要求的金属柱壳结构，具体操作步骤如下：

1)测量金属柱壳结构尺寸

首先测量金属柱壳结构的圆端、椭圆端、厚度及高度尺寸，测量出金属柱壳结构椭圆端内长轴长度为A，椭圆端内短轴长度为B，圆端内径为C，厚度为D，高度为H，如图5所示。则金属柱壳结构椭圆端外长轴长度为A+2D，椭圆端外短轴长度为B+2D，圆端外径为C+2D。

2)制备校形工装

制备五根尺寸一致且长度为H的竖杆；制备带耐高温弹簧的十字杆撑，其中，不安装耐高温弹簧的杆长度为C，需要安装耐高温弹簧的杆长度为E，如图6和图7所示，耐高温弹簧的自由长度为(C-E)/2，将耐高温弹簧分别安装在长度为E的杆两端，多组十字杆撑沿金属柱壳结构高度方向平行且均匀分布；制备带耐高温弹簧的圆环，其中，圆环内径为F，圆环外径为G，如图8所示，耐高温弹簧的自由长度为(F-C-2D)/2，将耐高温弹簧关于圆环圆心对称安装在圆环内侧；制备一组内径为F，外径为G的不带耐高温弹簧的圆环，多组圆环沿金属柱壳结构高度方向平行且均匀分布；根据这些组件制备出内撑式校形装置1和外压式校形装置2并共同组成校形工装。其中，耐高温弹簧与多组十字杆撑之间、耐高温弹簧与多组圆环之间、十字杆撑与竖杆之间以及圆环与竖杆之间均采用焊接的方式进行连接。

3)安装校形工装

先将内撑式校形装置1安装在被校形的金属柱壳结构内部，将十字杆撑中心与椭圆端中心重合，十字杆撑末端的弹簧经过压缩后安装在金属柱壳结构内壁指定位置，带弹簧的杆与椭圆端短轴平行，不带弹簧的杆与椭圆端长轴平行，不带弹簧的十字杆撑中心与圆端中心重合；再将外压式校形装置安装在被校形的金属柱壳结构外部，将圆环中心与椭圆端中心重合，圆环内侧耐高温弹簧经过压缩后安装在金属柱壳结构外壁指定位置，耐高温弹簧与椭圆端长轴平行，不带耐高温弹簧的圆环中心与圆端中心重合。其中，对校形工装采用从内向外和从圆端向椭圆端方向顺序安装方式，即先安装内撑式校形装置1，再安装外压式校形装置2，耐高温弹簧在压缩后按从圆端向椭圆端方向顺序依次安装在金属柱壳结构指定位置。

4)热处理(升温、保温及降温)

将安装有校形工装的金属柱壳结构放入高温炉中进行热处理，即进行升温、保温及降温的操作。热处理工艺采用均匀的升温速率，加热至某一特定炉温，并在此特定炉温下进行保温，设置合适的保温时间，再采用均匀的降温速率，冷却至另一特定炉温时出炉。

5)拆除校形工装

将安装有校形工装的金属柱壳结构在某一特定炉温时出炉，放置在工作平台上，在室温下采用空气冷却的方式进行冷却，使校形工装和金属柱壳结构充分冷却至室温，所有耐高温弹簧与金属柱壳结构脱离，再依次拆除校形工装。校形工装采用从外向内的顺序拆除方式，先拆除外压式校形装置2，再拆除内撑式校形装置1。

实施例1：

某一风电行业金属柱壳结构设计高度为800mm，厚度为100mm，圆端内径为1600mm，圆端外径为1800mm，进行冷加工后一端发生了偏离设计尺寸的情况。被校形的金属柱壳结构高度、厚度以及圆端尺寸不变，另一端变形为椭圆形，椭圆端内长轴为1640mm，椭圆端内短轴为1560mm，椭圆端外长轴为1840mm，椭圆端外短轴为1760mm，为了使该工件能继续满足实际使用要求，必须对该工件的椭圆端进行校形。

首先将被校形的金属柱壳结构放置在工作平台上，将内撑式十字杆撑校形装置安装在金属柱壳结构内部，多组十字杆撑中心均与椭圆端中心重合，多组十字杆撑与一根长度为800mm的直杆焊接在一起，材料均为耐热钢，直杆的宽度和厚度均为50mm。制备的第一组十字杆撑，不带耐高温弹簧的杆长度为1600mm，杆端部制成球面，带耐高温弹簧的杆长度为1200mm，杆的宽度和厚度均为50mm，耐高温弹簧材料为镍基高温合金，参考牌号为Inconelx-750或GH4169，耐高温弹簧自由长度为200mm，端部制成球面，焊接在十字杆撑末端。将耐高温弹簧进行压缩，耐高温弹簧压缩后长度为180mm，热处理前将第一组十字杆撑安装在金属柱壳结构椭圆端，带耐高温弹簧的杆与椭圆端短轴平行，不带耐高温弹簧的杆与椭圆端长轴平行。制备的第二和第三组十字杆撑材料和尺寸与第一组十字杆撑相同，第二和第三组十字杆撑带耐高温弹簧，均匀布置安装在金属柱壳结构内部，安装方法与第一组相似。第四组十字杆撑材料相同，由两根不带耐高温弹簧长度均为1600mm的杆组成，杆端部制成球面，安装在金属柱壳结构圆端，十字杆撑中心与圆端中心重合。

将外压式圆环状校形装置安装在金属柱壳结构外部，多组圆环中心均与椭圆端中心重合，多组圆环与四根长度为800mm的直杆杆焊接在一起，材料均为耐热钢，直杆的宽度和厚度均为50mm。制备的第一组圆环内径为2200mm，圆环外径为2300mm，圆环的宽度和厚度均为50mm，耐高温弹簧材料为镍基高温合金，参考牌号为Inconelx-750，耐高温弹簧自由长度为200mm，端部制成球面，耐高温弹簧关于圆环圆心对称焊接在圆环内侧。将耐高温弹簧进行压缩，耐高温弹簧压缩后长度为180mm，热处理前将第一组圆环安装在金属柱壳结构椭圆端，耐高温弹簧与椭圆端长轴平行。制备的第二、第三和第四组圆环材料和尺寸与第一组相同，第二和第三组圆环带耐高温弹簧，均匀布置安装在金属柱壳结构外部，安装方法与第一组相似，第四组圆环内部不带耐高温弹簧，安装在金属柱壳结构圆端，圆环中心与圆端中心重合。

最后将安装有校形工装的金属柱壳结构一起放入高温炉中进行热处理，热处理采用的升温速率为150度/小时，加热至炉温550度，再在550度下进行保温，保温时间设置为4-6个小时，采用的降温速率为50度/小时，降至炉温200度时出炉，将安装有校形工装的金属柱壳结构放置在工作平台上，在室温下进行空冷。使校形工装及金属柱壳结构充分冷却至室温，耐高温弹簧与金属柱壳结构脱离，再依次拆除校形工装。热处理结束后，十字杆撑和圆环的形状和尺寸均不发生改变，耐高温弹簧正常回弹至自由长度，金属柱壳结构椭圆端形状变为圆形，得到的校形后的金属柱壳结构能继续满足实际使用要求，校形成功。本发明利用热处理中温度变化引起的柱壳结构弹塑性变形、高温蠕变效应和耐高温弹簧的回弹作用，对金属柱壳结构内部和外部同时施加载荷来进行校形，校形工装制备简单、拆装方便，校形工艺达到的校形效果十分明显。

Claims (6)

1.一种柱壳结构热处理校形工装的校形工艺，其特征在于，包括一种柱壳结构热处理校形工装，包括内撑式校形装置（1）和外压式校形装置（2），所述内撑式校形装置（1）和外压式校形装置（2）之间设有柱壳结构（3），所述内撑式校形装置（1）包括多根第一撑杆（11），所述第一撑杆（11）中任意一根杆体的两端分别对称安装有第一弹簧（41），多根第一撑杆（11）沿竖直方向间隔排列，第一撑杆（11）下方设有第二撑杆（14）；所述外压式校形装置（2）包括多根第一圆环（21），第一圆环（21）内壁沿其径向方向对称设有第二弹簧（47），多根第一圆环（21）沿竖直方向间隔排列，第一圆环（21）下方设有第二圆环（24），所述第一弹簧（41）和第二弹簧（47）均采用耐高温弹簧，具体包括以下步骤：

步骤一、测量柱壳结构尺寸，包括圆端、椭圆端、厚度及高度尺寸；

步骤二、制备校形工装；

步骤三、安装校形工装，具体包括：

3.1：将内撑式校形装置安装在被校形的柱壳结构内部，将撑杆中心与椭圆端中心重合，第一弹簧经压缩后安装在柱壳结构内壁，第一撑杆与椭圆端短轴平行，第二撑杆与椭圆端长轴平行，第二撑杆的中心与圆端中心重合；

3.2：将外压式校形装置安装在被校形的柱壳结构外部，将圆环中心与椭圆端中心重合，第二弹簧经压缩后安装在柱壳结构外壁，第二弹簧与椭圆端长轴平行；

步骤四、热处理；

步骤五、拆除校形工装。

2.根据权利要求1所述的一种柱壳结构热处理校形工装的校形工艺，其特征在于，所述第一撑杆（11）和第二撑杆（14）中央通过第一竖杆（15）连接成一体。

3.根据权利要求1或2所述的一种柱壳结构热处理校形工装的校形工艺，其特征在于，所述第一撑杆（11）和第二撑杆（14）均采用十字形结构。

4.根据权利要求1所述的一种柱壳结构热处理校形工装的校形工艺，其特征在于，所述第一圆环（21）和第二圆环（24）之间连接有多根第二竖杆（25），多根第二竖杆沿圆环周向间隔分布。

5.根据权利要求1所述的一种柱壳结构热处理校形工装的校形工艺，其特征在于，所述校形工装采用从内向外和从圆端向椭圆端的方向顺序安装。

6.根据权利要求1所述的一种柱壳结构热处理校形工装的校形工艺，其特征在于，所述步骤五中的校形工装采用从外向内的顺序拆除，先拆除外压式校形装置，再拆除内撑式校形装置。

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