一种直径大于1米筒体的校形方法技术

一种直径大于1米筒体的校形方法，通过确定筒体校形时的加热温度T和筒体的直径胀大量，并控制筒体内表面与校形芯模之间间隙，利用胀形芯模的材料膨胀系数比筒体材料的膨胀系数大，在加热后的冷却过程中由于胀形芯模厚度和体积远大于筒体，因此筒体的降温速率大于胀形芯模，在冷却过程中，筒体产生冷缩产生变形，而筒体的变形由于受到胀形芯模的限制，达到控制变形和校正作用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及机械加工领域，具体是一种直径大于1米的筒体的校形方法。技术背景大型筒体类零件成形方法主要有钣金卷焊成形法和旋压成形法。其中钣金卷焊成形法的成形精度无论是尺寸精度还是形状精度都较差，一般应用在低压容器厚板或对成形精度要求不高的产品上；旋压成形法比钣金卷焊成形法的成形精度高，一般被广泛应用在航天固体火箭发动机金属壳体的制造及军工产品的生产。在航天固体火箭发动机金属壳体及军工产品中，都采用高强度钢旋压或卷焊筒体组焊而成，产品的结构特点是：壁薄、强度高、尺寸精度和形状精度要求严。由于传统的筒体成形方法成形精度差，在壳体组焊中，会产生较大的错边量影响壳体的强度，一般采取的工艺措施是选配，即选用尺寸相同或接近的筒体来组焊以减少错边量。而随着现代航天产品更精更高的要求，对产品的制造精度要求不断提高，因此现有的技术已不能满足产品的最终质量要求。传统的筒体校形方法主要是采用三轴或多轴卷板机等设备进行冷校形，但该方法精度差，难以满足产品高精度要求。专利《薄壁筒体直径及形状精度控制方法及其专用工具》(申请号201210246565.9)提供了一种通过专用热胀形芯模对薄壁筒体进行适量塑性拉伸的定量热胀形方法，其主要特征是：先将定位安装在专用吊具底座上的薄壁筒体吊装到井式炉中预热，打开井式炉门，将专用热胀形芯模吊装放置到薄壁筒体的内孔中，然后关闭井式炉门，将专用热胀形芯模、薄壁筒体和专用吊具一起加热到设定温度保温后，打开井式炉门，将专用热胀形芯模、薄壁筒体和专用吊具一起吊出井式炉，空冷至室温后吊出专用热胀形芯模。该方法存在的主要问题是操作不便、成本高。特别是将专用热胀形芯模吊装放置到已预热的薄壁筒体的内孔中，观察和调整困难，只适合于长度较短的直径为0.8m的小直径筒体；对于长度较长的大直径筒体，由于筒体尺寸大、刚性差，大型校形工装重量大、难调整，易于碰伤筒体甚至导致产品报废。
技术实现思路
为克服现有技术中存在的不适于直径大于1米的筒体校形的不足，本专利技术提出了一种直径大于1米筒体的校形方法。本专利技术的具体过程是：步骤1，确定筒体校形时的加热温度T。所述筒体胀大量根据公式(1)确定：△d＝αTd         (1)公式(1)中，α为材料的线膨胀系数，d是筒体的内径。考虑筒体冷却后的回弹量，热校形时的加热温度T应按公式(2)确定，T＝(d1-D)/(Dα-d1α1)+T0+△T         (2)其中d1为校形后筒体的内径，α1为在校形加热温度时筒体的线膨胀系数；D为校形芯模的外径，α为在校形加热温度时校形芯模的线膨胀系数；T0为环境温度，为5～30℃；△T为温度修正量，所述修正量为±50℃。得到加热温度T＝500～950℃。所述芯模的线膨胀系数比筒体的线膨胀系数大5～7×10-6/℃。所述校形芯模的壁厚为30～60mm；校形芯模采用不锈钢或耐热不锈钢制成，常温线膨胀系数为15×10-6～17×10-6/℃。所述筒体采用碳钢或合金钢制成，常温线膨胀系数为10×10-6～12×10-6/℃。步骤2，确定筒体的直径胀大量。当筒体在井式炉内加热至温度T时，筒体胀大量通过公式(3)确定，△d＝α1×d0×(T－T0)        (3)其中d0为校形前筒体的内径。步骤3，筒体与校形芯模配合。将待校形的筒体套装在校形芯模的外表面上，使筒体与芯模同轴。筒体内表面与校形芯模之间间隙配合，使筒体内径比表面与校形芯模外表面之间有4～20mm的间隙。步骤4，装炉校形。将井式炉预热至200℃。将装配好的校形芯模与筒体整体吊装入井式炉内，继续对所述井式炉加热至加热温度T后，保温60～240min,利用校形芯模对筒体进行校形。所述加热温度T为500～950℃。保温结束后，出炉冷却。将校形芯模和筒体整体吊出井式炉后水平放置，空冷至室温后，将校形后的筒体从校形芯模上卸出，得到校形后的筒体。步骤5，筒体检测。对校形后的筒体采用常规方法进行检测，检测内容包括筒体的外圆平均直径、壁厚、圆跳动和直线度。若筒体检测结果满足设计要求，则校形结束；若筒体检测结果不满足设计要求，则继续步骤6。检测时沿筒体轴向选取截面测量；所选取测量截面的间距为100～150mm。测量筒体的圆跳动和平均外径，沿周向均布4～16条母线测筒体的直线度。步骤6，重复校形。对校形后筒体的外圆平均直径、圆跳动和直线度检测不满足设计要求的筒体重复校形。在重复校形时，调整加热温度T，将加热温度T在步骤4的基础上增加10℃。重复步骤4～步骤5，直至该筒体的检测结果满足设计要求。本专利技术是在卷焊成形或旋压成形的基础上采用成形芯模经热处理后来形成筒体的最终尺寸和形状，即把卷焊或旋压的筒体尺寸比要求的筒体尺寸小1～5mm，而最终的尺寸是由成形芯模和热处理参数决定。其原理是：卷焊或旋压的筒体套装在成形芯模上，经过加热来把筒体尺寸胀大和胀圆来形成筒体的最终尺寸和形状。这里，成形芯模制造所选的材料线胀系数要比筒体材料的线胀系数大，一般采用不锈钢或耐热不锈钢，它的尺寸按照需成形筒体的尺寸来计算确定；热处理的加热温度和工艺参数由最终尺寸的和需胀大量来确定，一般控制在650℃～950℃以内。在本专利技术中，需成形的筒体材料为各种碳钢和各种合金钢，常温下，一般的线膨胀系数在10×10-6～12×10-6/℃，而成形模具的材料采用不锈钢和耐热不锈钢，它的线膨胀系数在15×10-6～17×10-6/℃，在加热过程中，两者的线膨胀系数随着温度的增加而增大，但两者之间线膨胀系数的差值变化不大，基本上在5×10-6～7×10-6/℃以内，具体可通过试验来确定。以直径1000mm计算，其筒体胀大量△d＝αTd＝﹙5×10-6～7×10-6﹚×﹙650～950﹚×1000＝3.25～6.65mm。当成形过程中，温度误差1℃。度时，尺寸误差为0.005～0.007mm，一般热处理温度误差为±10，则尺寸误差为0.05～0.07mm，这比传统成形方法精度提高了20～100倍。上述计算的值未考虑筒体冷却后的回弹量，即得到筒体的实际尺寸要小于计算值，具体回弹量按照筒体的尺寸试验确定，并通过工艺参数进行修正。本专利技术能够成形各种各种低碳钢、中碳钢、高碳钢、低合金钢和高合金钢材质的高精度筒体产品，适用于航空、航天和压力容器铸造领域。本专利技术主要是利用了胀形芯模的材料膨胀系数比筒体材料的膨胀系数大，在加热后的冷却过程中由本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种直径大于1米筒体的校形方法，其特征在于，具体过程是：步骤1，确定筒体校形时的加热温度T；所述筒体胀大量根据公式(1)确定：△d＝αTd    (1)公式(1)中，α为材料的线膨胀系数，d是筒体的内径；考虑筒体冷却后的回弹量，热校形时的加热温度T应按公式(2)确定，T＝(d1‑D)/(Dα‑d1α1)+T0+△T    (2)其中d1为校形后筒体的内径，α1为在校形加热温度时筒体的线膨胀系数；D为校形芯模的外径，α为在校形加热温度时校形芯模的线膨胀系数；T0为环境温度，为5～30℃；△T为温度修正量，所述修正量为±50℃；所述芯模的线膨胀系数比筒体的线膨胀系数大(5～7)×10‑6/℃；得到加热温度T＝500～950℃步骤2，确定筒体的直径胀大量；当筒体在井式炉内加热至温度T时，筒体胀大量通过公式(3)确定，△d＝α1×d0×(T－T0)    (3)其中d0为校形前筒体的内径；步骤3，筒体与校形芯模配合；将待校形的筒体套装在校形芯模的外表面上，使筒体与芯模同轴；筒体内表面与校形芯模之间间隙配合，使筒体内径比表面与校形芯模外表面之间有4～20mm的间隙；步骤4，装炉校形；将井式炉预热至200℃；将装配好的校形芯模与筒体整体吊装入井式炉内，继续对所述井式炉加热至加热温度T后，保温60～240min,利用校形芯模对筒体进行校形；所述加热温度T为500～950℃；保温结束后，出炉冷却；将校形芯模和筒体整体吊出井式炉后水平放置，空冷至室温后，将校形后的筒体从校形芯模上卸出，得到校形后的筒体；步骤5，筒体检测；对校形后的筒体采用常规方法进行检测，检测内容包括筒体的外圆平均直径、壁厚、圆跳动和直线度；若筒体检测结果满足设计要求，则校形结束；若筒体检测结果不满足设计要求，则继续步骤6；步骤6，重复校形；对校形后筒体的外圆平均直径、圆跳动和直线度检测不满足设计要求的筒体重复校形；在重复校形时，调整加热温度T，将加热温度T在步骤4的基础上增加10℃；重复步骤4～步骤5，直至该筒体的检测结果满足设计要求。...

【技术特征摘要】
1.一种直径大于1米筒体的校形方法，其特征在于，具体过程是：
步骤1，确定筒体校形时的加热温度T；所述筒体胀大量根据公式(1)确定：
△d＝αTd    (1)
公式(1)中，α为材料的线膨胀系数，d是筒体的内径；
考虑筒体冷却后的回弹量，热校形时的加热温度T应按公式(2)确定，
T＝(d1-D)/(Dα-d1α1)+T0+△T    (2)
其中d1为校形后筒体的内径，α1为在校形加热温度时筒体的线膨胀系数；D为校
形芯模的外径，α为在校形加热温度时校形芯模的线膨胀系数；T0为环境温度，为
5～30℃；△T为温度修正量，所述修正量为±50℃；
所述芯模的线膨胀系数比筒体的线膨胀系数大(5～7)×10-6/℃；
得到加热温度T＝500～950℃
步骤2，确定筒体的直径胀大量；当筒体在井式炉内加热至温度T时，筒体胀大量
通过公式(3)确定，
△d＝α1×d0×(T－T0)    (3)
其中d0为校形前筒体的内径；
步骤3，筒体与校形芯模配合；将待校形的筒体套装在校形芯模的外表面上，使筒
体与芯模同轴；筒体内表面与校形芯模之间间隙配合，使筒体内径比表面与校形芯
模外表面之间有4～20mm的间隙；
步骤4，装炉校形；将井式炉预热至200℃；将装配好的校形芯模与筒体整体吊装
入井式炉内，继续对所述井式炉加热至加热温度T后，保温60～240min,利...

【专利技术属性】
技术研发人员：王浩刚，任长洁，张晓春，周雪梅，王晓燕，马延枫，田忠锋，张英，吴军，华小渝，郭红霞，傅毅恺，田珍珠，
申请(专利权)人：西安航天动力机械厂，
类型：发明
国别省市：陕西;61