CN106854686B - 一种超高强度钢薄壁壳体淬火变形的整形方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超高强度钢薄壁壳体淬火变形的整形方法,其步骤如下:壳体淬火后,将壳体长度方向等分为N段,N+1个等分截面(首尾端必选);利用千分尺测量各等分横截面上壳体的椭圆度,标记椭圆度超差的截面,标记椭圆的长轴、短轴位置;整形时,首先在变形最大的横截面处按方法安装整形工装;依次测量其他截面的椭圆度,并在超差截面处依次安装整形工装;步骤五、复测整形后每个横截面处的椭圆度,保证各截面椭圆度与整形后一致;整形工装安装完毕后,将壳体与工装一起进行回火;回火结束后拆下整形工装,测量各截面椭圆度;若各截面椭圆度在设计指标范围内,则结束整形,若仍有截面椭圆度超差,则按照上述方法进行二次整形。
Description
技术领域
本发明涉及热处理领域,具体涉及一种超高强度钢薄壁壳体淬火变形的整形方法。
背景技术
超高强度合金钢可以用于制作燃烧室壳体,30Cr3SiNiMoVA是超高强度合金钢中典型的一种,其合金元素含量分别为:C: 0.28~0.34,Cr:2.80~3.20,Ni:0.80~1.20,Mn:0.50~0.80,Si: 0.90~1.20,Mo:0.60~0.80,V:0.05~0.15,P:≤ 0.02,S:≤ 0.02。该材料主要依靠淬火+回火的方式获得强度和韧性。
淬火过程必须加热至奥氏体化温度以上,随后进行快速冷却,使其得到高强度及硬度的板条马氏体组织。淬火过程中由于热胀冷缩、组织转变造成的热应力、组织应力、前道工序机械加工残余应力相互叠加,达到金属的屈服极限,零件发生塑性变形;此后,应力的累积和释放过程交替进行,最终使零件发生弯曲及翘曲等变形。同时,在热胀冷缩及相变不均匀所引起的热应力及组织应力的作用下,零件还可能发生体积变化(增大或减小),使零件的尺寸改变。特别是在非对称性小截面零件(如心轴、传动轴和杆形件等)、表面积大而厚度薄的零件(如套筒、盘类和叶片等)的热处理过程中,零件变形是零件制造中的关键课题。
大长径比、薄壁壳体由于其结构特点,淬火后的畸变更为严重,导致后续加工、装配困难等问题已成为导致增长产品研制周期、降低合格率的共性问题。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明提出了一种超高强度钢薄壁壳体淬火变形的整形方法,
操作简单,效果明显。根据超高强度钢材料特性、薄壁壳体的变形规律,设计外箍式专用工装,利用该类零件的弹塑性变形规律,确定通用的反变形量;结合超高强度钢热处理工艺特性,回火时即达到整形效果,又释放机械整形时形产生的应力,有效的保证了壳体的尺寸稳定性
其具体步骤如下:
步骤一、壳体淬火后,将壳体长度方向等分为N段,N+1个等分截面(首尾端必选);
步骤二、利用千分尺测量各等分横截面上壳体的椭圆度,标记椭圆度超差的截面,标记椭圆的长轴、短轴位置;
步骤三、整形时,首先在变形最大的横截面处按方法安装专用整形工装;
步骤四、依次测量其他截面的椭圆度,并在超差截面处依次安装整形工装;步骤五、复测整形后每个横截面处的椭圆度,各截面椭圆度与整形后一致;步骤六、整形工装安装完毕后,将壳体与工装一起进行回火;
步骤七、回火结束后拆下整形工装,测量各截面椭圆度;
步骤八、若各截面椭圆度在设计指标范围内,则结束整形,若仍有截面椭圆度超差,则按照上述方法进行二次整形;
进一步,所述壳体采用的超高强度钢材料牌号为30Cr3SiNiMoVA。
进一步,步骤一所述的壳体等分段的数量壳体长度和结构确定,原则是当等分横截面不得位于壁厚变化交界处、非直线段处、倒角处、外部零件搭接处,一般不少于3个等分横截面。
进一步,步骤三所述的整形工装为外箍式,1套/2副。所述的整形工装安装原理为:采用外箍式专用整形工装使等分截面反变形,将1套/2副整形工装的A点置于椭圆长轴处,B点置于短轴处,以变形量较大的轴为测量基准,反变形数值为原始测量数值的50%~60%,未安装整形工装前长轴处尺寸为直径+2mm,安装后将该处尺寸下压为直径-1.0mm~1.2mm。
进一步,在保证壳体机械性能的前提下,二次整形回火时温度应升高20±10℃。
本发明的优点在于:根据30Cr3SiNiMoVA超高强度钢薄壁壳体的热处理工艺及淬火后的变形规律,设计制造出了针对该类材料、结构的外箍式专用整形工装、整形方法,技术原理简单、易操作、合格率高;该方法与淬火后回火共同进行,无需附加整形工序,且在回火温度下消除了机械整形的残余应力,保证壳体的尺寸稳定性。
附图说明
图1为超高强度钢薄壁壳体淬火变形的整形方法流程图;
图2为超高强度钢薄壁壳体等分截面划分图;
图3为超高强度钢薄壁壳体淬火变形的整形工装设计图。
具体实施方式
本发明为解决30Cr3SiNiMoVA超高强度钢薄壁壳体淬火变形问题,通过设计外谷式专用工装,根据壳体淬火后变形数据、该类材料特定温度下的弹塑性变形规律,计算室温下应使壳体反变形量,并在回火过程中使壳体椭圆度稳定在设计指标范围内。本发明通过如下步骤实现:
下面举实例
在30Cr3SiNiMoVA薄壁壳体上实施,该壳体其直径约为300㎜,长度为2780㎜,壁厚为1.6㎜。设计指标为壳体圆度≤2㎜(椭圆度≤4㎜)。具体方法如下:
步骤一、壳体淬火后,将壳体长度方向等分为三段,四个等分截面,截面不得位于两端非直线段处,如图2所示;
步骤二、利用千分尺测量各等分横截面上壳体的椭圆度,标记椭圆度超差的截面1,2,4截面,标记椭圆的长轴、短轴位置;具体数据见表1:
表1 30Cr3SiNiMoVA薄壁壳体淬火变形数据
截面 | 截面1 | 截面2 | 截面3 | 截面4 |
长轴(㎜) | 300﹢4.75 | 300﹢3.27 | 300﹢1.96 | 300﹢4.93 |
短轴(㎜) | 300﹣2.48 | 300﹣2.26 | 300﹣1.87 | 300﹣1.98 |
椭圆度(㎜) | 7.23 | 5.53 | 3.83 | 6.91 |
步骤三、整形时,首先在变形最大的截面1处按方法安装专用整形工装,即,将工装A点对应壳体长轴处,反变形量分别为(截面1)长轴300-2.8㎜,短轴300+1.3㎜;
步骤四、依次测量其他截面的椭圆度,截面3数据为长轴300+1.63㎜,短轴300-1.56㎜,未超差。截面2、4数据与淬火后无变化,仍旧超差,分别在截面2、截面4安装整形工装。反变形数据为(截面2)长轴300-1.9㎜,短轴300+1.3㎜,(截面4)长轴300-2.9㎜,短轴300+1.1㎜;
步骤五、复测整形后每个横截面处的椭圆度,各截面椭圆度与整形后一致,数据见表2;
表2 30Cr3SiNiMoVA薄壁壳体反变形数据
截面 | 截面1 | 截面2 | 截面3 | 截面4 |
长轴(㎜) | 300﹣2.8 | 300﹣1.9 | 300﹢1.63 | 300﹣2.9 |
短轴(㎜) | 300﹢1.3 | 300﹢1.3 | 300﹣1.56 | 300﹢1.1 |
步骤六、整形工装安装完毕后,将壳体与工装一起进行回火;
步骤七、回火结束后拆下整形工装,测量各截面椭圆度,各等分横截面的椭圆度数据见表2;
表3 30Cr3SiNiMoVA薄壁壳体整形后数据
截面 | 截面1 | 截面2 | 截面3 | 截面4 |
长轴(㎜) | 300﹢0.91 | 300﹢0.69 | 300﹢1.63 | 300﹢1.01 |
短轴(㎜) | 300﹣0.6 | 300﹣0.48 | 300﹣1.56 | 300﹣0.44 |
椭圆度(㎜) | 1.51 | 1.17 | 3.19 | 1.45 |
步骤八、各截面椭圆度均满足≤4㎜的设计指标,结束整形。
完成该壳体的热处理变形的整形。
对于本领域技术人员而言,显然本发明不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本发明。
Claims (3)
1.一种超高强度钢薄壁壳体淬火变形的整形方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一、壳体淬火后,将壳体长度方向等分为N段,N+1个等分截面,首尾端必选;
壳体等分段的数量壳体长度和结构确定,原则是当等分横截面不得位于壁厚变化交界处、非直线段处、倒角处、外部零件搭接处,不少于3个等分横截面;
步骤二、利用千分尺测量各等分横截面上壳体的椭圆度,标记椭圆度超差的截面,标记椭圆的长轴、短轴位置;
步骤三、整形时,首先在变形最大的横截面处按方法安装整形工装;
整形工装安装原理为:采用外箍式专用整形工装使等分截面反变形,将1套/2副整形工装的A点置于椭圆长轴处,B点置于短轴处,以变形量较大的轴为测量基准,反变形数值为原始测量数值的50%~60%;
步骤四、依次测量其他截面的椭圆度,并在超差截面处依次安装整形工装;
步骤五、复测整形后每个横截面处的椭圆度,各截面椭圆度与整形后一致;
步骤六、整形工装安装完毕后,将壳体与工装一起进行回火;
步骤七、回火结束后拆下整形工装,测量各截面椭圆度;
步骤八、若各截面椭圆度在设计指标范围内,则结束整形,若仍有截面椭圆度超差,则按照上述方法进行二次整形;
未安装整形工装前长轴处尺寸为直径+2mm,安装后将该处尺寸下压为直径-1.0mm~1.2mm。
2.如权利要求1所述的超高强度钢薄壁壳体淬火变形的整形方法,其特征在于,所述壳体采用的超高强度钢材料牌号为30Cr3SiNiMoVA。
3.如权利要求1或2所述的超高强度钢薄壁壳体淬火变形的整形方法,其特征在于,在保证壳体机械性能的前提下,二次整形回火时温度应升高20±10℃。
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