专利名称：大直径金属筒体精确校圆方法
技术领域：
本发明涉及一种大直径金属筒体精确校圆方法，用于大直径金属筒体加工过程中的精确校圆，特别是强度高、壁厚大的大直径金属筒体和大直径旋转金属筒体的精确校圆。 可广泛适用于石油、化工、建材、电力、水利行业大型金属管道、压力容器、干燥机的大直径金属筒体的制造。
背景技术：
大直径金属筒体由于直径大，直径一般在3000mm 8000mm,壁厚20mm 200mm。 由于受加工成形设备能力和加工成本的制约，大都采用将金属板材按需要的尺寸拼接后， 利用卷板机卷制、焊接而成，其圆度误差难以保证，必须进行校圆处理，才能达到所需的圆度。现有的筒体校圆方法，有卷板机校圆法、多点拉杆校圆法和模板校圆法。卷板机校圆法是将卷制、焊接而成的筒体装在卷板机上，卷板机的上辊轴穿入筒体内，通过卷板机的上辊轴在筒体产生棱角处施压，同时卷板机下辊轴支承并带动筒体转动，反复滚卷而消除棱角的方法。由于材料存在弹性变形，且受辊轴间距的影响，无法实现筒体圆周各点连续的微量校形。而且筒体在卷板机上多次反复滚卷，会使筒体壁厚减薄，筒体直径增大，甚至筒体端部咋口的缺陷。因此，卷板机校圆只能在筒体圆度要求较低的场合使用，对于筒体圆度和精度要求较高的筒体，只能作为粗校工序。多点拉(顶)杆校圆法是沿筒体周长均分若干点，测量各点的直径，在小直径处施加向外的推力，在大直径处施加向内的拉力，逐步使筒体各点的直径接近。例如专利号 200520081956. 5公布的一种大口径管对接校圆装置，它有一圆环形支架，在支架上通过螺纹联接的方式装有二只以上设有外螺纹的顶杆，顶杆的轴线处在支架的径向。此方法受到筒体刚度的限制，仅适用于薄壁筒体，校形后仅能保证校形处各点的圆度，校形点之间的形状误差仍较大。对于壁厚大的筒体，其支架和顶杆用得很大，甚至无法实现。而且校圆后筒体存在较大的内应力，当筒体与另一筒体组对，或者在筒体上开孔、焊接其它零部件时，校圆后的筒体的圆度误差又会加大。模板校圆法是先按标准筒体尺寸制作一个内(或外)圆形模板，在筒体内壁(或外壁)施加径向力，使筒体与圆形模板贴合，此法同样仅适用于薄壁筒体，由于模板只能装在筒体端部截面处，且模板与筒体配合误差大，只能保证筒体与模板贴合区域处的圆度，远离贴合处的圆度误差较大，校圆后筒体仍存在较大的内应力。上述现有的校圆方法均属于使用外力的机械校圆方法，对精度要求不高的筒体的校圆是可行的，但不能适应精度要求高的筒体的校圆。对于壁厚较厚的筒体，由于筒体壁厚厚，其校圆装置的工艺装备就大而复杂，这些工艺装备装的制作，不仅费时、费事、费用大， 甚至无法实施，校圆精度也很难保证，加之校圆筒体产生的内应力不能消除，影响筒体组对、焊接和后续加工
发明内容
本发明正是为了克服上述现有技术存在的不足和缺陷，提供一种筒体在校圆过程中不会发生筒体直径增大、筒体壁厚减薄、筒壁内应力残留的大直径金属筒体精确校圆方法。本发明是通过如下技术方案来实现的。一种大直径金属筒体精确校圆方法，设置一由校圆胎具组成的校圆胎具组，在校圆胎具之间采用两端带螺纹的定距杆连接，两个校圆胎具间的距离A由下列公式13求出
j = (6 ~ 8)^R-t ............ Ku式中A-两个校圆胎具间的距离，mm;R-筒体内半径，mm;t-筒体的壁厚，mm;利用下螺母调整两校圆胎具的平行度和同轴度，使两个校圆胎具的端面相互平行，并与两个校圆胎具圆心的连线垂直，保证校圆胎的同轴度在吊装状态下不大于O. 5mm 后，拧紧上螺母，组成一校圆胎具组；在筒体校圆前，测量并记录筒体的最小直径，将筒体立式放在加热炉(或热处理炉)的支承平台上，与筒体端面接触的支承平台表面应光滑，支承平台一般可用3 4根光滑的重型钢轨组成，以减少筒体与支承平台之间的摩擦阻力，确保筒体温度变化时能自由伸缩，降低校圆后筒体支承段的残余应力；将装有筒体的支承平台放入加热炉(或热处理炉)进行加热，加热温度应缓慢升高，其最终温度由模拟试验或者由下列公式计算得出T= (D-Dn)/( a Dn)+Tc+η + λ............23式中T-筒体加热的最终温度，°C ;D-校圆胎外径，mm ；Dn-筒体加热前的最小内径，mm ；α -材料的膨胀系数，10-6/oC ；Tc-环境温度，°C ;η-修正值，估计加热筒体出炉至完全套入校圆体期间，筒体温度的下降值，一般可取40°C ；λ -附加温度，一般取O 50°C，筒体成形误差较大或者筒体壁厚较厚、筒体材料强度较大时，温度取上限值；因为提高加热温度可以增大加热筒体的膨胀量，延长筒体冷却收缩时间，减小筒体收缩过程中内壁与校圆胎外圆的摩擦阻力；待筒体加热到最终加热温度后，测量筒体的最小直径，当筒体的最小直径大于校圆胎具的外直径时，停止加热，将筒体取出，装入校圆胎具组，并按一定的速度缓慢冷却，因校圆胎具刚度大于筒体，利用校圆胎具约束筒体在冷却时的径向收缩，使筒体的径向收缩力变为法向力，在法向力作用下，筒体沿周向收缩变形，在筒体冷却到室温时，筒体的内表面与校圆胎具外表面自然贴合，筒体即可达到要求的圆度；对于壁厚较小的筒体，装入校圆胎具组后，可在空气在自然冷却，对于壁厚较厚的筒体，装入校圆胎具组后，可放入加热炉 (热处理炉)中，利用加热炉(热处理炉)的余热缓慢降温，使冷却速度更小，延缓筒体法向作用力的有效时间，提高筒体的校圆精度。本发明所述的校圆胎具是由围板、筋板、腹板、辐条、中心板、横辐条组成。围板用金属板材卷制焊接而成，围板的外直径D按筒体精度要求的筒体内直径确定，在围板内壁居中位置焊接腹板，在腹板的两侧等距地焊接筋板，以增加围板和腹板的强度；在筋板与筋板之间的腹板上开有定距杆孔，便于将几个校圆胎具组成一校圆胎具组；辐条和横辐条8 组焊在腹板与中心板上，使校圆胎具成为一个整体；辐条和横辐条可用槽钢、角钢或工字钢按所需尺寸做成，中心板中央开I个定距杆孔，便于穿入定距杆，辐条、中心板和横辐条在校圆时，起到稳定和提高校圆胎具的刚度；为保证校圆胎具的精度，校圆胎具组焊成为一个整体后，围板的端面和外壁应进行机械加工，一般围板的端面的跳动允差不大于O. 2mm，外壁的直径允差不大于O. 2mm，外壁的表面粗糙度不大于Ra 3. 2 μ m,以减小摩擦阻力，使校圆的筒体在校圆时，能自由收缩而不损伤筒体内壁；对于刚性较高的厚壁筒体的校圆胎具， 可做成两个半圆整体，再用定位销和接板连接成一个整体校圆胎具，当筒体的校圆工作完成后，可把校圆胎具拆除，重复利用。校圆胎具的围板的材料，应根据筒体的材料性能要求选择，对于碳素钢和碳素合金钢，采用碳素钢板制作；对于不锈钢或镍、镍基合金或钛或钛合金或锆这些不允许铁离子污染的材料，围板采用不锈钢或不含铁离子的金属材料制作；为保证校圆胎具的精度，校圆胎具组焊成为一个整体后，围板的端面和外壁应进行机械加工，一般围板的端面的跳动允差不大于O. 2mm,外壁的直径允差不大于O. 2mm,外壁的表面粗糙度不大于Ra 3. 2 μ m,以减小摩擦阻力，使校圆的筒体在校圆时，能自由收缩而不损伤筒体内壁。筒体在制作中，由于受金属板材板幅宽度、卷板机卷辊长度及加热炉(或热处理炉)高度等条件的限制，筒体的长度均不大于4000mm，每一个筒体在校圆时，采用上、下两个校圆胎具，用两端带螺纹的定距杆连接，组成一校圆胎具组；为便于筒体校圆后的组对、 焊接，当校圆胎具组吊入筒体后，上校圆胎具的围板的上端面与筒体的上端面和下校圆胎具的围板的下端面与筒体的下端面的距离a，控制在50mm-100mm之间。本发明与现有使用外力的筒体机械校圆方法相比，其优点在于I)不使用外力，而是利用筒体金属材料的热胀冷缩特性，达到筒体精确校圆的目的，筒体校圆后曲率一致，校圆后筒体的形状精度较高，筒体圆度能达到不大于筒体直径的
O.012%。由于筒体在加热炉或热处理炉经加热处理，消除了筒体在卷制、焊接过程中产生的内应力和焊接应力，也没有机械强力校圆中产生的内应力，因此筒体在校圆后的残余应力最小，校圆精度高；2)由于筒体校圆后的圆柱度精度高，为筒体与筒体组装焊接提供了精密的基准中心线，可实现筒体组装的高要求的同轴度；特别是大直径旋转金属筒体或由多个筒体组对焊接成长尺寸筒体(如旋转式干燥机、高塔容器)的制作，能满足筒体高精度、高同轴度要求；3)解决了筒体材料强度高、壁厚大于，难于机械强力校圆的难题。4)不需要施力工具，劳动强度低，生产效率高；5)本发明的优点还在于，克服了原有卷板机校圆法反复滚压筒体校圆中产生的筒体直径增大、筒体壁厚减薄、筒壁内应力残留的缺陷，筒体在校圆过程中不会发生筒体直径增大、筒体壁厚减薄、筒壁内应力残留的问题。本发明大直径金属筒体精确校圆方法可实现大直径金属筒体的精确校圆，与现有的筒体校圆方法相比，具有校圆精度高，校圆后残余应力小，不需要施力工具，劳动强度低，生产效率高的显著优点，可用于石油、化工、建材、电力、水利行业大型金属管道、压力容器、干燥机的大型金属筒体的校圆，特别是强度高、壁厚大的大直径金属筒体和大直径旋转金属筒体的精确校圆。
图I为本发明大直径金属筒体精确校圆方法整体式校圆胎具结构图示意图；图2为本发明大直径金属筒体精确校圆方法可拆卸式校圆胎具结构图示意图；图3为本发明大直径金属筒体精确校圆方法整体式校圆胎具剖面示意图；图4为本发明大直径金属筒体精确校圆方法被校圆的筒体加热到最终加热温度后装入校圆胎具组内的结构示意图。
具体实施例方式见图I,图2，图3，图4。下面结合附图及Φ4000ι πιΧ 25000mm转筒式褐煤干燥机筒体制作中，筒体壁厚为 30mm、40mm、50mm、70mm四个规格筒体精确校圆实施示例,进一步阐述本发明的内容。实施例I规格筒体内直径4000mm，筒体板厚30mm，筒体长度2500mm，材质Q345R。精度要求筒体圆度不大于I. 5mm。制作校圆胎具10 校圆胎具10的结构选择由于筒体内直径为4000mm,壁厚为30mm,为防止筒体校圆后再搬运的变形和筒体与筒体组对焊接中的变形，校圆胎具10采取整体式校圆胎具的结构。其制作方法如下I)根据公式Hi3初步计算校圆胎具间的距离A = 2425mm 3180mm,因此筒体校圆胎具10的数量为2件；2)制作围板I :由于被校圆的筒体材料为Q345R，属于碳素合金钢，因此，校圆胎具 10的围板I的材料采用Q235钢板卷制，围板I的宽度H取130mm，板厚b为20mm，校圆胎具 10的外直径D取被校圆的筒体的内直径4000mm，按此尺寸展开下料后，在卷板机上卷圆、焊接、校圆；3)制作腹板3 :腹板3采用Q235钢板，钢板厚度h为20臟，宽度c为280mm的弧形钢板拼焊而成，腹板3的外弧形与围板I的内圆相等；4)制作中心板5 :中心板5的材料米用Q235钢板,板厚20mm,外直径260mm,板中心钻直径25mm的定距杆通孔一个。5)制作辐条4和横幅条8 :福条4和横幅条8均采用10号槽钢，长度为1850mm， 辐条4共8根，横幅条8共4根。6)制作筋板2 :筋板2采用锲形结构，材料为Q235钢板，板厚20臟，短边为50臟， 长边为280mm，共36件。校圆胎具10的组焊I)在校圆胎具10的围板I的宽度居中位置，焊接腹板3，以围板I的圆心为起点，以1860mm为半径,在腹板3上划一定距杆孔基准圆；2)在腹板3两面，每隔60°各焊接I根辐条4 (含横幅条8)，辐条4和横幅条8的另一端与中心板5焊接，使校圆胎具10成为一个整体；
杆通孔。
3)在腹板3的两面，辐条4(含横幅条8)之间每隔20°焊接I件筋板2。
4)在腹板3上，两筋板2之间的定距杆孔基准圆的居中位置，钻直径25mm的定距
将上述制作的校圆胎具10进行消除应力处理。
对围板I的外壁和端面进行机械加工围板I的外壁直径控制在4OOO %.2，表面粗造度Ra 3. 2，两端面的表面粗造度Ra 25。按上述制作的校圆胎具10，经强度计算，其刚度完全满足筒体12校圆需要。制作定距杆11 :定距杆11采用直径为26mm的热轧圆钢，长度为2400mm,数量6 8根；在定距杆11的两头，车制M20的螺纹，螺纹长度150mm。组装校圆胎具组用定距杆11将两个校圆胎具10连接，利用下螺母13调整两校圆胎具10的平行度和同轴度，两校圆胎具10的平行度应不大于O. 5mm，同轴度应不大于
O.4mm,调整后,用上螺母14锁紧。制作筒体12 :设计规定筒体内直径4000mm，筒体板厚30mm，筒体长度2500mm，材质Q345R，按筒体中径周长尺寸展开下料，用卷板机预弯、卷制成形后，焊接纵焊缝，再在卷板机上初校圆。筒体12的精确校圆，按下列工序进行I)测量筒体12的最小内直径，并与校圆胎具10的外直径进行比较，求出其差值； 经测量，此筒体在卷板机上初校圆后，筒体的最小内直径与校圆胎具10的外直径的差值为 19mm ；2)确定筒体12的加热温度测量环境温度Tc为20V ’修正值η取40°C，由于筒体成形误差不大，且筒体壁厚仅30mm、筒体材料Q345R的屈服极限仅为245MPa，强度不大， 因此附加温度λ取10°C，按上述公式〖2〗计算，筒体加热的最终温度T为404°C。3)将筒体12立式放在加热炉(或热处理炉)的支承平台上，并与支承平台一同放入加热炉(热处理炉)内缓慢加热升温，当温度升至筒体加热的最终温度404°C时，停止加温；4)在地板(或平板)上事先装好垫块，将已被加热的筒体12从加热炉(或热处理炉)内取出放于垫块上，迅速将校圆胎具组吊入筒体12内，吊入后，应保证底部的校圆胎具10的围板I的下端面与筒体12下端面的距离a和上部的校圆胎具10的围板I的上端面与筒体12上端面的距离a在50mm-100mm之间。5)由于筒体12d成形误差不大，仅为19mm,板厚仅为30mm,筒体的屈服极限为 345MPa，因此，筒体放在常温下自然冷却，冷却后，经测量，筒体12的圆度为I. 2mm，小于设计规定的I. 5mm,满足筒体的设计和制造的精度要求。实施例2规格筒体内直径4000mm，筒体板厚40mm，筒体长度2500mm，材质Q345R。精度要求筒体圆度不大于I. 5mm。校圆胎具10制作由于被校圆的筒体12的壁厚40mm，与实施例I的筒体12的壁厚30mm仅相差10mm，为减少校圆胎具的规格，校圆胎具10的制作、组焊、消除应力处理和机械加工完全同实施例1，经强度计算，校圆胎具10的刚度完全满足筒体12校圆需要。。校圆胎具组的组焊和消除应力处理同实施例I。制作筒体12 :设计规定，筒体内直径4000mm，筒体板厚40mm，筒体长度2500mm，材质Q345R，按筒体中径周长尺寸展开下料，用卷板机预弯、滚卷成形后，焊接纵焊缝，再在卷板机上初校圆。筒体12的精确校圆方法同实施例I。由于筒体成形误差不大，仅为17mm,板壁最大厚仅为40mm,筒体的屈服极限为 345MPa，筒体放在常温下自然冷却，冷却后，经测量，筒体的圆度为I. 2mm，小于设计规定的
I.5_，满足筒体的设计和制造的精度要求。实施例3。规格筒体内直径4000mm，筒体板厚50mm，筒体长度2500mm，材质Q345R。精度要求筒体圆度不大于L 5mm。制作校圆胎具10 校圆胎具10的结构选择由于筒体内直径为4000mm,壁厚为50mm,为防止筒体校圆后搬运再的变形和筒体与筒体组对焊接中的变形，校圆胎具10采取整体式校圆胎具的结构。见图I，其制作方法如下I)根据公式⑴初步计算校圆胎具间的距离A = 2425 3180mm之间，因此筒体校圆胎具10的数量为2件；2)制作围板I :由于被校圆的筒体材料为Q345R，为碳素合金钢，因此，校圆胎具10 的围板I的材料采用Q235钢板卷制，围板I的宽度H取150mm，板厚b为25mm，校圆胎具 10的外直径D取被校圆的筒体的内直径4000mm，按此尺寸展开下料后，在卷板机上卷圆、焊接、校圆；3)制作腹板3 :腹板3采用Q235钢板，钢板厚度h为25臟，宽度c为280mm的弧形钢板拼焊而成，腹板3的外弧形与围板I的内圆相等；4)制作中心板5 :中心板5的材料采用Q235钢板,板厚25mm,外直径260mm,板中心钻直径25mm的定距杆通孔一个。5)制作辐条4和横幅条8 :均采用10号槽钢，长度为1850mm，辐条4共8根，横幅条8共4根。6)制作筋板2 :筋板2采用锲形结构，材料为Q235钢板，板厚25臟，短边为50臟， 长边为280mm，共36件。校圆胎具的组焊和消除应力处理同实施例I。对消除应力处理后的校圆胎具10的外壁和端面进行机械加工校圆胎具10的外壁直径控制在4000 ，表面粗造度Ra 3. 2，两端面的表面粗造度Ra 25。按上述制作的校圆胎具10，经强度计算，其刚度完全满足筒体12校圆需要。定距杆11的制作和校圆胎具组的组装同实施例I。制作筒体12 :设计规定，筒体内直径4000mm，筒体板厚50mm，筒体长度2500mm，材质Q345R，按筒体中径周长尺寸展开下料，用卷板机预弯、滚卷成形后，焊接纵焊缝，再在卷板机上初校圆。
筒体12的精确校圆工序及要求同实施例I。其中，筒体12的加热温度测量环境温度Tc为20°C，修正值η取40°C，由于筒体成形误差较不大，但筒体壁厚为50mm，筒体材料Q345R的屈服极限仅为245MPa，强度不大，因此附加温度λ取20°C，按上述公式〖23计算，筒体加热的最终温度T为414°C。由于筒体成形误差不大，仅为14mm、筒体板厚为50mm、筒体的屈服极限仅为 345MPa，筒体放在常温下自然冷却，冷却后，经测量，筒体的圆度不大于I. 3mm，小于设计规定的I. 5mm,满足筒体的设计和制造的精度要求。实施例4规格筒体内直径4000mm，筒体板厚70mm，筒体长度2500mm，材质Q345R。精度要求筒体圆度不大于I. 5mm。制作校圆胎具10 校圆胎具10的结构选择由于筒体内直径为4000mm，壁厚为70臟，筒体12的刚度较大，校圆胎具10的结构可选择可拆卸校圆胎具或整体式校圆胎具的结构，但由于所要制造的产品，长度达25000_，由11个筒体组成，为防止筒体校圆后，在搬运中的变形和筒体与筒体组对焊接中的变形，校圆胎具10仍采取整体式校圆胎具的结构。其制作方法如下I)根据公式⑴初步计算校圆胎具间的距离A = 2425 3180mm之间，因此筒体校圆胎具10的数量为2件；2)制作围板I :由于被校圆的筒体材料为Q345R，为碳素合金钢，因此，校圆胎具10 的围板I的材料采用Q235钢板卷制，围板I的宽度H取300mm，板厚b为30mm，校圆胎具 10的外直径D取被校圆的筒体的内直径4000mm，按此尺寸展开下料后，在卷板机上卷圆、焊接、校圆；3)制作腹板3 :腹板3采用Q235钢板，钢板厚度h为30臟，宽度c为280mm的弧形钢板拼焊而成，腹板3的外弧形与围板I的内圆相等；4)制作中心板5 :中心板5的材料采用Q235钢板,板厚30mm,外直径260mm,板中心钻直径为25mm的定距杆通孔一个。5)制作辐条4和横幅条8 :均采用10号槽钢，长度为1850mm，共12根。6)制作筋板2 :筋板2采用锲形结构，材料为Q235钢板，板厚30mm，短边为130mm， 长边为280mm，共36件。校圆胎具的组焊和消除应力处理同实施例I。对消除应力处理后的校圆胎具10的围板I的外壁和端面进行机械加工围板I的外壁直径控制在4OOO \2，表面粗造度Ra I. 6，两端面的表面粗造度Ra 2.5。按上述制作的校圆胎具10，经强度计算，其刚度完全满足筒体12的校圆需要。定距杆11的制作和校圆胎具组的组装同实施例I。制作筒体12 :设计规定，筒体内直径4000mm，筒体板厚70mm，筒体长度2500mm，材质Q345R，按筒体中径周长尺寸展开下料，用卷板机预弯、滚卷成形后，焊接纵焊缝，再在卷板机上初校圆。筒体12的精确校圆，按下列工序进行I)测量筒体12的最小内直径，并与校圆胎具10的外直径进行比较，求出其差值。经测量，此筒体在卷板机上初校圆后，其最小内直径与校圆胎具10的外直径的差值为12mm ；2)确定筒体12的加热温度测量环境温度Tc为20°C，修正值η取40°C，由于筒体成形误差较不大，但筒体壁厚较厚，为70mm，筒体材料Q345R的屈服极限仅为245MPa，强度不大，因此附加温度λ取50°C，按上述公式〖2〗计算，筒体加热的最终温度T为444°C。3)将筒体12立式放在加热炉(或热处理炉)的支承平台上，并一同放入加热炉 (热处理炉)内缓慢加热升温，当温度升至筒体加热的最终温度440°C时，停止加温；4)在平板(或地板)上事先装好垫块，将已被加热的筒体12从加热炉(或热处理炉)内取出放于垫块上，迅速将校圆胎具组吊入筒体12内，吊入后，应保证底部的校圆胎具10的围板I的下端面与筒体12下端面的距离a和上部的校圆胎具10的围板I的上端面与筒体12上端面的距离a在50mm-100mm之间。5)由于筒体成形误差不大,仅为12mm,筒体板厚70mm,筒体的屈服极限为345MPa, 筒体放在常温下自然冷却，冷却后，经测量，筒体的圆度为I. 3mm，小于设计规定的1.5mm， 满足筒体的设计和制造的精度要求。
权利要求
1.大直径金属筒体精确校圆方法，其特征在于，设置一由校圆胎具(10)组成的校圆胎具组，在校圆胎具(10)之间采用两端带螺纹的定距杆(11)连接，两个校圆胎具(10)间的距离A由下列公式13求出j = (6 ~ 8)^R-t ............ Ku式中A-两个校圆胎具(10)间的距离，mm;R-筒体内半径，mm ； t-筒体的壁厚，mm ；利用下螺母(13)调整两校圆胎具(10)的平行度和同轴度，使两个校圆胎具(10)的围板(I)的端面相互平行，并与两个校圆胎具(10)的圆心连线垂直，保证校圆胎的同轴度在吊装状态下不大于O. 5mm后，拧紧上螺母(14)，组成一校圆胎具组；在筒体校圆前，测量并记录筒体(12)的最小直径，将筒体(12)立式放在加热炉或热处理炉的支承平台上，与筒体(12)端面接触的支承平台表面应光滑，以减少筒体与支承平台之间的摩擦阻力，确保筒体温度变化时能自由伸缩，降低校圆后筒体支承段的残余应力；将装有筒体(12)的支承平台放入加热炉或热处理炉进行加热，加热温度应缓慢升高，其最终温度T由模拟试验或者由下列公式23计算得出T= (D-Dn)/( a Dn)+Tc+η + λ............ H23式中T-筒体加热的最终温度，°C ;D-校圆胎外径，mm ；Dn-筒体加热前的最小内径，mm ； α -材料的膨胀系数，10-6/oC ；Tc-环境温度，°C ;H-修正值，估计加热筒体出炉至完全套入校圆体期间，筒体温度的下降值，取40°C ；入-附加温度，取O 50°C，筒体成形误差较大或者筒体壁厚较厚、筒体材料强度较大时，温度取上限值；因为提高加热温度增大了加热筒体的膨胀量，延长筒体冷却收缩时间， 减小筒体收缩过程中内壁与校圆胎(10)外壁的摩擦阻力；待筒体(12)加热到最终加热温度后，测量筒体(12)的最小直径，当筒体(12)的最小直径大于校圆胎具(10)的外直径时，停止加热，将筒体(12)取出，装入校圆胎具组，并按一定的速度缓慢冷却，因校圆胎具(10)的刚度大于筒体(12)的刚度，利用校圆胎具(10)约束筒体(12)在冷却时的径向收缩，使筒体(12)的径向收缩力变为法向力，在法向力作用下，筒体(12)沿周向收缩变形，在筒体(12)冷却到室温时，筒体(12)的内表面与校圆胎具(10)外表面自然贴合，筒体(12)即达到要求的圆度；对于壁厚较小的筒体(12)，装入校圆胎具组后，在空气在自然冷却，对于壁厚较厚的筒体(12)，装入校圆胎具组后，放入加热炉或热处理炉中，利用加热炉或热处理炉的余热缓慢降温，使冷却速度更小，延缓筒体(12) 法向作用力的有效时间，提高筒体(12)的校圆精度。
2.根据权利要求I所述的大直径金属筒体精确校圆方法，其特征在于，所述的校圆胎具(10)是由围板(I)、筋板⑵、腹板⑶、福条(4)、中心板(5)和横辐条⑶组成；其中，围板⑴用金属板材卷制焊接而成，围板⑴的外直径D按筒体(12)的内直径确定，在围板(I)内壁居中位置焊接腹板(3)，在腹板(3)的两侧等距地焊接筋板(2);在筋板与筋板之间的腹板⑶上开有定距杆孔(9);福条⑷和横辐条⑶组焊在腹板(3)与中心板(5) 上，使校圆胎具(10)成为一个整体；辐条(4)和横辐条(8)采用槽钢或角钢或工字钢按所需尺寸做成，中心板中央开I个定距杆孔(9)，便于穿入定距杆(11)，辐条(4)、中心板(5) 和横辐条(8)在校圆时，起到稳定和提高校圆胎具(10)刚度的作用；为保证校圆胎具(10) 的精度，校圆胎具(10)组焊成为一个整体后，围板(I)的端面和外壁应进行机械加工，围板 (I)的端面的跳动允差应不大于O. 2mm，外壁的直径允差应不大于O. 2mm，外壁的表面粗糙度应不大于Ra 3. 2μπι，以减小摩擦阻力，使校圆的筒体(12)在校圆时，能自由收缩而不损伤筒体内壁；对于筒体刚性较高和厚壁较厚筒体(12)的校圆胎具(10)，做成两个半圆体， 再用定位销(6)和接板(7)连接成一个整体校圆胎具(10)。
3.根据权利要求I或2所述的大直径金属筒体精确校圆方法，其特征在于，所述的校圆胎具(10)的围板(I)的材料，应根据筒体(12)的材料性能要求选择，对于碳素钢和碳素合金钢，采用碳素钢板制作；对于不锈钢或镍、镍基合金或钛或钛合金或锆这些不允许铁离子污染的材料，围板(I)采用不锈钢或不含铁离子的金属材料制作。
4.根据权利要求I所述的大直径金属筒体精确校圆方法，其特征在于，所述的筒体(12)在制作中，由于受金属板材板幅宽度、卷板机卷辊长度及加热炉或热处理炉高度条件的限制，筒体(12)的长度均不大于4000mm，每一个筒体(12)在校圆时，采用上、下两个校圆胎具(10)用两端带螺纹的定距杆(11)连接，组成一校圆胎具组；为便于筒体(12)校圆后的组对、焊接；当校圆胎具组吊入筒体(12)后，上校圆胎具(10)的围板(I)的上端面与筒体(12)的上端面和下校圆胎具(10)的围板(I)的下端面与筒体(12)的下端面的距离 a控制在50mm-100mm之间。
全文摘要
大直径金属筒体精确校圆方法，利用金属材料热胀冷缩的物理特性，预先根据筒体尺寸和精度要求，制作校圆胎具，校圆胎具之间用两端带螺纹的定距杆连接，组成一校圆胎具组；将被校圆的筒体立式放在加热炉(或热处理炉)的支承平台上，然后放入加热炉(或热处理炉)进行加热，加热到最终加热温度后，将筒体取出，装入校圆胎具组，并缓慢冷却，在筒体冷却到室温时，筒体的内表面与校圆胎具外表面自然贴合，筒体即可达到要求的圆度；本发明与现有机械强力筒体校圆方法相比，具有校圆精度高，校圆后残余应力小的显著优点，可用于大直径金属筒体加工过程中的精确校圆，特别是强度高、壁厚大的大直径金属筒体和大直径旋转金属筒体的精确校圆。
文档编号B21D1/08GK102581076SQ20121003679
公开日2012年7月18日 申请日期2012年2月17日 优先权日2012年2月17日
发明者李安荣, 翁宇 申请人:云南大为化工装备制造有限公司