一种大型铝合金环件的校圆方法与流程

本发明涉及铝合金加工技术领域，更具体地说，涉及一种大型铝合金环件的校圆方法。

背景技术：

热处理可强化铝合金通过固溶淬火及时效获得材料所需的组织和性能，铝合金制件在高温固溶后需快速入水淬火，在淬火时因制件冷却不均匀将导致制件产生淬火变形，大型铝合金制件淬火时冷却不均匀增大，其淬火变形也更严重，因此大型铝合金制件淬火变形的控制及校形是生产中工艺技术必须解决的问题。

图1所示是一种环件常用的简易校圆工装，用顶杆03加千斤顶02，支撑在铝合金环件01最小直径位置，通过调节千斤顶02使铝合金环件01该方向的直径逐渐变大，从而达到校圆的目的。铝合金环件01热处理前环件内应力小可用该种方法；但固溶淬火后环件残余应力较大，不宜用该种方法校圆。

大型铝合金环件的冷变形、校圆最理想的工艺方法是胀形，通过专用胀形机可实现环件均匀冷变形，环件圆度可控制在5mm以内。但国内最大的胀形机可满足4m环件的胀形，对于10m级环件等大型环件目前国内外均没有相适应的胀形机，且设计一台适用于10m级环件等大型环件的胀形机难度很大，其制造费用也相当高。

综上所述，如何有效地解决大型铝合金环件的校圆困难、成本高等问题，是目前本领域技术人员需要解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种大型铝合金环件的校圆方法，该校圆方法可以有效地解决大型铝合金环件的校圆困难、成本高的问题。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种大型铝合金环件的校圆方法，包括：

测量铝合金环件的外圆周长，确定所述外圆周长对应的标准圆外径，由所述标准圆外径计算获得n等分标准圆对应的每段标准弧长，由所述标准弧长将所述铝合金环件整环n等分，并标记等分点，其中，n为大于或等于3的正整数；

将铝合金环件吊起并放置于卷板机的辊床上，在所述卷板机的上辊或下辊上、对应所述铝合金环件的内外两侧分别套装内限位挡环和外限位挡环，并在所述铝合金环件的左右两侧安装支撑架；

确定滚卷校圆的分段弧长，并获取所述标准圆对应所述分段弧长的标准弦长，所述分段弧长为所述标准弧长的整数倍，通过所述等分点并依据所述分段弧长将所述铝合金环件划分成多个弧段；

测量各所述弧段对应的实测弦长，比较各所述实测弦长与所述标准弦长，对所述实测弦长大于所述标准弦长的各弧段进行分段滚卷校圆。

优选地，上述校圆方法中，多个所述弧段中每相邻的两个所述弧段均包含了两个相同的所述等分点。

优选地，上述校圆方法中，所述n取6，且所述分段弧长为所述标准弧长的两倍，且所述通过所述等分点并依据所述分段弧长将所述铝合金环件划分成多个弧段，具体包括：

通过所述等分点并依据所述分段弧长将所述铝合金环件划分成六个弧段。

优选地，上述校圆方法中，所述测量各所述弧段对应的实测弦长，比较各所述实测弦长与所述标准弦长，对所述实测弦长大于所述标准弦长的各弧段进行分段滚卷校圆，具体包括：

测量各所述弧段对应的实测弦长，从实测弦长最大的所述弧段开始滚卷，并当该弧段的实测弦长与所述标准弦长的差值在第一预设允许误差范围内时，停止该弧段的滚卷校圆；

测量剩余各弧段的实测弦长值，依次进行下一个实测弦长最大的弧段的滚卷校圆，直至各所述弧段的实测弦长的最大差值在第二预设允许误差范围内时，停止分段滚卷校圆。

优选地，上述校圆方法中，所述获取所述标准圆对应所述分段弧长的标准弦长，具体包括：

通过作图或计算确定出所述标准圆与所述分段弧长的长度一致的标准圆弧的弦长，将所述标准圆弧的弦长与所述铝合金环件受重力因素下榻变形引起的弦长增长值相加作为所述标准弦长。

优选地，上述校圆方法中，在校圆全过程中，保持所述铝合金环件中的轴心线和所述卷板机的上辊中心线在同一垂直面内。

优选地，上述校圆方法中，所述支撑架包括支撑主体和安装于所述支撑主体顶端的挡轮，所述在所述铝合金环件的左右两侧安装支撑架，具体包括：

在所述铝合金环件的左右两侧安装支撑架，使所述挡轮与所述铝合金环件的外圆面相抵，并将所述挡轮与所述上辊校水平。

优选地，上述校圆方法中，所述将铝合金环件吊起，具体包括：

将所述铝合金环件滑动安装于吊具上，所述吊具将所述铝合金环件吊起。

优选地，上述校圆方法中，所述比较各所述实测弦长与所述标准弦长，对所述实测弦长大于所述标准弦长的各弧段进行分段滚卷校圆，具体包括：

先进行整圆预卷，将整个所述铝合金环件在所述卷板机上慢速滚卷第一预设数量整圈；而后比较各所述实测弦长与所述标准弦长，对所述实测弦长大于所述标准弦长的各弧段进行分段滚卷校圆；分段滚卷校圆之后再进行整圆整形，将整个所述铝合金环件在所述卷板机上慢速滚卷第二预设数量整圈整形。

优选地，上述校圆方法中，所述将铝合金环件吊起并放置于卷板机的辊床上之前，还包括：

选择能够对所述铝合金环件进行卷弯的卷板机，并检查所述卷板机的上辊和下辊中心满足平行度要求，辊面满足表面要求。

应用本发明提供的大型铝合金环件的校圆方法，先将铝合金环件整环等分，并滚卷校圆的分段弧长，而后测量各弧段对应的实测弦长，比较各实测弦长与标准弦长，对实测弦长大于标准弦长的各弧段进行分段滚卷校圆，实测弦长小于等于标准弦长的弧段不需要滚卷校圆。通过将整环按弧长等分，对等分弧段反复滚卷校圆，使每段弦长逐渐逼近标准圆弦长，从而达到校圆目的。由于目前10m级等大型铝合金环件校圆需要10m等大型胀形机，国内设计一台10m环件的胀形机难度很大，其制造费用预计将达到6000万元以上。本发明在10m级大型铝合金环件生产量少的情况下，利用现有的大型卷板机，只投入极少的工装，就能实现铝合金环件的淬火后校圆，节约了胀形机的巨额装备投入费用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中环件常用的简易校圆工装；

图2为本发明一个具体实施例的校圆示意图；

图3位铝合金环件一种等分方式示意图；

图4为需要滚卷校圆的弧段示意图。

附图中标记如下：

铝合金环件01，千斤顶02，顶杆03；

铝合金环件1，上辊2，下辊3，吊具4，支撑架5，内限位挡环6，外限位挡环7，挡轮51；

实测弦长l1；标准弦长l2。

具体实施方式

本发明实施例公开了一种大型铝合金环件的校圆方法，以便于大型铝合金环件的校圆，降低校圆成本。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图2-图4，图2为本发明一个具体实施例的校圆示意图；图3位铝合金环件一种等分方式示意图；图4为需要滚卷校圆的弧段示意图。

在一个具体实施例中，本发明提供的大型铝合金环件的校圆方法，包括一下步骤：

s1：测量铝合金环件1的外圆周长，确定外圆周长对应的标准圆外径，由标准圆外径计算获得n等分标准圆对应的每段标准弧长，由标准弧长将铝合金环件1整环n等分，并标记等分点，其中，n为大于或等于3的正整数。

首先，测量大型铝合金环件1的外圆周长，需要说明的是，本申请中提到的大型指10级及以上的铝合金环件1。例如铝合金环件1为10m级重型运载火箭所需的特大型铝合金环锻件，材料为2219热处理可强化铝合金，环件采用铸锭锻造制坯后环轧成形，环件外径φ9500mm～φ9620mm，壁厚120mm～160mm，高度600～700mm。以下以下述规格的铝合金环件1为例进行说明：标准圆外径φ9600mm、壁厚150mm、高度670mm的10m样件环。

由于铝合金环件1圆度不规则，因而需要测量铝合金环件1整个外圆周长，再计算出铝合金环件1标准外径。例如：测量环件外圆周长为30159mm，则该铝合金环件1对应的标准圆外径为φ9600mm。根据需要将铝合金环件1进行n等分，n为大于或等于3的正整数，如3等分、6等分、9等分等。下述各实施例中均以6等分为例说明，则由标准圆外径计算获得6等分标准圆对应的每段标准弧长为5026.5mm。

根据标准弧长，将铝合金环件1整环六等分，并在等分端面做好等分点标记，具体可以分别用钢印打上位置记号：a、b、c、d、e、f，如图3中所示。

s2：将铝合金环件1吊起并放置于卷板机的辊床上，在卷板机的上辊2或下辊3上、对应铝合金环件1的内外两侧分别套装内限位挡环6和外限位挡环7，并在铝合金环件1的左右两侧安装支撑架5。

需要说明的是，该步骤中内限位挡环6和外限位挡环7的安装顺序可以不做具体限定。优选的，以在卷板机的上辊2上进行限位为了，按照如下顺序安装：在卷板机的上辊2上安装卷板机辊内限位挡环6→将铝合金环件1起吊放置于辊床上→在卷板机的上辊2上安装外限位挡环7→安装支撑架5→调整铝合金环件1、设备、工装位置，确认符合工作条件。

s3：确定滚卷校圆的分段弧长，并获取标准圆对应分段弧长的标准弦长l2，分段弧长为标准弧长的整数倍，通过等分点并依据分段弧长将铝合金环件1划分成多个弧段。

确定滚卷校圆的分段弧长，整环按弧长六等分，等分位置为a、b、c、d、e、f；优选的确定每段滚弯校圆弧段，即分段弧长为三分之一标准圆弧长，即图中abc、bcd、cde、def、efa、fab共六段弧长，样件环分段弧长为10053mm。也就是将二倍标准弧长作为分段弧长，并根据等分点和分段弧长将铝合金环件1划分成多个弧段。

划分完成后，通过作图或计算确定出标准圆对应分段弧长的弦长值，该实施例中，样件环标准圆对应6个弧段的弦长值为8053.6mm。

s4：测量各弧段对应的实测弦长l1，比较各实测弦长l1与标准弦长l2，对实测弦长l1大于标准弦长l2的各弧段进行分段滚卷校圆。

根据弧段划分结果，分别测量各个弧段的实测弦长l1，需要说明的是，测量各个弧段的实测弦长l1与获取标准圆对应分段弧长的标准弦长l2两个步骤之间并不限定其先后关系，可根据需要先测量实测弦长l1再获取标准弦长l2。实测弦长l1优选采用内径弦长值。根据测量获得的实测弦长l1，将其与标准弦长l2进行比较，实测弦长l1大于标准弦长l2的弧段需要滚卷校圆(例如图4中ac实测弦长l1大于标准弦长l2，abc弧段需要滚卷)，实测弦长l1小于等于标准弦长l2的弧段不需要滚卷校圆。

应用本发明提供的大型铝合金环件的校圆方法，通过将整环按弧长等分，对等分弧段反复滚卷校圆，使每段弦长逐渐逼近标准圆弦长，从而达到校圆目的。由于目前10m级等大型铝合金环件1校圆需要10m等大型胀形机，国内设计一台10m环件的胀形机难度很大，其制造费用预计将达到6000万元以上。本发明在10m级大型铝合金环件1生产量少的情况下，利用现有的大型三辊卷板机，只投入极少的工装，就能实现铝合金环件1的淬火后校圆，节约了胀形机的巨额装备投入费用。

优选的，多个弧段中每相邻的两个弧段均包含了两个相同的等分点。如上述的，以abc、bcd、cde、def、efa、fab进行分段，则abc和bcd弧段中均包含b和c两个等分点。也就是n取6、且分段弧长为标准弧长的两倍时，则通过等分点并依据分段弧长将铝合金环件1划分成多个弧段，具体包括：通过等分点并依据分段弧长将铝合金环件1划分成六个弧段，每相邻的两个弧段包括弧长为标准弧长的交集。如此分段，在滚卷校圆时，相邻各个弧段有交集，因而弧段之间过渡的更好，更有利于降低铝合金环件1的不圆度。

在上述各实施例中，比较各实测弦长l1与标准弦长l2，对实测弦长l1大于标准弦长l2的各弧段进行分段滚卷校圆，具体包括：

测量各所述弧段对应的实测弦长l1，从实测弦长l1最大的弧段开始滚卷，并当该弧段的实测弦长l1与标准弦长l2的差值在第一预设允许误差范围内时，停止该弧段的滚卷校圆；

测量剩余各弧段的实测弦长l1值，依次进行下一个实测弦长l1最大的弧段的滚卷校圆，直至各弧段的实测弦长l1的最大差值在第二预设允许误差范围内时，停止分段滚卷校圆。

也就是采用分段反复滚卷校圆方法。首先从实测弦长l1中最大弦长弧段开始滚卷，第一预设允许误差范围具体可以为±5mm，则当实测弦长l1≈标准弦长l2±5mm时，停止该弧段的滚卷；而后测量剩余其它弧段的实测弦长l1，依次进行下一个实测弦长l1中最大弦长弧段的滚卷校圆；每次滚卷完成后均要测量其余弧段的实测弦长l1，每次滚卷弧段始终为环件最大弦长段。第二预设允许误差范围具体可以为小于10mm，则当ac、bd、ce、df、ea、fb这6段实测弦长l1最大差值在10mm以下时，停止分段滚卷。

在上述各实施例中，获取标准圆对应分段弧长的标准弦长l2，具体包括：

通过作图或计算确定出标准圆与分段弧长的长度一致的标准圆弧的弦长，将标准圆弧的弦长与铝合金环件1受重力因素下榻变形引起的弦长增长值相加作为标准弦长l2。

由于环件直立时受重力作用出现整体下塌变形，如图4所示，经实际测量ac位置内径的实际弦长将增～40mm，则该对应上述规格的铝合金环件1，滚卷过程中标准圆弦长实际值≈8093mm。也就是标准弦长l2采用与分段弧长的长度一致的标准圆弧的弦长，与弦长增长值之和，具体弦长增长值的范围为35-45mm，优选为40mm。当然，根据铝合金环件1的具体规格，该弦长增长值的具体大小可相应的通过试验测试等方式确定。

进一步地，在上述各实施例中，在校圆全过程中，保持铝合金环件1中的轴心线和卷板机的上辊2中心线在同一垂直面内。具体可通过在安装时调整位置以保证铝合金环件1中的轴心线和卷板机的上辊2中心线在同一垂直面内。具体的，内限位挡环6与外限位挡环7的间距＝环件高度+4～6mm；滑动吊具4一直挂在行车钩头内，校圆过程中对环件处于半约束状态；调节2个支撑架5的合适距离，使环件既能卡在两个支撑架5内，又不会挤压环件造成环件位置偏移；将支撑架5与卷板机内限位挡环6和外限位挡环7校水平，其偏差值＜2mm，使环件轴心线和卷板机的上辊2中心线始终位于同一垂直面内。

更进一步地，支撑架5包括支撑主体和安装于支撑主体顶端的挡轮51，则在铝合金环件1的左右两侧安装支撑架5，具体包括：

在铝合金环件1的左右两侧安装支撑架5，使挡轮51与铝合金环件1的外圆面相抵，并将挡轮51与上辊2校水平。因而，安装时调节2个水平支撑架5的合适距离，使环件既能卡在挡轮51内，又不会挤压环件造成环件位置偏移；将挡轮51与卷板机上辊2限位挡环6校水平，其偏差值＜2mm，使环件轴心线和卷板机的上辊2中心线始终位于同一垂直面内。具体支撑主体可以包括水平支撑板和固定于水平支撑板上的倾斜支撑杆，倾斜支撑杆与水平支撑板之间固定连接有加强筋板，倾斜支撑杆的顶端安装有挡轮51。

具体的，将铝合金环件1吊起，具体包括：

将铝合金环件1滑动安装于吊具4上，吊具4将铝合金环件1吊起。也就是吊具4为滑动吊具4，因而能够对铝合金环件1起到支撑作用的同时，便于铝合金环件1的转动，并在校圆过程中对铝合金环件1进行约束。具体滑动吊具4的结构请参考现有技术中的常规设置，此处不作具体限定。

在上述各实施例中，比较各实测弦长l1与标准弦长l2，对实测弦长l1大于标准弦长l2的各弧段进行分段滚卷校圆，具体包括：

先进行整圆预卷，将整个铝合金环件1在卷板机上慢速滚卷第一预设数量整圈；而后比较各实测弦长l1与标准弦长l2，对实测弦长l1大于标准弦长l2的各弧段进行分段滚卷校圆；分段滚卷校圆之后再进行整圆整形，将整个铝合金环件1在卷板机上慢速滚卷第二预设数量整圈整形。具体第一预设数量整圈可以为2圈，第二预设数量整圈可以为4-5圈。通过先整圆预卷，再分段滚卷，最后整圆整形，可以进一步提升校圆效果。

进一步地，将铝合金环件1吊起并放置于卷板机的辊床上之前，还包括：

选择能够对铝合金环件1进行卷弯的卷板机，并检查卷板机的上辊2和下辊3中心满足平行度要求，辊面满足表面要求。也就是先进行卷板机设备选择及检查，具体的，校圆卷板机的参数满足10m级等对应大型铝合金环件1顺利放入卷板机并实施卷弯的条件。以上文所述规格铝合金环件1为例，选择80×3200mm大型三辊对称立式卷板机为校圆设备，其上辊2直径770mm，下辊3直径460mm，上辊2及下辊3(外径)垂直最大间距210mm。

校圆前检查确认设备处于完好状态，要求上辊2及下辊3中心平行(平行度≤0.1mm)，辊表面光滑、平整、无凹坑及凸起等。

综上，本申请提供的大型铝合金环件1的校圆方法，优选的通过以下步骤：卷板机设备选择及检查→专用校圆工装准备→铝合金环件1校圆前尺寸检测→铝合金环件1六等分及标识→校圆工装的安装、铝合金环件1在卷板机的定位→滚卷校圆及测量→撤卸工装、铝合金环件1吊出卷板机→铝合金环件1校圆后尺寸检测。也就是将整环按弧长等分，通过对等分弧段反复滚卷校圆，使每段弦长逐渐逼近标准圆弦长，从而达到校圆目的。在10m级等铝合金环件1生产量少的情况下，利用现有的大型三辊卷板机，只投入极少的工装，就能实现环件的淬火后校圆，节约了胀形机的巨额装备投入费用。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。