一种封头锻件通用热处理托盘的设计方法与流程

本发明涉及机械装备制造行业，具体是一种封头锻件通用热处理托盘的设计方法。

背景技术：

随着国家经济的快速发展，重型机械设备制造及能源开发利用对大型铸锻件的制造能力要求不断提高，很多设备部件所用锻件规格不断增大，性能要求也逐渐提升。同时，为提高设备的使用寿命，用户对关键主部件用锻件采取一体化的程度也在不断提高。其中，典型的球封头锻件如核电站核岛主设备用压力容器一体化下封头锻件，由原设计的下封头锻件及下封头锻件过渡段一体化而成。典型的椭球封头锻件如核电站核岛主设备用蒸汽发生器椭球封头锻件，由原设计椭球封头锻件盖和椭球封头锻件环一体化而成。

两封头锻件一体化之前规格相对较小，原有的热处理方式基本上均能满足最终产品的理化性能要求。锻件组合一体化为封头锻件后，口径和深度加大，按常规方法热处理，其淬火冷却效果明显变差，将影响产品的最终理化性能。为改善该类封头锻件的热处理淬火冷却效果提高产品质量，通过模拟分析决定采取开口向上加内汲水装置的方式。但是，由于封头锻件外壁为球或椭球状无法直接进行高温状态装炉、起吊，为实现该类封头锻件高温状态开口向上装炉、起吊淬火的目的，必须设计一种热处理托盘。

热处理托盘的形状取决于封头锻件开口尺寸和外壁形状，而不同封头锻件开口尺寸和外壁形状不尽相同，为不同封头锻件分别配备一件热处理托盘，从制造成本和生产周期上都很难实现。如果设计制造一种能够满足开口尺寸相近，可以起吊不同球半径封头锻件的热处理托盘，则可以大大节约成本，同时可以缩短制造周期。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供一种封头锻件通用热处理托盘的设计方法，能够解决现有技术成本高以及周期长的问题。

本发明是这样实现的，一种封头锻件通用热处理托盘的设计方法，所述设计方法包括如下步骤：

根据封头锻件的口径大小对封头锻件进行分类，口径相近的封头锻件归为一类；

根据口径相近的一类封头锻件的基本尺寸，确定热处理托盘支撑环的直径，然后设计支撑环；

根据封头锻件的整体形状特点及球面半径，确定支撑点的位置；

根据支撑点的位置、封头锻件的球半径、支撑环的直径和形状设计支撑镶块；

热处理托盘的主体支撑环和支撑镶块设计完成后，对其承载能力进行分析，然后根据分析结果对结构薄弱点进行优化。

进一步的，所述支撑环和所述支撑镶块材料为耐热钢。

进一步的，所述口径相近的封头锻件对应相同的通用热处理托盘，托盘的主体部分支撑环不变，附件支撑镶块进行调节。

进一步的，所述支撑环采用梯形截面，以保证拆装支撑镶块方便，且便于淬火时冷却水流的畅通。

进一步的，所述根据封头锻件的整体形状特点及球面半径，确定支撑点的位置时，支撑点不宜过于偏向封头锻件开口端，防止产生收口趋势。

进一步的，所述根据支撑点的位置、支撑环的直径和形状设计支撑镶块时，支撑镶块需要将支撑环和封头锻件隔离开一定距离，同时不宜过厚，以方便水流的通畅。

进一步的，根据口径相近的一类封头锻件的基本尺寸，确定热处理托盘支撑环的直径，然后设计支撑环，具体为：

对所述一类封头锻件的口径大小进行统计，以出现频次最多的封头锻件的口径大小作为参考数据设计所述支撑环的直径。

本发明提供的封头锻件通用热处理托盘的设计方法，通过设计相近球径面能够相互使用的通用支撑环，以及拆卸更换的支撑镶块，使得组成的托盘能够满足开口尺寸相近的封头锻件的使用需求，可以起吊不同球半径封头锻件并进行热处理，可以大大节约成本，同时可以缩短制造周期。

附图说明

图1是本发明实施例中一种封头锻件通用热处理托盘的设计方法的流程图；

图2是本发明实施例中一种封头锻件通用热处理托盘的结构示意图；

图3是本发明实施例中一种封头锻件通用热处理托盘的支撑环结构示意图；

图4是本发明实施例中一种球封头锻件在热处理前的结构示意图；

图5是本发明实施例中一种封头锻件通用热处理托盘的支撑镶块结构示意图；

图6是本发明实施例中一种封头锻件通用热处理托盘与球封头锻件配合的结构示意图；

图7是本发明实施例中一种椭球封头锻件在热处理前的结构示意图；

图8是本发明实施例中一种封头锻件通用热处理托盘的另一种支撑镶块结构示意图；

图9是本发明实施例中另一种封头锻件通用热处理托盘与椭球封头锻件配合的结构示意图。

附图中：1、支撑环；2、支撑镶块i；3、球封头锻件；4、支撑镶块ii；5、椭球封头锻件。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一

如图1所示，图1是本发明实施例中一种封头锻件通用热处理托盘的设计方法的流程图。在本发明实施例中，一种封头锻件通用热处理托盘的设计方法，所述设计方法包括如下步骤：

步骤s101，根据封头锻件的口径大小对封头锻件进行分类，口径相近的封头锻件归为一类，设计一种通用的热处理托盘；

步骤s102，根据口径相近的一类封头锻件的基本尺寸，确定热处理托盘支撑环的直径，然后设计支撑环；

步骤s103，根据封头锻件的整体形状特点及球面半径，确定支撑点的位置；

步骤s104，根据支撑点的位置、封头锻件的球半径、支撑环的直径和形状设计支撑镶块：

步骤s105，热处理托盘的主体支撑环和支撑镶块设计完成后，对其承载能力进行分析，然后根据分析结果对结构薄弱点进行优化。

在本发明实施例中，支撑环直径较大，高温状态频繁使用容易发生变形，因此，在选材上尽量选用高温屈服强度较高的耐热钢，即所述支撑环和所述支撑镶块材料为耐热钢。

在本发明实施例中，所述口径相近的封头锻件对应相同的通用热处理托盘，托盘的主体部分支撑环不变，附件支撑镶块进行调节。

在本发明实施例中，由于支撑环和支撑镶块在使用时需要装配在一起，且需要在高温状态下经历承载保温，起吊淬火的过程，因此支撑环的设计需考虑到和支撑镶块拆装方便。本发明实施例中设计的支撑环采用梯形截面，一方面保证拆装支撑镶块方便，另一方面保证淬火时冷却水流的畅通。同时保证拆装支撑镶块方便，且便于淬火时冷却水流的畅通。

在本发明实施例中，所述根据封头锻件的整体形状特点及球面半径，确定支撑点的位置时，支撑点偏向封头开口端，径向分力过大，易产生收口趋势，所以支撑点不宜过于偏向封头锻件开口端，防止产生收口趋势。另外，还需要结合封头的重量确定支撑点的个数。同时，支撑点还需均匀分布。

进一步的，所述根据支撑点的位置、支撑环的直径和形状设计支撑镶块时，为保证封头热处理的淬火冷却效果，支撑镶块需要将支撑环和封头隔离开一定距离，同时为尽量减小支撑镶块对水流的影响，支撑镶块的厚度不宜过厚。另外，支撑镶块需要根据封头的形状进行更换，因此，设计支撑镶块时同样需要考虑方便安装和拆卸。

进一步的，根据口径相近的一类封头锻件的基本尺寸，确定热处理托盘支撑环的直径，然后设计支撑环，具体为：

对所述一类封头锻件的口径大小进行统计，以出现频次最多的封头锻件的口径大小作为参考数据设计所述支撑环的直径。

在本发明实施例中，封头锻件是指用以封闭容器端部使其内外介质隔离的元件，又称端盖。圆筒形容器的封头锻件一般都是回转壳体。按封头锻件表面的形状可分为凸形、锥形、平板形和组合形。凸形封头锻件是指外表面形状为凸面的封头锻件，如半球形、椭圆形、碟形和无折边球形封头锻件等。具体的，本发明实施例提供的托盘主要以用于球型或者椭球型封头锻件的支撑和装载为例说明，但并不代表限制仅适用于这两类。

本发明实施例提供的托盘通过将支撑镶块可拆卸设置在支撑环上，以便根据封头锻件球径的不同来选择相应的支撑镶块，并将该支撑镶块安装在支撑环上，以达到支撑环的通用性，降低托盘生产制造的成本，从而降低封头锻件生产制造的成本。

在本发明实施例中，针对回转体封头锻件，其回转的半径决定了封头锻件的口径，通过将口径相同或者相差不大的封头锻件作为同一类锻件，进而对这一类封头锻件进行通用支撑环的设计，解决相近口径、不同球半径封头锻件开口向上热处理的装炉和起吊淬火问题。

本发明提供的封头锻件通用热处理托盘的设计方法，通过设计相近球径面能够相互使用的通用支撑环，以及拆卸更换的支撑镶块，使得组成的托盘能够满足开口尺寸相近的封头锻件的使用需求，可以起吊不同球半径封头锻件并进行热处理，可以大大节约成本，同时可以缩短制造周期。

实施例二

如图2-9所示，如图2～3所示，为本发明实施例中一种封头锻件通用热处理托盘以及托盘的支撑环结构示意图，在本发明实施例中，以设计一种椭球封头锻件和一种球封头锻件通用的热处理托盘为例进行说明，本设计方法所举例涉及的球封头锻件和椭球封头锻件的共用支撑环1重量约36.97吨。

图4为本发明实施例中举例之一的球封头锻件在热处理前的结构示意图，图5是本发明实施例中一种封头锻件通用热处理托盘的支撑镶块结构示意图，其为球封头锻件3专用支撑镶块i2，重量约0.53吨/件，共计8件，总重量4.24约占球封头热处理托盘总重量的10％，即在与球封头专用支撑镶块i2组成的热处理托盘中该共用支撑环1约占总重量的90％；图6本发明实施例中一种封头锻件通用热处理托盘与球封头锻件配合的结构示意图，托盘托起封头后进行装炉，起吊，转移淬火等工序。

图7为本发明实施例中举例之一的椭球封头在热处理前的状态图示意图，图8是本发明实施例中一种封头锻件通用热处理托盘的支撑镶块结构示意图，其为椭球封头锻件5专用支撑镶块ii4，其重量约0.44吨/件，共计8件，总重量3.52吨。结合前面所述的公用支撑环重量，该椭球封头锻件5热处理托盘中共用支撑环1约占总重量91％，8件支撑镶块ii4约占9％；图8本发明实施例中一种封头锻件通用热处理托盘与球封头锻件配合的结构示意图，托盘托起封头后进行装炉，起吊，转移淬火等工序。

本发明提供的封头锻件通用热处理托盘的设计方法，通过设计相近球径面能够相互使用的通用支撑环，以及拆卸更换的支撑镶块，使得组成的托盘能够满足开口尺寸相近的封头锻件的使用需求，可以起吊不同球半径封头锻件并进行热处理，可以大大节约成本，同时可以缩短制造周期。

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。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。