大直径金属筒体精确校圆方法技术

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；本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，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。
技术介绍
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
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术是通过如下技术方案来实现的。一种，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。本专利技术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，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：翁宇，李安荣，
申请(专利权)人：云南大为化工装备制造有限公司，
类型：发明
国别省市：