薄壁圆筒防变形内撑工装.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201911348536.1 (22)申请日 2019.12.24 (71)申请人 西安航天动力机械有限公司 地址 710025 陕西省西安市田王街特字一 号14号 (72)发明人 魁国祯赵清辰刘丽莉张武 杨军张珊熊然王秉祥 杨礼军杨波贺志勇 (74)专利代理机构 西北工业大学专利中心 61204 代理人 慕安荣 (51)Int.Cl. C21D 1/26(2006.01) C21D 9/00(2006.01) B23K 37/053(2006.01) (54)发明名称 一种薄壁。

2、圆筒防变形内撑工装 (57)摘要 一种薄壁圆筒防变形内撑工装， 利用支撑圆 盘转动杆上的方头与支撑圆盘中心的方孔互相 配合， 实现支撑圆盘上的支撑圆角在分瓣弧撑内 型面上的深度渐变槽内的周向移动； 利用分瓣弧 撑导向架与分瓣弧撑一侧表面导向槽的相互作 用， 实现分瓣弧撑在圆周直径方向上的移动。 当 支撑圆角转过分瓣弧撑内型面深度渐变槽拐点 时， 分瓣弧撑外型面与圆筒内型面紧密贴合， 圆 筒被刚性撑圆， 为薄壁圆筒提供足够的刚性， 使 其在外表面零件焊接、 整体退火等热加工过程中 不会发生变形， 从而保证薄壁圆筒在热加工后的 圆度指标满足设计要求， 达到防变形的目的。 权利要求书1页 说明书4页。

3、 附图3页 CN 111020130 A 2020.04.17 CN 111020130 A 1.一种薄壁圆筒防变形内撑工装， 其特征在于， 包括支撑圆盘转动杆、 分瓣弧撑导向 架、 支撑圆盘和分瓣弧撑； 其中所述支撑圆盘转动杆的圆管插入该分瓣弧撑导向架内， 并使 该支撑圆盘转动杆一段的立板位于该分瓣弧撑导向架的端头固定板外； 所述支撑圆盘套装 在支撑圆盘转动杆另一端的方头上； 所述分瓣弧撑有4块， 分别卡装在所述支撑圆盘的支撑 圆角上。 2.如权利要求1所述薄壁圆筒防变形内撑工装， 其特征在于， 所述支撑圆盘转动杆杆身 的一端有方形的端板， 在该杆身的另一端端头为方头； 在所述端板的表面有轴。

4、向凸出的一 对相互平行的立板， 并且该立板几何中心有通孔， 用于钢管的穿入。 3.如权利要求1所述薄壁圆筒防变形内撑工装， 其特征在于， 所述分瓣弧撑导向架包括 支撑环、 导向架、 端头固定板和工艺板； 在该端头固定板的下表面固定在所述四根导向架的 上端端面， 并使所述四根导向架沿所述端头固定板下表面的外缘均布； 在所述固定板的下 表面均布有四个工艺板， 并使各所述工艺板分别与所述导向架的位置一一对应； 在所述四 根导向架之间有上下分布的两个支撑环， 各所述导向架固定在所述的两个支撑环的外圆周 表面； 装配时， 使各导向架的端头伸入各所述分瓣弧撑的导向槽内。 4.如权利要求1所述薄壁圆筒防变形。

5、内撑工装， 其特征在于， 所述四根导向架沿所述端 头固定板下表面的外缘均布； 各所述导向架宽度的表面垂直于所处位置的支撑环外圆周表 面。 5.如权利要求1所述薄壁圆筒防变形内撑工装， 其特征在于， 所述支撑圆盘的中心有方 形的通孔， 并使该方形通孔的中心与支撑圆盘的中心重合； 在该圆盘的圆周表面均布有4个 支撑圆角， 所述支撑圆角根部弧长为45.7mm， 顶部圆弧半径为5mm， 径向高度13mm。 6.如权利要求1所述薄壁圆筒防变形内撑工装， 其特征在于， 所述分瓣弧撑为块状； 该 分瓣弧撑的一个表面为弧面， 于该弧面相对应的另一个表面为平面； 所述弧面与所支撑的 圆筒的内型弧面一致， 圆心角。

6、为74 ； 在该分瓣弧撑平面上加工有深度渐变的凹槽， 该凹槽 长度为向深度呈两个弧面， 其中一个弧面的半径为75mm， 另一个弧面的半径为64mm； 两个弧 面之间通过半径为4.5mm的过度圆环衔接； 所述过渡圆环位于该凹槽长度方向的二分之一 处， 所述凹槽的宽度为40mm； 在该分瓣弧撑的一个侧表面有导向槽为导向架安装槽。 权利要求书 1/1 页 2 CN 111020130 A 2 一种薄壁圆筒防变形内撑工装 技术领域 0001 本发明涉及热加工工装装置技术领域。 具体是设计制作了一种应用于薄壁圆筒外 表面零件焊接、 薄壁圆筒整体热处理防变形工装。 背景技术 0002 固体火箭发动机金属壳。

7、体为最大限度减少消极重量， 壳体均为薄壁弱刚性结构。 根据总体要求， 金属壳体外表面设计有大量外部零件， 外部零件焊接在金属壳体外表面， 焊 接后为保证焊缝内部成型质量， 需要进行退火处理。 在这个过程中， 外部零件焊接时产生收 缩变形， 壳体退火时焊接应力及圆筒旋压应力释放会导致壳体圆筒变形， 最终导致金属壳 体圆筒圆度达不到产品精度要求。 0003 专利CN206355652U公开了一种薄壁管形位公差控制治具， 其主要特征在于设计的 内撑圆工装是通过传动锥形盘上的传动螺纹作用于滑块， 使滑块沿径向移动， 从而起到将 薄壁管撑圆， 在加工过程中减少变形的目的。 但这种利用螺纹传动的工装， 不。

8、适宜在热加工 过程中使用， 尤其是在整体入炉热处理过程中， 螺纹自身会产生变形， 导致工装在热处理后 极难从薄壁管中取出。 专利CN109366052A公开了一种可伸缩的内撑工装， 其主要特征是利 用工装两端的双螺旋结构， 使工装两端的支撑板贴合至圆筒表面实现对圆筒的撑圆。 但这 种工装采用的螺纹结构容易在热处理过程中产生变形， 使得工装拆卸困难。 发明内容 0004 为克服现有技术中存在的热处理过程中产生变形导致工装拆卸困难的不足， 本发 明提出了一种薄壁圆筒防变形内撑工装。 0005 本发明包括支撑圆盘转动杆、 分瓣弧撑导向架、 支撑圆盘和分瓣弧撑。 其中所述支 撑圆盘转动杆的圆管插入该分。

9、瓣弧撑导向架内， 并使该支撑圆盘转动杆一段的立板位于该 分瓣弧撑导向架的端头固定板外。 所述支撑圆盘套装在支撑圆盘转动杆另一端的方头上。 所述分瓣弧撑有4块， 分别卡装在所述支撑圆盘的支撑圆角上。 0006 所述支撑圆盘转动杆杆身的一端有方形的端板， 在该杆身的另一端端头为方头。 在所述端板的表面有轴向凸出的一对相互平行的立板， 并且该立板几何中心有通孔， 用于 钢管的穿入。 0007 所述分瓣弧撑导向架包括支撑环、 导向架、 端头固定板和工艺板； 在该端头固定板 的下表面固定在所述四根导向架的上端端面， 并使所述四根导向架沿所述端头固定板下表 面的外缘均布； 在所述固定板的下表面均布有四个工。

10、艺板， 并使各所述工艺板分别与所述 导向架的位置一一对应； 在所述四根导向架之间有上下分布的两个支撑环， 各所述导向架 固定在所述的两个支撑环的外圆周表面； 装配时， 使各导向架的端头伸入各所述分瓣弧撑 的导向槽内。 0008 所述四根导向架沿所述端头固定板下表面的外缘均布； 各所述导向架宽度的表面 垂直于所处位置的支撑环外圆周表面。 说明书 1/4 页 3 CN 111020130 A 3 0009 所述支撑圆盘的中心有方形的通孔， 并使该方形通孔的中心与支撑圆盘的中心重 合。 在该圆盘的圆周表面均布有4个支撑圆角， 所述支撑圆角根部弧长为45.7mm， 顶部圆弧 半径为5mm， 径向高度1。

11、3mm。 0010 所述分瓣弧撑为块状。 该分瓣弧撑的一个表面为弧面， 于该弧面相对应的另一个 表面为平面。 所述弧面与所支撑的圆筒的内型弧面一致， 圆心角为74 。 在该分瓣弧撑平面 上加工有深度渐变的凹槽， 该凹槽长度为向深度呈两个弧面， 其中一个弧面的半径为75mm， 另一个弧面的半径为64mm； 两个弧面之间通过半径为4.5mm的过度圆环衔接。 所述过渡圆环 位于该凹槽长度方向的二分之一处， 所述凹槽的宽度为40mm。 在该分瓣弧撑的一个侧表面 有导向槽为导向架安装槽。 0011 本发明利用支撑圆盘转动杆上的方头与支撑圆盘中心的方孔互相配合， 实现支撑 圆盘上的支撑圆角在分瓣弧撑内型面。

12、上的深度渐变槽内的周向移动； 利用分瓣弧撑导向架 与分瓣弧撑一侧表面导向槽的相互作用， 实现分瓣弧撑在圆周直径方向上的移动。 使用时， 利用棒状工具伸入支撑圆盘转动杆立板上的圆孔内， 转动支撑圆盘转动杆， 在支撑圆盘转 动杆方头的带动下， 支撑圆盘开始旋转； 利用棒状工具穿过弧撑导向架工艺板中间圆孔， 施 加与支撑圆盘转动杆转动方向相反的力， 使得支撑圆盘的支撑圆角从分瓣弧撑深度渐变槽 内深度较深处项深度较浅处移动。 移动的同时对分瓣弧撑施加径向作用力。 这种力使分瓣 弧撑在导向架的限制向圆筒直径方向移动。 当支撑圆角转过分瓣弧撑内型面深度渐变槽拐 点时， 分瓣弧撑外型面与圆筒内型面紧密贴合，。

13、 圆筒被刚性撑圆。 这种撑圆作用能够给薄壁 圆筒提供足够的刚性， 使其在外表面零件焊接、 整体退火等热加工过程中不会发生变形， 从 而保证薄壁圆筒在热加工后的圆度指标满足设计要求， 达到防变形的目的。 0012 本发明用于壁厚2mm以下金属薄壁圆筒外部零件焊接、 退火工序的防变形， 能够保 证圆筒经过焊接外部零件、 退火工序后， 圆度仍然在产品要求范围内， 满足设计要求。 附图说明 0013 图1为本发明的结构示意图； 其中1a为右视图， 1b为主视图， 1c是1b中的A-A剖视 图。 0014 图2为本发明的装配示意图。 0015 图3为支撑圆盘转动杆机构示意图， 其中3a是主视图， 3b是。

14、左视图， 3c是俯视图， 3d 是轴测图。 0016 图4为分瓣弧撑导向架结构示意图； 其中4a是主视图， 4b为底视图， 4c是俯视图， 4d 是轴测图。 0017 图5为分瓣弧撑结构示意图； 其中5a是主视图， 5b是底视图， 5c是5b中A-A剖面图， 5d是轴测图。 0018 图6为支撑圆盘结构示意图； 其中6a是主视图， 6b是俯视图， 6c是轴测图。 0019 图中： 1.支撑圆盘转动杆； 2.分瓣弧撑导向架； 3.支撑圆盘； 4.分瓣弧撑； 5.方头； 6.圆管； 7.端板； 8.立板； 9.支撑环； 10.导向架； 11.端头固定板； 12.工艺板； 13.导向槽； 14. 深。

15、度渐变槽； 15.支撑圆角。 说明书 2/4 页 4 CN 111020130 A 4 具体实施方式 0020 本实施例是一种薄壁圆筒防变形内撑工装。 0021 本实施例中待加工的薄壁圆筒外径为180mm， 壁厚0.8mm， 圆筒长度为600mm。 在 距圆筒端面100、 200mm处外表面均布有8个外部零件， 外部零件通过氩弧焊焊接至筒体表 面， 焊接完成后筒体进行整体入炉退火处理。 要求焊接、 退火后， 圆筒圆度不大于0.5mm。 通 过本发明工装的使用， 在该型薄壁圆筒外部件焊接、 整体退火后， 经检测圆筒圆度为0.3mm， 满足产品设计的圆度不大于0.5mm的形状精度要求。 0022 。

16、具体实施过程为： 0023 本实施例是针对上述薄壁圆筒制作了一种防变形工装。 包括支撑圆盘转动杆1、 分 瓣弧撑导向架2、 支撑圆盘3和分瓣弧撑4。 其中所述支撑圆盘转动杆1的杆身插入该分瓣弧 撑导向架2内， 并使该杆身一端的立板8位于该分瓣弧撑导向架的端头固定板11外。 所述支 撑圆盘3套装在支撑圆盘转动杆杆身另一端的方头5上。 所述分瓣弧撑4有4块， 分别卡装在 所述支撑圆盘3的支撑圆角15上。 0024 所述支撑圆盘转动杆1为杆状， 该支撑圆盘转动杆的杆身为圆管6， 在该杆身的一 端有方形的端板7， 在该端板的表面有轴向凸出的一对立板， 并且两立板相互平行。 在该杆 身的另一端端头为方头。

17、5。 0025 本实施例中， 方头5的外形尺寸为50mm50mm35mm； 圆管6的长度为620mm， 外径 为48mm； 端板7的外形尺寸为60mm60mm10mm。 立板8的外形尺寸为60mm60mm， 立板几何 中心有通孔， 用于钢管的穿入。 0026 所述分瓣弧撑导向架包括支撑环9、 导向架10、 端头固定板11和工艺板12。 该端头 固定板11的下表面固定在所述四根导向架10的顶端端面， 并使所述四根导向架沿所述端头 固定板下表面的外缘均布； 在该固定板的上个表面均布有四个工艺板12， 并使各所述工艺 板分别于所述导向架的位置一一对应。 在所述四根导向架之间有两个上下分布的支撑环9，。

18、 各所述导向架焊接在所述的两个支撑环的外圆周表面， 并使各支撑环9宽度的表面垂直于 所处位置的支撑环外圆周表面。 所述导向架10有四个， 其横截面为矩形。 装配时， 使各导向 架10的端头伸入各所述分瓣弧撑4的导向槽13内。 0027 本实施例中： 支撑环9外径为130mm， 内径为75mm， 轴向高度为6mm。 各所述导向架10 的长宽厚550mm50mm10mm。 所述分瓣弧撑导向架中的端头固定板11的外径为 174mm， 内径为75mm， 厚度为10mm； 在该端头固定板的表面均布4个直径为40mm的减重孔。 所 述工艺板12为50mm50mm的方形板块， 在该工艺板的几何中心有用于通过。

19、钢管的通孔。 0028 所述支撑圆盘3的中心有方形的通孔， 并使该方形通孔的中心与支撑圆盘的中心 重合。 在该圆盘的圆周表面均布有4个支撑圆角15， 所述支撑圆角根部弧长为45.7mm， 顶部 圆弧半径为5mm， 径向高度13mm。 本实施例中， 所述支撑圆盘3直径为120mm， 中心方形通孔的 边长为50mm50mm 0029 所述分瓣弧撑4为块状。 该分瓣弧撑的一个表面为弧面， 于该弧面相对应的另一个 表面为平面。 所述弧面与所支撑的圆筒的内型弧面一致， 圆心角为74 。 在该分瓣弧撑平面 上加工有深度渐变的凹槽， 该凹槽长度为向深度呈两个弧面， 其中一个弧面的半径为75mm， 另一个弧面。

20、的半径为64mm； 两个弧面之间通过半径为4.5mm的过度圆环衔接。 所述过渡圆环 位于该凹槽长度方向的二分之一处， 所述凹槽的宽度为40mm。 在该分瓣弧撑4的一个侧表面 说明书 3/4 页 5 CN 111020130 A 5 有导向槽13为导向架安装槽。 0030 本实施例中， 所述分瓣弧撑的宽度为80mm； 弧面的半径为89.20mm， 导向槽的尺寸 为40mm12mm10mm。 0031 先将支撑圆盘3安装至4个分瓣弧撑4内部凹槽中， 支撑圆盘3上的四个支撑圆角15 分别位于分瓣弧撑深度渐变槽14较深一侧， 将支撑圆盘3与分瓣弧撑4组合体装入待加工圆 筒内部， 将分瓣弧撑导向架2按照。

21、端头固定板11朝圆筒外的方向装入圆筒内部， 导向架10伸 入到4个分瓣弧撑顶端的导向槽13内。 将支撑圆盘转动杆1的方头5从分瓣弧撑导向架2端头 固定板11的中心圆孔深入至支撑圆盘3中间方孔内。 利用两根钢管或木棍等工具分别穿入 立板8与工艺板12圆孔， 向相反的方向发力， 使支撑圆盘转动杆1相对于分瓣弧撑导向架2转 动。 当支撑圆盘转动杆1带动支撑圆盘3转动至支撑圆角15到达分瓣弧撑4内深度渐变槽14 中的圆形过渡点后， 停止转动。 取出支撑圆盘转动杆1和分瓣弧撑导向架2， 进行圆筒焊接外 部零件、 退火工序。 待工序结束后， 按照同样的方式， 反向旋转支撑圆盘转动杆1， 将工装从 圆筒内取出。 说明书 4/4 页 6 CN 111020130 A 6 图1 图2 图3 说明书附图 1/3 页 7 CN 111020130 A 7 图4 图5 说明书附图 2/3 页 8 CN 111020130 A 8 图6 说明书附图 3/3 页 9 CN 111020130 A 9 。