一种工件的校形装置及校形方法

技术领域

本发明涉及工件的校形，尤其涉及一种铸造工件的校形。

背景技术

铸造铝合金广泛应用于机械、电器及日常生活器具等行业，是一种应用比较广的材料。但由于在铸造成形过程中会引入残余应力，导致在室温静态放置条件下零件会随应力的释放而发生变形，尤其在大型铝合金薄壁件中较为明显。

以往采用内撑或者物理敲击的方式对零件进行校形，但内撑只适用于收缩变形，对向外扩张的零件校形效果不显著；物理敲击的方式虽然能使零件局部变形恢复至原来尺寸，但这种方法不但会损害零件，而且也会带入新的残余应力，对后续加工造成一定的影响；铸造铝合金稳定化是将零件放在正温炉和低温箱里通过高温和低温释放零件的残余应力，但在高温和低温阶段应力释放的同时，零件也随之变形。铸造铝合金在应力去除和型面控制一直是个难题，导致在去应力后，零件变形超差无法装配。

发明内容

为克服上述现有技术的至少一种缺陷，第一方面，本发明一实施方式提供了一种工件的校形装置，包括框体和多个校形块；在所述框体内形成有容纳腔，用于容纳待校形的工件；所述多个校形块用于顶压所述待校形的工件以进行校形；其中，所述多个校形块设置于所述容纳腔内，沿垂直于所述框体的轴线的方向，所述多个校形块的位置可调。

根据本发明一实施方式，所述框体包括一个或多个环状部件，所述多个环状部件通过多个第一支撑柱相连，沿所述框体的轴线方向，所述多个环状部件间隔排列。

根据本发明一实施方式，所述多个校形块设置于所述一个或多个环状部件上。

根据本发明一实施方式，所述校形块包括第一表面和第二表面，所述第一表面与所述第二表面相对设置，所述第一表面用于与所述待校形的工件相接触，所述校形块通过所述第二表面设置于所述环状部件上。

根据本发明一实施方式，在每个所述环状部件上开设有多个第一定位孔，在所述第一定位孔内设置有定位部件，所述校形块通过所述第二表面设置于所述定位部件。

根据本发明一实施方式，所述第一定位孔的轴线方向垂直于所述环状部件的轴线方向；所述定位部件包括第一端部和第二端部，所述第一端部位于所述环状部件的外部，所述第二端部穿过所述第一定位孔与所述校形块相接，通过所述定位部件能够调整所述校形块在所述容纳腔中的位置。

根据本发明一实施方式，在所述校形块上设置有一个或多个第二定位孔，所述校形块通过所述第二定位孔悬挂于所述第二端部；和/或，

所述第一表面的形状与所述待校形的工件的外表面的形状相匹配；和/或，所述环状部件为圆环；和/或，

所述定位部件为螺钉，所述第一定位孔为螺孔。

第二方面，本发明一实施方式提供了一种工件的校形方法，包括通过上述的校形装置对工件的变形部位进行顶压，以进行校形处理。

根据本发明一实施方式，所述方法包括将在所述校形装置上处于顶压状态的工件进行稳定化处理，所述稳定化处理包括热处理，所述热处理的温度为90～150℃。

根据本发明一实施方式，所述热处理的温度为110～140℃。

与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

1、本发明一实施方式的校形装置，可用于对铸造工件进行定位校形。

2、本发明一实施方式的校形方法，操作简单，能够极大地降低工件的残余应力，并有效地解决了铸造工件生产过程中的变形问题。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制。

其中：

图1为本发明一实施方式的工件的校形装置的立体结构示意图；

图2为本发明一实施方式的工件的校形装置的俯视图；

图3为本发明一实施方式的工件的校形装置的侧视图；

图4为本发明一实施方式的工件设置于校形装置中的结构示意图；

图5为本发明实施例1的校形后工件的扫描图；

附图标记说明如下：

10、校形块；20、容纳腔；31、第一环状部件；32、第二环状部件；41、第一支撑柱；42、第二支撑柱；50、定位部件；100、工件。

具体实施方式

下面对本发明的优选实施方式进行具体描述，其中，附图构成本发明一部分，并与本发明的实施方式一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。其中，横截面指的是垂直于轴线方向的截面。

参照图1至3所示，本发明一实施方式提供了一种工件的校形装置，包括框体和多个校形块10；其中，在框体内形成有容纳腔20，用于容纳待校形的工件100；校形块10用于顶压待校形的工件100以进行校形，校形块10设置于容纳腔20内，沿垂直于框体的轴线的方向，校形块10的位置可调。

于一实施方式中，框体包括一个或多个环状部件，多个环状部件通过多个第一支撑柱41相连，沿框体的轴线方向，多个环状部件依序间隔排列。

于一实施方式中，多个环状部件具有相同的轴线，进一步地，多个环状部件的轴线与框体的轴线位于同一直线上。

于一实施方式中，环状部件可以是圆环，其可由两个半圆环相连形成，多个环状部件的结构、尺寸可以完全相同。进一步地，两个半圆环可通过螺杆和螺母的配合使用相连接。

于一实施方式中，框体包括第一环状部件31和第二环状部件32，两个环状部件间隔设置，第二环状部件32位于第一环状部件31的上方，两个环状部件通过多个第一支撑柱41相连，第一支撑柱41的数量例如可以是2个、3个、4个、5个或6个。

于一实施方式中，第一环状部件31和第二环状部件32之间的间隔为H，H是指沿框体的轴线方向第一环状部件31的上表面与第二环状部件32的下表面之间的距离。进一步地，H可以是第一环状部件31或者第二环状部件32高度的大约3倍。

于一实施方式中，第一环状部件31和第二环状部件32具有相同的轴线；第一环状部件31和第二环状部件32均包括垂直于其轴线的上表面和下表面，第一环状部件31的上表面与第二环状部件32的下表面相对设置；在第一环状部件31的上表面设置有多个第一支撑孔，在第二环状部件32的下表面设置有多个第二支撑孔，第一支撑孔的位置与第二支撑孔的位置相对应，第一支撑柱41的一端设置于第一支撑孔，另一端设置于第二支撑孔。

于一实施方式中，多个第一支撑柱41环绕第一环状部件31和第二环状部件32的轴线设置，第一支撑柱41呈圆柱状，包括柱体和设置于柱体两端的两个端部，第一支撑孔、第二支撑孔为圆孔，第一支撑柱41通过两个端部设置于第一支撑孔、第二支撑孔，两个端部的尺寸与第一支撑孔、第二支撑孔的尺寸相匹配；进一步地，第一支撑柱41的两个端部的长度为环状部件31、32宽度的1/3，第一支撑柱41的高度可以是工件100高度的1/2。

于一实施方式中，校形装置还包括用于支撑框体的多个第二支撑柱42，多个第二支撑柱42间隔地环绕框体的轴线设置，通过调整第二支撑柱42的长度可调整框体的高度，第二支撑柱42的数量可以是例如4个、5个、6个、7个、8个、9个或10个。

于一实施方式中，第二支撑柱42设置于第一环状部件31上，多个第二支撑柱42可环绕第一环状部件31的轴线设置；进一步地，第二支撑柱42可设置于第一环状部件31的下表面。在第一环状部件31的下表面设置有第三支撑孔，第二支撑柱42可通过第三支撑孔设置于第一环状部件31上。

于一实施方式中，第二支撑柱42呈圆柱形，进一步地，第二支撑柱42包括第一柱体和第二柱体，第二柱体的横截面直径小于第一柱体的横截面直径，第二柱体设置于第三支撑孔内；再进一步地，第三支撑孔为圆孔，第二柱体的横截面直径与第三支撑孔的直径相同，从而使两者紧密配合，以防止在后续的去应力过程中框体的掉落。

于一实施方式中，多个校形块10均设置于环状部件上，多个校形块10可以完全相同。设置于每个环状部件上的校形块10的数量可以是例如10个、12个、14个或16个。

于一实施方式中，多个校形块10环绕环状部件的轴线设置，进一步地，多个校形块10等间隔地环绕环状部件的轴线设置；多个校形块10的环绕设置使得可以对工件100的不同变形部位进行专门的调整，有利于校形效率及准确率的提高。

于一实施方式中，校形块10包括第一表面和第二表面，沿校形块10的厚度方向，第一表面与第二表面相对设置，第一表面用于与待校形的工件100相接触，校形块10通过第二表面设置于环状部件上。进一步地，校形块10的厚度方向垂直于环状部件的轴线方向，或者与环状部件的径向相同。

于一实施方式中，校形块10的第一表面的形状可与工件100外表面的形状相匹配，以便于实现两者之间的过盈装配。

于一实施方式中，校形块10可以为大致呈长方形的板状结构，其第一表面和/或第二表面为弧形面。进一步地，沿校形块10的厚度方向，校形块10的投影为长方形。

于一实施方式中，在第一环状部件31、第二环状部件32上开设有多个第一定位孔，在每个第一定位孔内设置有一个定位部件50，定位部件50的数量可以与第一定位孔的数量相同，校形块10通过第二表面与定位部件50相连。

于一实施方式中，每个校形块10可通过多个定位部件50(例如2个、3个或4个)设置于环状部件上。

于一实施方式中，第一定位孔的轴线方向垂直于第一环状部件31、第二环状部件32的轴线方向，进一步地，第一环状部件31、第二环状部件32的横截面为圆形，第一定位孔的轴线方向与第一环状部件31、第二环状部件32横截面的半径的方向(径向)相同。

于一实施方式中，定位部件50可呈圆柱形，包括第一端部和第二端部，第一端部位于环状部件的外部，第二端部穿过第一定位孔与校形块10相连，通过定位部件50的移动能够调整校形块10在容纳腔的水平方向的位置，该水平方向指的是垂直于环状部件的轴向的方向。进一步地，环状部件的横截面为圆形，该水平方向指的是环状部件横截面的径向。

于一实施方式中，在校形块10的第二表面上设置有一个或多个第二定位孔，校形块10通过第二定位孔与定位部件50相接，第二定位孔的数量可以是2个或3个。进一步地，校形块10通过第二定位孔悬挂于定位部件50的第二端部上，第二定位孔的横截面尺寸大于第二端部的横截面尺寸，使得第二端部能够活动地设置于第二定位孔内。进一步地，第二定位孔为圆孔，第二端部的横截面为圆形，第二定位孔的横截面直径以是第二端部横截面直径的3倍。

于一实施方式中，定位部件50可以为螺钉，在第一定位孔中开设有螺纹，定位部件50的横截面形状、尺寸与第一定位孔的横截面形状、尺寸相匹配。定位部件50的长度是第一定位孔长度的2倍以上，例如3倍、4倍、5倍。

于一实施方式中，校形装置各部件的材质均可以为金属，进一步可以为合金，例如1Cr18Ni9Ti材料。

于一实施方式中，校形装置的安装方法包括如下步骤：

提供四个半圆环，即第一半圆环、第二半圆环、第三半圆环和第四半圆环，在四个半圆环的端部的一侧分别设置有螺孔；

将多个第一支撑柱41的下端分别连接于第一半圆环、第二半圆环的上表面，多个第二支撑柱42分别连接于第一半圆环、第二半圆环的下表面；

将上述多个第一支撑柱41的上端分别连接于第三半圆环、第四半圆环的下表面；

将第一半圆环与第二半圆环通过螺母、螺杆固定，形成第一环状部件31；将第三半圆环、第四半圆环通过螺母、螺杆固定，形成第二环状部件32；以及

将多个定位部件50的第二端部穿过第一定位孔，并将校形块10悬挂于第二端部上。

于一实施方式中，参照图4所示，待校形的工件100可以是环状工件，进一步可以是圆环状工件，再进一步可以是薄壁类圆环状工件。工件100的材质可以是金属，进一步可以是合金，再进一步可以是铝合金。

于一实施方式中，待校形的工件100可以是环状工件，其壁厚可以为2～8mm，例如3mm、4mm、5mm、6mm、7mm。

本发明一实施方式的校形装置，可用于在工件100铸造过程中进行形面控制、应力去除，尤其适用于铸造铝合金工件直径在500～2000mm范围的薄壁件的应力去除、形面控制。例如，工件100的直径可以是600mm、800mm、1000mm、1200mm、1500mm、1600mm、1800mm。

于一实施方式中，待校形的工件100是通过铸造获得。

本发明一实施方式提供了一种工件的校形方法，包括通过上述的校形装置对工件100进行顶压，以进行校形处理。

于一实施方式中，校形方法包括：将工件100设置于校形装置的容纳腔20内，使用工具，例如扳手拧紧定位部件50螺钉，待校形块10紧贴工件100外表面后停止拧紧；以及

根据工件100在铸造过程中变形的形面扫描结果调整相应部位的定位部件50，使对应的校形块10紧压发生变形的形面，待形面调整到与模型相同时停止拧紧。

于一实施方式中，将在校形装置上进行校形的工件100进行稳定化处理，稳定化处理包括热处理，热处理的温度为90～150℃。

于一实施方式中，热处理的温度可以为90～150℃，进一步可以为110～130℃，例如95℃、100℃、105℃、110℃、115℃、120℃、125℃、130℃、135℃、140℃、145℃。

于一实施方式中，热处理的时间可以为3～5h，例如4h。

于一实施方式中，校正方法包括：

将工件100在90～150℃的温度下进行热处理；以及

将热处理后的工件100进行冷处理。

于一实施方式中，冷处理的温度可以为-45℃～-65℃，例如-50℃、-55℃、-60℃；时间可以为2～3h，例如2h。

于一实施方式中，冷处理包括：将热处理后的工件100在空气中自然冷却至20～30℃，例如22℃、24℃、25℃、26℃、28℃。之后，将工件在-45℃～-65℃的温度下进行冷处理。

于一实施方式中，将冷处理后回升至20～30℃的工件100在90～150℃的温度下再次进行热处理。

于一实施方式中，再次进行热处理的时间可以与初次热处理的时间相同。

于一实施方式中，稳定化处理或热处理可在稳定化炉中进行。

本发明一实施方式的校形装置/方法，通过对铸造工件进行定位校形，能够极大地降低工件的残余应力，达到稳定加工的条件。

本发明一实施方式的校形方法，操作简单，能够有效地解决合金薄壁工件生产过程中的变形问题。

本发明一实施方式的校形方法，依据铸造工件的变形情况对相应的定位部件50进行调整，以使与变形部位对应的校形块10紧压变形面，对其进行校形，使得型面符合要求；在此基础上，再结合特定温度的稳定化处理，在保证型面精度的基础上，能够实现最大限度地降低工件的残余应力，解决了现有的大型铝合金薄壁工件铸造后变形以及加工过程中因残余应力发生变形的问题，提高了铸造铝合金薄壁工件的变形控制精度。

本发明一实施方式的校形方法，通过调整稳定化参数，例如热处理温度，在型面符合要求的基础上，结合残余应力检测，能够最大限度降低零件残余应力。

以下，结合附图及具体实施例对本发明一实施方式的校形方法进行进一步说明。其中，待校形的工件100为铝合金大型薄壁件，材料为ZL114A；工件100呈圆环状(参照图4)，包括位于两端的下端面和上端面，下端面的内圆直径为984mm，外圆直径为1119mm；上端面的内圆直径为1040mm，外圆直径为1119mm；高为570mm，工件100的壁面厚度为4.5mm，在工件100的内表面分布有加强筋。

实施例1

S1：提供一校形装置，该校形装置包括框体和24个校形块10，在框体内形成有容纳腔20；框体包括第一环状部件31和第二环状部件32，第一环状部件31和第二环状部件32为相同的圆环，内径为1249mm，厚度为29.5mm，在环状部件的上表面、下表面上开设有用于与下述支撑柱相连的M12螺纹孔。

第二环状部件32位于第一环状部件31的上方，在第二环状部件32、第一环状部件31之间设置有4个第一支撑柱41，在第一环状部件31的下表面设置有8个第二支撑柱42。其中，第一支撑柱41为圆柱形，总长为185mm；第一支撑柱41包括柱体和位于柱体两端的两个端部，第一支撑柱41通过两个端部设置于第一环状部件31和第二环状部件32的螺纹孔；两个端部的直径为12mm，长为12mm；柱体的直径为30mm，长度为156mm。第二支撑柱42为圆筒，包括第一柱体和第二柱体，第一柱体的外径为50mm，内径为26mm，高度为120mm；第二柱体的外径为30mm，内径为11mm，高度为47mm；第二支撑柱42通过第二柱体设置于第一环状部件31下表面的螺纹孔。

在第一环状部件31和第二环状部件32的内表面各设置有12个校形块10，且12个校形块10均匀地环绕框体的轴线设置，沿框体的轴线方向，第一环状部件31上的校形块10与第二环状部件32上的校形块10相对设置。在每个校形块10上设置有3个第二定位孔，在第一环状部件31和第二环状部件32上均设置有12组第一定位孔，每组包括3个第一定位孔，以用于设置一个校形块10；第一定位孔、第二定位孔均为螺纹孔。

校形块10为矩形块，长度为182mm，宽度为120mm，厚度为18mm；第二定位孔的直径为15mm，深度为5mm，螺纹为M12；校形块10的和工件100相接触的第一表面的形状与工件100外表面的形状相匹配。

定位部件50为圆柱形的M12螺钉，长度为95mm；定位部件50包括第一端部和第二端部，每个定位部件50的第二端部穿过一个第一定位孔进入校形块10的第二定位孔，使得校形块10能够悬挂于定位部件50上。

将工件100放入容纳腔20内，调整定位部件50使校形块10的第一表面贴近工件100的外表面。

根据工件100在铸造过程中变形的形面扫描结果，使用扳手拧紧变形对应部位的定位部件50，使相应的校形块10紧压发生变形的形面，以调整工件100的变形量。

S2：将在校形装置上进行校形的工件100放入稳定化炉中，工件100的下端面朝下，进行稳定化处理，具体过程包括：在120℃下保温4h，空冷至室温转入低温箱-50℃保温2h，回升至室温，再转入正温箱120℃下保温4h，空冷。采用X射线应力分析仪对工件100的残余应力进行检测及采用型面扫描仪对工件100的变形量进行扫描，应力检测位置1#、2#、3#、4#、5#、6#参见图4的黑点部分，测试结果参见图5及表1。

实施例2

本实施例采用与实施例1相同的装置及工艺对工件100进行校形处理，区别仅在于：在步骤S2的稳定化处理过程中所采用的热处理温度为110℃。对工件100的残余应力及变形量进行检测，结果如表1所示。

实施例3

本实施例采用与实施例1相同的装置及工艺对工件100进行校形处理，区别仅在于：在步骤S2的稳定化处理过程中所采用的热处理温度为130℃。对工件100的残余应力及变形量进行检测，结果如表1所示。

实施例4

本实施例采用与实施例1相同的装置及工艺对工件100进行校形处理，区别仅在于：在步骤S2的稳定化处理过程中所采用的热处理温度为100℃。对工件100的残余应力及变形量进行检测，结果如表1所示。

实施例5

本实施例采用与实施例1相同的装置及工艺对工件100进行校形处理，区别仅在于：在步骤S2的稳定化处理过程中所采用的热处理温度为140℃。稳定化结束后对工件100的残余应力及变形量进行检测，结果如表1所示。

表1不同温度下的应力分布

根据图5的结果可知，通过将工件100在校形装置中进行校形处理，可将工件100大部分区域的变形量控制在0.5mm以内，小部分区域的变形量超过0.5mm，最大变形量为1.16mm。进一步地，将工件100进行稳定化处理，其中采用100～140℃的温度下进行热处理，使得工件100的最大变形量控制在0.43mm以内；再进一步地，采用110～140℃的温度进行热处理，可将工件100的最大变形量控制在0.4mm以内；更进一步地，采用120～130℃的温度进行热处理，可将工件100的最大变形量控制在0.3mm以内；且工件100的应力水平较低，减小了工件100后续发生变形的可能性，提高了工件100的稳定性。

由此，本发明实施例通过调整稳定化处理过程中的加热温度，可以进一步减小工件100的变形量和等效应力，实现工件100变形量和稳定性的同时优化。因此，工件100稳定化处理过程中的加热温度优选为110～140℃，更优选为120～130℃。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。