CN102699246A - 封头锻造工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能改变毛坯性能且使成型后的封头性能比毛坯性能大大提高的封头锻造工艺，采用半圆形窄砧作为上模和槽形尺寸与封头外形尺寸相当的凹模作为下模对圆柱形毛坯进行锻造，将毛坯放入凹模上的槽内，然后将窄砧中心线与毛坯的中心线对直并驱动窄砧下压，每下压一次完成后，驱动凹模带动毛坯旋转一个角度β后再驱动窄砧下压毛坯，直至封头成型。其优点是：通过研究逐步循环等量下压锻造工艺，通过分析窄砧宽度，旋转角等对金属的流动和成形力的影响，选择了合理工艺参数，能够制造出大型厚壁封头，窄砧的锻压使毛坯的金属流动，改善金属的内部组织细化晶粒，封头的综合性能提高。

Description

封头锻造工艺

技术领域

本发明涉及到一种大型厚壁封头锻造工艺。

背景技术

大型厚壁半球封头是化工、压容、核电等设备的重要零件之一，由于其尺寸较大，使得其形状和壁厚的控制一直是锻造工艺的难点，特别是核电方面用的大型厚壁半球封头，该封头的性能要求十分严格，而传统的一次锻压成型的封头的性能取决于所选板料的性能，即成型的封头和所选板料的性能上差别不大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种能改变毛坯性能且使成型后的封头性能比毛坯性能大大提高的封头锻造工艺。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种封头锻造工艺，采用半圆形窄砧作为上模和槽形尺寸与封头外形尺寸相当的凹模作为下模对圆柱形毛坯进行锻造，将毛坯放入凹模上的槽内，然后将窄砧中心线与毛坯的中心线对直并驱动窄砧下压，每下压一次完成后，驱动凹模带动毛坯旋转一个角度β后再驱动窄砧下压毛坯，直至封头成型，其中β满足关系式：

$\mathrm{tg\β}=\frac{1-k(1+{\mathrm{\μ}}^2)\sin \mathrm{\α}}{\mathrm{\μ}+k(1+{\mathrm{\μ}}^2)\cos \mathrm{\α}},$ $\mathrm{\α}=2\arcsin \frac{L}{\sqrt{(R-a+h)(R+a-h)}}$

其中k-组合系数， $k=\frac{\cos \mathrm{\β}-\mathrm{\μ}\sin \mathrm{\β}}{(1+{\mathrm{\μ}}^2)(\cos \mathrm{\α}\sin \mathrm{\β}+\sin \mathrm{\α}\cos \mathrm{\β})};$

μ-窄砧与毛坯材料间的摩擦系数

R——窄砧的侧面半圆的半径，范围为1500mm～3200mm；

L——窄砧的半圆形部分的宽度，范围为250mm～400mm；

h——窄砧的压下量，即窄砧下压某一深度时，窄砧上被毛坯的上端面所截得一个矩形面，该矩形面与窄砧半圆形侧面相交线长度的一半；

a——即窄砧下压某一深度时，窄砧矩形表面与窄砧上被毛坯上端面所截得的矩形截面之间的距离；

α——窄砧下压某一深度时，窄砧侧面半圆的弧线与毛坯的上端面相交的一个交点与窄砧径向中心轴线形成一个平面，该平面与窄砧半圆形侧面之间所夹的锐角。

本发明的有益效果是：通过研究逐步循环等量下压锻造工艺，通过分析窄砧宽度，旋转角等对金属的流动和成形力的影响，选择了合理工艺参数，能够制造出大型厚壁封头，窄砧的锻压使毛坯的金属流动，改善金属的内部组织细化晶粒，封头的综合性能提高。

附图说明

图1是本发明中窄砧的侧面半圆图；

图2是表格1；

图3是本发明中窄砧的端面图；

图4是本发明可以锻造的封头的形状；

图5是本发明中锻造时的示意图。

图中，1、窄砧，2、毛坯，3、凹模。

具体实施方式

下面结合附图，详细描述本发明的具体实施方案。

如图5所示，一种封头锻造工艺，采用半圆形窄砧1作为上模和槽形尺寸与封头外形尺寸相当的凹模3作为下模对圆柱形毛坯2进行锻造，将毛坯2放入凹模3上的槽内，然后将窄砧1中心线与毛坯2的中心线对直并驱动窄砧1下压，每下压一次完成后，驱动凹模3带动毛坯2旋转一个角度β后再驱动窄砧1下压毛坯2，直至封头成型，其中β满足关系式：

$\mathrm{tg\β}=\frac{1-k(1+{\mathrm{\μ}}^2)\sin \mathrm{\α}}{\mathrm{\μ}+k(1+{\mathrm{\μ}}^2)\cos \mathrm{\α}},$ $\mathrm{\α}=2\arcsin \frac{L}{\sqrt{(R-a+h)(R+a-h)}}$

其中k-组合系数， $k=\frac{\cos \mathrm{\β}-\mathrm{\μ}\sin \mathrm{\β}}{(1+{\mathrm{\μ}}^2)(\cos \mathrm{\α}\sin \mathrm{\β}+\sin \mathrm{\α}\cos \mathrm{\β})};$

μ-窄砧1与毛坯2材料间的摩擦系数

R——窄砧1的侧面半圆的半径，范围为1500mm～3200mm；

L——窄砧1的半圆形部分的宽度，范围为250mm～400mm；

h——窄砧1的压下量，即窄砧1下压某一深度时，窄砧1上被毛坯2的上端面所截得一个矩形面，该矩形面与窄砧1半圆形侧面相交线长度的一半；

a——即窄砧1下压某一深度时，窄砧1矩形表面与窄砧1上被毛坯2上端面所截得的矩形截面之间的距离；

α——窄砧1下压某一深度时，窄砧1侧面半圆的弧线与毛坯2的上端面相交的一个交点与窄砧1径向中心轴线形成一个平面，该平面与窄砧1半圆形侧面之间所夹的锐角。

如图1所示，当窄砧1下压一定深度时，由于其下压的深度不能直接测量到，因此利用h来表示其压下量，因为h可通过测量工具直接测得。a也可通过测量工具直接测得。其中图1中所示的A点跟图3中所示的A点是同一个点，即窄砧1侧面半圆的弧线与毛坯2的上端面相交的一个交点，A点与窄砧1中心轴线形成一个平面，该平面与窄砧1半圆形侧面之间所夹的锐角就是α，为了表示方便，α标在如图3位置，其数值是一样的。

在实际锻造工艺时，为了方便加工，α、β和加工转数之间的关系可采用图2所示的表格1，表格1中的数据是根据

$\mathrm{tg\β}=\frac{1-k(1+{\mathrm{\μ}}^2)\sin \mathrm{\α}}{\mathrm{\μ}+k(1+{\mathrm{\μ}}^2)\cos \mathrm{\α}}$ 和 $\mathrm{\α}=2\arcsin \frac{L}{\sqrt{(R-a+h)(R+a-h)}}$ 推倒出来的，其中h、a可通过测量工具测出，而R、L为固定值。

变形初始，窄砧1的弧面首先与毛坯2中心接触，并逐步被压实，毛坯2中心形成凹体，窄砧1每施压一次后，凹模3带动毛坯2旋转β角，使金属均匀流动形成“鼓形”，随着窄砧1的压下量h的增加，金属横向流动明显，鼓形逐渐增大，并与凹模3内壁接触，由于底部受凹模3的限制，鼓形上部金属流动与窄砧1运动方向相反，即形成反挤压。在实际锻造的时候，h根据实际可以压下多少而定，而不是一个需要设定的值，对h的值没有严格的要求，即根据毛坯2的即时的温度、性能和窄砧1下压的动力，窄砧1能下压多少就是多少。通过研究逐步循环等量下压锻造工艺，通过分析窄砧1宽度，旋转角等对金属的流动和成形力的影响，选择了合理工艺参数，能够制造出大型厚壁封头，窄砧1的锻压使毛坯2的金属流动，改善金属的内部组织细化晶粒，封头的综合性能提高，经测试，综合性能可提高4-5倍。上述封头锻造工艺可加工普通形状的大型厚壁封头，也可加工如图4所示的特殊结构的大型厚壁封头，即底部加厚型的大型厚壁封头。

Claims (1)

1.封头锻造工艺，其特征在于：采用半圆形窄砧作为上模和槽形尺寸与封头外形尺寸相当的凹模作为下模对圆柱形毛坯进行锻造，将毛坯放入凹模上的槽内，然后将窄砧中心线与毛坯的中心线对直并驱动窄砧下压，每下压一次完成后，驱动凹模带动毛坯旋转一个角度β后再驱动窄砧下压毛坯，直至封头成型，其中β满足关系式：

$\mathrm{tg\β}=\frac{1-k(1+{\mathrm{\μ}}^2)\sin \mathrm{\α}}{\mathrm{\μ}+k(1+{\mathrm{\μ}}^2)\cos \mathrm{\α}},$ $\mathrm{\α}=2\arcsin \frac{L}{\sqrt{(R-a+h)(R+a-h)}}$

其中k—组合系数， $k=\frac{\cos \mathrm{\β}-\mathrm{\μ}\sin \mathrm{\β}}{(1+{\mathrm{\μ}}^2)(\cos \mathrm{\α}\sin \mathrm{\β}+\sin \mathrm{\α}\cos \mathrm{\β})};$

μ—窄砧与毛坯材料间的摩擦系数

R——窄砧的侧面半圆的半径，范围为1500mm～3200mm；

L——窄砧的半圆形部分的宽度，范围为250mm～400mm；

h——窄砧的压下量，即窄砧下压某一深度时，窄砧上被毛坯的上端面所截得一个矩形面，该矩形面与窄砧半圆形侧面相交线长度的一半；

a——即窄砧下压某一深度时，窄砧矩形表面与窄砧上被毛坯上端面所截得的矩形截面之间的距离；

α——窄砧下压某一深度时，窄砧侧面半圆的弧线与毛坯的上端面相交的一个交点与窄砧径向中心轴线形成一个平面，该平面与窄砧半圆形侧面之间所夹的锐角。

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