CN103658478B - 核电蒸发器过渡锥体锻件的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种核电蒸发器过渡锥体锻件的制造方法，包括以下步骤：第一步，制坯；将钢锭压成圆柱形毛坯；然后将圆柱形毛坯制成外圆具有3～4个台阶的筒形坯料；第二步，预扩锥形；采用预扩锥形装置，使台阶筒形坯料变成锥形筒体；第三步，成形两圆柱段；采用柱锥柱成形装置，形成“柱-锥-柱筒形锻件”坯料；第四步，扩径定尺；多次重复第三步，最终形成具有“圆柱-圆锥-圆柱筒形”特征的锻件。本发明能够制造出具有“柱-锥-柱筒形”特征的锻件，制造过程中无轴向力，对压机设备无伤害，马架无翻倒倾向，所生产的“柱-锥-柱筒形”锻件，其尺寸、外形、内外质量和机械性能好。

Description

核电蒸发器过渡锥体锻件的制造方法

技术领域

本发明涉及一种大型锻件的制造方法，具体涉及一种核电蒸发器过渡锥体锻件的制造方法。

背景技术

核电蒸发器过渡锥体锻件是典型的具有“圆柱-圆锥-圆柱筒形”特征的锻件，如图1所示，该锻件特点是由圆柱、圆锥、圆柱三部分构成，当圆锥大端直径较大(直径不小于3000mm)、壁厚较厚(壁厚不小于100mm)时，锻件成形难度很大。

这种核电蒸发器过渡锥体锻件目前有三种锻造方法：

1、先锻成直筒毛坯，然后依靠吹氧和扩孔锻成锥形筒体零件，如图2所示。该锻造方法的关键工序是吹氧形成锥形。使用这种方法，材料利用率低，生产周期长。

2、直接锻成锥形筒体锻件，如图3所示，将带直壁过渡锥体直接锻成无直壁锥筒，然后通过切削加工获得柱-锥-柱筒体零件。由于这种锻造工艺增加了许多余块，因而材料利用率仍然很低。

3、采用“柱-锥-柱”马杠成形；该法的基本原理是制造一个具有“柱-锥-柱”特征的马杠1及一套具有相应特征的上砧2，马杠1架设于马架3上，如图4所示，然后将坯料10套在“柱-锥-柱”马杠1上，上砧2以一定的压下量压毛坯10，使毛坯10局部减薄，压完一砧，“柱-锥-柱”马杠1带动毛坯10转动一定的角度，接着压下一砧，如此反复地压毛坯10，直到达到锻件的尺寸要求。

采用此方法成形时，存在很大的轴向力，对压机设备具有较大伤害，同时易造成马架3的翻倒。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种核电蒸发器过渡锥体锻件的制造方法，它可以避免轴向力对压机设备的伤害。

为解决上述技术问题，本发明核电蒸发器过渡锥体锻件的制造方法的技术解决方案为：

用于制造具有“圆柱-圆锥-圆柱筒形”特征，最小直径不小于3000mm的锻件，包括以下步骤：

第一步，制坯；将钢锭压成圆柱形毛坯；然后将圆柱形毛坯制成外圆具有3～4个台阶的筒形坯料；

所述台阶筒形坯料的每个台阶段的重量为成品锻件对应段重量的1～1.3倍。

第二步，预扩锥形；采用预扩锥形装置，将直马杠穿入台阶筒形坯料，然后采用上平砧进行马杠扩孔，使台阶筒形坯料变成锥形筒体；

所述马杠扩孔的方法为：从大端开始，依次压台阶筒形坯料的多个台阶。

所述预扩锥形装置包括直马杠、上平砧、马架，直马杠架设于马架上；上平砧位于直马杠的上方；台阶筒形坯料套设于直马杠上。

第三步，成形两圆柱段；采用柱锥柱成形装置，将锥形筒体工件置于锥-锥-锥套筒上，对锥形筒体进行扩孔，使锥形筒体的大端锥段收口成为大端柱段，锥形筒体的小端锥段扩口成为小端柱段，形成“柱-锥-柱筒形锻件”坯料；

所述柱锥柱成形装置包括成形直马杠、锥-锥-锥上模、锥-锥-锥套筒，成形直马杠架设于马架上；成形直马杠上套设有锥-锥-锥套筒；锥-锥-锥上模位于成形直马杠的上方；锥-锥-锥上模的底面与锥-锥-锥套筒的母线相配合。

所述锥-锥-锥上模的底面包括三个彼此连接的斜面，第一斜面与第三斜面相互平行。

所述第一斜面的角度α₁由下式决定：

${\mathrm{\α}}_1=\mathrm{arctg}(\mathrm{ctg\β}+\frac{l_1+l_3}{l_2}\·\frac{1}{\sin \mathrm{\β}})$

其中：l₁为待成形锻件大端圆柱段的母线尺寸，单位mm；

l₂为待成形锻件圆锥段的母线尺寸，单位mm；

l₃为待成形锻件小端圆柱段的母线尺寸，单位mm；

β为待成形锻件大端圆柱段的母线与圆锥段的母线之间的夹角；

所述第二斜面的角度α₂由下式决定：

α₂＝180°-α₁-β。

所述第一斜面和第三斜面所受轴向力的和与第二斜面所受轴向力的大小相等并且方向相反。

第四步，扩径定尺；多次重复第三步，使“柱-锥-柱筒形锻件”坯料的锥段和直段尺寸满足锻件尺寸要求，最终形成具有“圆柱-圆锥-圆柱筒形”特征的锻件。

本发明可以达到的技术效果是：

本发明能够制造出具有“柱-锥-柱筒形”特征的锻件，制造过程中无轴向力，对压机设备无伤害，马架无翻倒倾向，所生产的“柱-锥-柱筒形”锻件，其尺寸、外形、内外质量和机械性能好。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是核电蒸发器过渡锥体锻件的示意图；

图2至图4是现有技术核电蒸发器过渡锥体锻件的三种锻造方法的示意图；

图5a是具有3个台阶的筒形坯料的示意图；

图5b是具有4个台阶的筒形坯料的示意图；

图6a至6c是本发明核电蒸发器过渡锥体锻件的制造方法中将台阶筒形坯料变成锥形筒体的示意图；

图6d是预扩锥形后所形成的锥形筒体毛坯的示意图；

图7是本发明成形两柱形段的示意图；

图8是本发明的锥-锥-锥上模的示意图；

图9是本发明的锥-锥-锥套筒的示意图；

图10是本发明的受力示意图。

图中附图标记说明：

1为马杠，2为上砧，

3为马架，4为直马杠，

5为上平砧，6为成形直马杠，

7为锥-锥-锥上模，8为锥-锥-锥套筒，

10为工件，20为台阶筒形坯料，

30为锥形筒体工件，71为第一斜面，

72为第二斜面，73为第三斜面，

81为第一锥段，82为第二锥段，

83为第三锥段。

具体实施方式

本发明核电蒸发器过渡锥体锻件的制造方法，用于制造具有“圆柱-圆锥-圆柱筒形”特征，最小直径不小于3000mm的锻件，采用直马杠、基于无轴向力设计的“锥-锥-锥”套筒和相应上模，包括以下步骤：

第一步，制坯：通过倒棱、拔长、气割下料将钢锭压成高径比约为2的圆柱形毛坯；然后再通过镦粗、冲孔、芯棒拔长将圆柱形毛坯制成如图5a、5b所示的外圆具有3～4个台阶的筒形坯料；

所得到的台阶筒形坯料的每个台阶段的重量为成品锻件对应段重量的1～1.3倍；

在将台阶筒形坯料制成成品锻件的过程中，坯料的轴向尺寸是不变的，控制每个台阶段的重量，能够保证成品锻件的尺寸精度；

第二步，预扩锥形：采用预扩锥形装置，将架设于马架3上的直马杠4穿入加热好的台阶筒形坯料20(加热后的台阶筒形坯料20温度不低于850℃)，然后采用上平砧5进行马杠扩孔，扩孔时从大端开始，依次压筒形坯料20的多个台阶(即先压第一个台阶，再压第二个台阶，如图6a、6b、6c)，最终使台阶筒形坯料变成锥形筒体，如图6d所示；

如图6a所示，预扩锥形装置包括直马杠4、上平砧5、马架3，直马杠4架设于马架3上；上平砧5位于直马杠4的上方；台阶筒形坯料20套设于直马杠4上；

第三步，成形两圆柱段：采用柱锥柱成形装置，将锥形筒体工件30置于锥-锥锥套筒8上，对锥形筒体进行扩孔，使锥形筒体的大端锥段收口成为大端柱段，锥形筒体的小端锥段扩口成为小端柱段，形成“柱-锥-柱筒形锻件”坯料；

如图7所示，柱锥柱成形装置包括成形直马杠6、锥-锥-锥上模7、锥-锥-锥套筒8，成形直马杠6架设于马架3上；成形直马杠6上套设有锥-锥-锥套筒8；锥-锥-锥上模7位于成形直马杠6的上方；锥-锥-锥上模7的底面与锥-锥-锥套筒8的母线相配合(即锥-锥-锥套筒8的母线各斜面的角度与锥-锥-锥上模7的底面各斜面的角度相等)；

如图8所示，锥-锥-锥上模7的底面包括三个彼此连接的斜面71、72、73，第一斜面71与第三斜面73相互平行；第一斜面71和第三斜面73所受轴向力的和与第二斜面72所受轴向力的大小相等并且方向相反；

如图9所示，锥-锥-锥套筒8包括三个彼此连接的锥段81、82、83，第一锥段81与第三锥段83的母线相互平行；第一锥段81和第三锥段83所受轴向力的和与第二锥段82所受轴向力的大小相等并且方向相反；

如图10所示，第一斜面71、第三斜面73的角度α₁(第一斜面71与第三斜面73的角度相等)由下式决定：

${\mathrm{\α}}_1=\mathrm{arctg}(\mathrm{ctg\β}+\frac{l_1+l_3}{l_2}\·\frac{1}{\sin \mathrm{\β}})$

其中：l₁为待成形锻件大端圆柱段的母线尺寸，单位mm；

l₂为待成形锻件圆锥段的母线尺寸，单位mm；

l₃为待成形锻件小端圆柱段的母线尺寸，单位mm；

β为待成形锻件大端圆柱段的母线与圆锥段的母线之间的夹角(该夹角等于小端圆柱段的母线与圆锥段的母线之间的夹角)；

α₁为第一斜面71(或第三斜面73)与水平线之间所成的夹角；

当待成形锻件的尺寸确定后，参数l₁、l₂、l₃、β即确定；

第二斜面72的角度α₂由下式决定：

α₂＝180°-α₁-β

α₂为第二斜面72与水平线之间所成的夹角；

如图9所示，均布压力p等于材料的流动应力，在任一温度下，压力p为常值，可得：

-pl₁cosα₁+pl₂cosα₂-pl₃cosα₁＝0

由上式表明，在成形过程中，坯料30对模具7的轴向力在模具内部即可自我平衡，即压机不会受到轴向力作用；

第四步，扩径定尺：多次重复第三步，使“柱-锥-柱筒形锻件”坯料的锥段和直段尺寸满足锻件尺寸要求，最终形成如图1所示的具有“圆柱-圆锥-圆柱筒形”特征的锻件。

本发明采用锥-锥-锥上模7及与之相配合的锥-锥-锥套筒8，成形过程中，锥-锥-锥上模7的第一斜面71和第三斜面73所受轴向力的和与第二斜面72所受轴向力的大小相等并且方向相反，从而使轴向力得到补偿，避免了轴向力对设备的伤害。

本发明尤其适用于生产CPR核电过渡锥体锻件、AP1000核电过渡锥体锻件、CAP1400核电过渡锥体锻件等直径尺寸较大的“柱-锥-柱筒形”特征的锻件。

Claims (5)

1.一种核电蒸发器过渡锥体锻件的制造方法，其特征在于：用于制造具有“圆柱-圆锥-圆柱筒形”特征，最小直径不小于3000mm的锻件，包括以下步骤：

第一步，制坯；将钢锭压成圆柱形毛坯；然后将圆柱形毛坯制成外圆具有3～4个台阶的筒形坯料；

第二步，预扩锥形；采用预扩锥形装置，将直马杠穿入台阶筒形坯料，然后采用上平砧进行马杠扩孔，使台阶筒形坯料变成锥形筒体；

第三步，成形两圆柱段；采用柱锥柱成形装置，将锥形筒体工件置于锥-锥-锥套筒上，对锥形筒体进行扩孔，使锥形筒体的大端锥段收口成为大端柱段，锥形筒体的小端锥段扩口成为小端柱段，形成“柱-锥-柱筒形锻件”坯料；

所述第三步中柱锥柱成形装置包括成形直马杠、锥-锥-锥上模、锥-锥-锥套筒，成形直马杠架设于马架上；成形直马杠上套设有锥-锥-锥套筒；锥-锥-锥上模位于成形直马杠的上方；锥-锥-锥上模的底面与锥-锥-锥套筒的母线相配合；

所述锥-锥-锥上模的底面包括三个彼此连接的斜面，第一斜面与第三斜面相互平行；

所述第一斜面的角度α₁由下式决定：

${\mathrm{\α}}_1=arctg(ctg\mathrm{\β}+\frac{l_1+l_3}{l_2}\·\frac{1}{\sin \mathrm{\β}})$

其中：l₁为待成形锻件大端柱段的母线尺寸，单位mm；

l₂为待成形锻件圆锥段的母线尺寸，单位mm；

l₃为待成形锻件小端柱段的母线尺寸，单位mm；

β为待成形锻件大端圆柱段的母线与圆锥段的母线之间的夹角；

第二斜面的角度α₂由下式决定：

α₂＝180°-α₁-β；

第四步，扩径定尺；多次重复第三步，使“柱-锥-柱筒形锻件”坯料的锥段和直段尺寸满足锻件尺寸要求，最终形成具有“圆柱-圆锥-圆柱筒形”特征的锻件。

2.根据权利要求1所述的核电蒸发器过渡锥体锻件的制造方法，其特征在于：所述第一步所得到的台阶筒形坯料的每个台阶段的重量为成品锻件对应段重量的1～1.3倍。

3.根据权利要求1所述的核电蒸发器过渡锥体锻件的制造方法，其特征在于：所述第二步中马杠扩孔的方法为：从大端开始，依次压台阶筒形坯料的多个台阶。

4.根据权利要求1所述的核电蒸发器过渡锥体锻件的制造方法，其特征在于：所述第二步中预扩锥形装置包括直马杠、上平砧、马架，直马杠架设于马架上；上平砧位于直马杠的上方；台阶筒形坯料套设于直马杠上。

5.根据权利要求1所述的核电蒸发器过渡锥体锻件的制造方法，其特征在于：所述第一斜面和第三斜面所受轴向力的和与第二斜面所受轴向力的大小相等并且方向相反。