CN104785706B - 高颈法兰模锻成型加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高颈法兰模锻成型加工方法。本发明的方法包括以下步骤：下料；加热；C. 预锻：用操作机从锻造炉中出料至8T全液压自由锻电液锤墩粗，始锻温度1250℃±20℃，锻造时间约10—15秒，打击次数约5—6次，达到工艺要求的尺寸；模锻：把工件从移模锻工作区，用模锻电液锤进行模锻，终锻温度1050℃±20℃，锻造时间20—30秒，打击次数6—8次，要求坯料完全充满模腔；切边、冲孔；检验；热处理；检验、标记、入库。本发明锻工劳动强度大幅下降，用料比显著降低，环境污染得到有效的控制，生产成本明显下降。
Description
技术领域：
本发明涉及一种高颈法兰模锻成型加工方法，属于精密锻造及自动化控制技术领域。
背景技术：
法兰为管路上的常用部件，属于压力管道元件，广泛地应用于石油、化工、造船、核电、电站建设、特高压输送电、食品、制药、航空航天、有色金属冶炼、城市供水、造纸等行业的管路上。在高温、低温、锈蚀等环境下大量使用不锈钢美标高颈法兰（ASME B16.5 WN）产品。目前，国内法兰制造企业锻造工艺普遍采用自由锻、胎膜锻传统锻造工艺，材料耗用量大、劳动强度大、能耗高、生产效率低下、质量稳定性差、环境污染严重，导致产品生产成本居高不下，缺乏市场竞争力。
传统不锈钢美标高颈法兰（ASME B16.5 WN）成形工艺过程：（以ASME B16.5 150LbWN16" sch40s F316L产品为例）：
A. 经检验合格的不锈钢棒，按下料工艺中下料重量要求在带锯床上下料（本产品下料重量130KG）。
B. 把下好的料投入到燃煤炉或燃煤反射炉或燃气贯通炉中按加热工艺要求加热至1200℃～1250℃（燃煤炉污染严重，能量消耗大）。
C. 在空气锤或吊带锤上进行制坯、墩粗、冲孔，再回炉加热至始锻温度，在另一台空气锤的马架上扩孔；第三次回炉加热，再到胎膜中整形（反复加热能耗大，手工操作效率低，劳动强度大）。
D. 测量各部位尺寸，符合工艺加工要求，转下道热处理工序；不符合要求，则继续回炉加热、整形，以满足各部位尺寸的要求。
E. 对工件进行热处理，按工艺要求进行固溶化处理、采用水冷。
F. 对工件进行检验、做上标记、记有生产批号、材料批号、产品规格、材质等信息。
G. 合格品入毛坯库，不合格品按《不合格品控制程序》进行处置。
发明内容：
本发明的目的是针对上述存在的问题提供一种高颈法兰模锻成型加工方法，通过技术吸收，使产品生产效率成数十倍的提高，能耗降低百分之五十以上，由于使用操作机、工业机器人操作，锻工劳动强度大幅下降，用料比显著降低，环境污染得到有效的控制，生产成本明显下降。
上述的目的通过以下技术方案实现：
高颈法兰模锻成型加工方法，该方法包括以下步骤：
A. 下料：经检验合格的不锈钢钢棒，按下料工艺中规定的下料重量在带锯床上下料，要求下料重量偏差控制在±1％范围内；
B. 加热：用操作机把下好的材料加入锻造炉中，按加热工艺要求加热至1250℃±20℃，加热时间约85±10分钟；
C. 预锻：用操作机从锻造炉中出料至8T全液压自由锻电液锤墩粗，始锻温度1250℃±20℃，锻造时间约10—15秒，打击次数约5—6次，达到工艺要求的尺寸；
D. 模锻：把工件从移模锻工作区，用模锻电液锤进行模锻，终锻温度1050℃±20℃，锻造时间20—30秒，打击次数6—8次，要求坯料完全充满模腔；
E. 切边、冲孔：选用闭式单点压力机复合切边模；
F. 检验：空冷至室温后，100％检查锻件尺寸规格及表面质量；
G. 热处理：按固溶处理工艺要求，在2台10T蓄热式室式燃气炉中加热、保温，操作机出炉至下方水槽下快速水冷；
H. 检验：每熔炼炉批随机选取工件检查硬度HB：137-187；
I. 标记、入库，同传统工艺。
所述的高颈法兰模锻成型加工方法，步骤D中所述的模锻电液锤吨位的选择方法为：根据终锻工步的需要选定锻锤吨位G（kg）： G=（3.5—6.3）k·F总
式中：F总表示锻件总变形面积，单位为cm2，包括锻件面积，冲孔芯料及飞边面积，
K表示钢种系数，当采用含碳量低于0.25％的碳素结构钢时，K取0.9，当采用含碳量高于0.25％的碳素结构钢及C≤0.25％的低合金钢时，K取1，当采用含碳量≥0.25％的低合金结构钢时，K取1.1，当采用高合金结构钢、不锈钢时，K取1.25。
所述的高颈法兰模锻成型加工方法，步骤E中所述的闭式单点压力机吨位P（KN），根据锻锤吨位G选定：P=MG
式中：M为配组系数， M=800—1000KN/t。
所述的高颈法兰模锻成型加工方法，步骤G中所述的热处理采用燃气蓄热式热处理炉。
所述的高颈法兰模锻成型加工方法，所述的预锻和所述的模锻的电液锤的基础中设置有间接隔振器。
所述的高颈法兰模锻成型加工方法，所述的模锻中锻模由上下两个模块组成，借燕尾、楔铁和键块紧固在锤头和下模座的燕尾槽中，所述的燕尾：使模块固定在锤头或砧座上，使燕尾底面与锤头或砧座底面紧密贴合；所述的楔铁：使模块在左右方向定位；所述的键块：使模块在前后方向定位。
有益效果：
1.本发明生产过程中实行自动化流水线生产方式，劳动强度大幅度降低，生产效率显著提高，产品质量稳定，合格品率达99.9％以上。
2.本发明材料消耗小，用料比明显降低，产品的一致性好，给后道机加工实行数控加工创造条件，提高了后道加工的产量。
3.本发明采用蓄热式燃气加热炉或中频感应加热装置，材料氧化少，由于一次性加热能耗显著降低。
4.本发明锻锤采用间接隔振，隔振效果好，对周围环境基本不造成振动污染。
5.本发明与传统工艺的经济性比较。（以ASME B16.5 WN/RF 150Lb 16" sch40sF316L产品为例）
从上表可以看出，精密模锻用料比与传统自由锻相比下降20.6%，班产是自由锻工艺的13.7倍，人工是传统工艺的5.3%，燃气使用占传统工艺的40.9%。
具体实施方式：
实施例1：
高颈法兰模锻成型加工方法，该方法包括以下步骤：
A. 下料：经检验合格的不锈钢钢棒（最好为圆钢），按下料工艺中规定的下料重量在带锯床上下料（小规格产品可用不锈钢光圆，直接用棒料剪切机下料），要求下料重量偏差控制在±1％范围内。（本产品下料重量为147.5kg，锻后芯料重量39.7kg，实际耗料107.8kg，芯料可做6"300Lb WN产品 ）。
B. 加热：锻造加热炉采用蓄热式室式燃气加热炉（2T、3T模锻生产线可选用中频感应加热成套设备）。设有PLC控制***，控制加热速度、始锻温度、反应炉温均匀性、炉压等。用操作机把下好的材料加入锻造炉中，按加热工艺要求加热至1250℃±20℃，加热时间约85分钟。
C. 预锻：用操作机从锻造炉中出料至8T全液压自由锻电液锤墩粗，始锻温度1250℃±20℃，锻造时间约10—15秒，打击次数约5—6次，达到工艺要求的尺寸。
D. 模锻：用16T模锻电液锤、400kg有轨工业机器人，把工件从8T锤移至16T锤上工作区，进行模锻，终锻温度1050℃±20℃，锻造时间20—30秒，打击次数6—8次，要求坯料完全充满模腔。
E. 切边、冲孔：选用JS31-1600型闭式单点压力机、复合切边模。用400kg有轨工业机器人从16T模锻锤上把模锻后的工件移至JS31-1600型闭式单点压力机上，放正位置，进行切边、冲孔。切边温度>1000℃，一次完成切边、冲孔。完工后把毛坯、芯料、飞边分开收集堆放。
F. 检验：空冷至室温后，100％检查锻件尺寸规格及表面质量
G. 热处理：按固溶处理工艺要求，在2台10T蓄热式室式燃气炉中加热、保温，操作机出炉至下方水槽下快速水冷。
H. 检验：每熔炼炉批随机选取工件检查硬度HB：137-187。
I. 标记、入库，同传统工艺。
工艺要点：
设备选择：
主要设备模锻锤和闭式单点压力机选择：
锻锤吨位：根据终锻工步的需要选定锻锤吨位G（kg）：G=（3.5—6.3）k·F总，
式中：F总—锻件总变形面积，cm2，包括锻件面积，冲孔芯料及飞边面积。k—钢种系数，不锈钢材料k选1.25。
闭式单点压力机：闭式单点压力机、锻造加热炉、模锻锤构成模锻生产的基本单位—机组。配组压力机吨位P（KN），可根据锻锤吨位G选定，P=MG，
式中：M—配组系数，随锻锤吨位大小而不同，可取M=800—1000KN/t，与模锻锤配套的切边压力机
锻造加热炉选择：
小型设备如2T、3T模锻锤精密模锻选用无氧化或少氧化的中频感应加热成套装置。
大型设备如6T、10T、16T模锻生产线采用蓄热式燃气室式锻造加热炉。
加热、预锻、模锻、切边冲孔—分离、各工序之间用装取料机或工业机器人进行运输操作。
小型设备机组，如2T、3T模锻线，由于加工的工件比较少，采用链轮链板输送线，进行工件输送。
大型设备机组，如6T、10T、16T模锻生产线采用锻造操作机、工业机器人进行工件拿取、操作。
热处理设备：
选择燃气蓄热式热处理炉。用于不锈钢固溶的热处理炉，采用室式蓄热式燃气炉。设计炉温1400℃，装工件量10T×2台，175m3 水池，设有冷却水***，10T装取料机与锻造炉合用一套控制***，加强联动控制。九点测温，确保测量精度±1℃，炉温均匀性±10％，水温50℃以下。
用于普碳钢、合金钢热处理炉。设置装工件量20T，蓄热式台车热处理炉。设计最高生产温度1000℃，九点测量，确保测量精度±1℃，炉温均匀性±10％。
锻锤隔振：
锻锤在工作过程中会产生较大的振动，如果对锻锤基础设计不当，振动不但将严重影响周围设备的工作，降低厂房结构的稳定性，甚至会危害人体健康，我们在8T的自由锻电液锤和16T模锻电液锤的基础设计中选用由广州安固隔振环保科技有限公司的间接隔振器方案。
8吨自由锻电液锤隔振器的技术方案(间接隔振)：
1、锻锤的技术参数：
打击能量：280KJ，
落下部分质量：8.5T，
最大打击频次：55次/分，
整机质量：205T，
配置混凝土质量块：10000×6000×5400（重量约为775T）
2、隔振器的技术参数(间接隔振)：
16吨电液模锻锤隔振器的技术方案(间接隔振)：
1、锻锤的技术参数：
打击能量：400KJ
落下部分质量：18.5T+18.5T
最大打击频次：40次/分
整机质量：440T
配置混凝土质量块：10000×8000×5600（重量约为1060T）
2、隔振器的技术参数（间接隔振）
锻模设计
模锻锤锻模设计：
①采用开式模锻，用镶块模具。模架尺寸规格固定，不同规格产品换模芯。锻模由上下两个模块组成，借燕尾、楔铁和键块紧固在锤头和下模座的燕尾槽中。
燕尾：使模块固定在锤头（或砧座）上，使燕尾底面与锤头（或砧座）底面紧密贴合。
楔铁：使模块在左右方向定位。
键块：使模块在前后方向定位。
该设计特点：由于采用开式模锻，有飞边存在。模膛的充填性能较好。模锻锤是定能量设备，其能量来自运动的落下部分，包括锤头、锤杆及上模块等。可以通过多次锤击完成变形，特别适合不锈钢产品的生产。模锻时，毛坯轴线方向与打击方向相同，金属沿高度、宽度和长度方向同时发生塑性变形。
模锻斜度 一般为5°—15°之间。
模锻圆角半径：钢的模锻件外圆角半径（r）一般取1.5-12mm，内圆角半径（R）比外圆角半径大2-3倍。模膛深度越深，圆角半径值越大。为了便于制模和锻件检测，圆角半径尺寸已形成系列，其标准是1，1.5,2,2.5,3,4,5,6,8,10,12,15,20,25,30等mm。
使用锻模的技术要求：
首先检查模膛制造质量和安装尺寸是否合格。
锻模应安装牢固可靠，上下模分模面互相平衡，燕尾高度应大于燕尾槽的深度，间隙Δ=0.5-1mm。
调整锤头与导轨间的间隙，在保证正常工作的前提下，尽量取最小值。
锻模在使用前应预热到150-350℃，在使用途中停顿时应进行保温。
氧化铁皮严重影响锻件质量和锻模寿命，锻造前必须认真清除加热坯料表面的氧化铁皮。
锻模工作时的表面温度不得超过400℃，为防止锻模升温过高，应向模膛喷洒冷却润滑剂。
切边冲孔复合模具设计：
热冲压是建立在金属塑性变形的基础上，在高温下利用安装在压力机上的模具对工件施加压力，使其产生分离。从而获得一定形状、尺寸和性能的的一种压力加工方法。
该工艺主要用切边冲孔复合模。
以上仅是本发明的最佳实施例，本发明的方法包括但不限于上述实施例，本发明的未尽事宜，属于本领域技术人员的公知常识。
Claims (6)
1.一种高颈法兰模锻成型加工方法，其特征是：该方法包括以下步骤：
A.下料：经检验合格的不锈钢钢棒，按下料工艺中规定的下料重量在带锯床上下料，要求下料重量偏差控制在±1％范围内；
B.加热：用操作机把下好的材料加入锻造炉中，按加热工艺要求加热至1250℃±20℃，加热时间85±10分钟；
C.预锻：用操作机从锻造炉中出料至8T全液压自由锻电液锤墩粗，始锻温度1250℃±20℃，锻造时间10—15秒，打击次数5—6次，达到工艺要求的尺寸；
D.模锻：把工件从8T全液压自由锻电液锤移至16T锤上工作区，用模锻电液锤进行模锻，终锻温度1050℃±20℃，锻造时间20—30秒，打击次数6—8次，要求坯料完全充满模腔；
E.切边、冲孔：选用闭式单点压力机复合切边模；
F.检验：空冷至室温后，100％检查锻件尺寸规格及表面质量；
G.热处理：按固溶处理工艺要求，在2台10T蓄热式室式燃气炉中加热、保温，操作机出炉至下方水槽下快速水冷；
H.检验：每熔炼炉批随机选取工件检查硬度HB：137-187；
I.标记、入库。
2.根据权利要求1所述的高颈法兰模锻成型加工方法，其特征是：步骤D中所述的模锻电液锤吨位的选择方法为：根据终锻工步的需要选定锻锤吨位G： G=（3.5—6.3）K·F总，
式中：F总表示锻件总变形面积，单位为cm2，包括锻件面积，冲孔芯料及飞边面积，
K表示钢种系数，当采用含碳量低于0.25％的碳素结构钢时，K取0.9，当采用含碳量高于0.25％的碳素结构钢及C≤0.25％的低合金钢时，K取1，当采用含碳量≥0.25％的低合金结构钢时，K取1.1，当采用高合金结构钢、不锈钢时，K取1.25。
3.根据权利要求1或2所述的高颈法兰模锻成型加工方法，其特征是：步骤E中所述的闭式单点压力机吨位P，根据锻锤吨位G选定：P=MG
式中：M为配组系数， M=800—1000KN/t。
4.根据权利要求1或2所述的高颈法兰模锻成型加工方法，其特征是：步骤G中所述的热处理采用蓄热式室式燃气炉。
5.根据权利要求1或2所述的高颈法兰模锻成型加工方法，其特征是：所述的预锻和所述的模锻的电液锤的基础中设置有间接隔振器。
6.根据权利要求1或2所述的高颈法兰模锻成型加工方法，其特征是：所述的模锻中锻模由上下两个模块组成，借燕尾、楔铁和键块紧固在锤头和下模座的燕尾槽中，所述的燕尾：使模块固定在锤头或砧座上，使燕尾底面与锤头或砧座底面紧密贴合；所述的楔铁：使模块在左右方向定位；所述的键块：使模块在前后方向定位。
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