CN108705023B - 一体化接管段锻件仿形锻造工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及锻造领域，公开了一体化接管段锻件仿形锻造工艺。该工艺，包括如下步骤：将坯料锻造成形为具有凸起带的筒体坯料；在筒体坯料凸起带对应位置设置内部支撑结构，利用管嘴成形砧在凸起带上成形管嘴坯，管嘴成形砧具有至少两个成形凸块，两相邻成形凸块之间形成管嘴成形凹槽，将成形凸块对准筒体坯料的凸起带挤压，成形管嘴坯；以管嘴坯为基础，成形管嘴。采用该工艺可以在凸起带的任意位置实现成形管嘴坯，不再局限于特定位置和数量的管嘴成形，从而扩大了锻造工艺的适用范围。

Description

一体化接管段锻件仿形锻造工艺

技术领域

本发明涉及锻造领域，尤其是一种一体化接管段锻件仿形锻造工艺。

背景技术

随着核电装备制造技术与对设备安全性要求的不断提高，核电设备结构设计呈现大型化、整体化的趋势，尽可能的减少设备的焊缝数量，减少设备在役检测周期，提高核电设备的运行效率。以往的反应堆压力容器接管段是将接管管嘴与接管段筒体焊接为一体的，焊缝数量较多，安全性能相对较低，在役检测周期较长。

公布号为CN105033154A的专利申请公开了一种带接管和法兰的一体化接管段整体锻造方法，其在确定一体化接管段的特征尺寸基础上，设计了毛坯尺寸；同时制作三角砧、门字形锤头、马杠，翻边冲子及翻边下模。锻造阶段，将带有中间环带的空心坯料，用三角砧压在接管环带位置上，预压凹档，完成接管凸台的成形，再用门字形锤头和马杠扩孔成形毛坯锻件；最后将毛坯锻件粗加工得到翻边坯料，翻边接管成形前端管嘴得到一体化整体接管段成品。该方法实现了接管和法兰的一体锻造，降低了劳动强度，提高了生产效率，减少了整台压力容器的焊缝数量。

但是该方法也具有一定的局限性，首先，由于其采用了上下三角砧配合成形管嘴坯，因此其仅能实现沿环向布置的管嘴的锻造，此外，即使是环向管嘴的锻造，其锻造出的管嘴之间的间隙也是必然是对称分布的，也就是说，其无法自由决定管嘴的锻造位置，对于某些对管嘴位置有专门要求的接管段锻件是难以实现锻造的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种一体化接管段锻件仿形锻造工艺，更为自由精确地实现管嘴的成形，提高一体化接管段锻造的适用范围。

本发明公开的一体化接管段锻件仿形锻造工艺，包括如下步骤：

将坯料锻造成形为具有凸起带的筒体坯料；

在筒体坯料凸起带对应位置设置内部支撑结构，利用管嘴成形砧在凸起带上成形管嘴坯，管嘴成形砧具有至少两个成形凸块，两相邻成形凸块之间形成管嘴成形凹槽，将成形凸块对准筒体坯料的凸起带挤压，成形管嘴坯；

以管嘴坯为基础，成形管嘴。

优选地，所述凸起带为绕筒体坯料周向布置的环带，成形具有环带的筒体坯料步骤如下：

将实心坯料放置于漏盘内，进行镦粗，利用冲子成形中间孔形成筒体坯料，芯棒穿过筒体坯料中间孔，将坯料放置于V形砧上，利用平砧分段拔长出不同直径段成形为具有环带的筒体坯料。

优选地，拔长成形的筒体坯料尺寸根据锻件尺寸进行初步计算，再通过数值模拟进行验证和优化后确定。

优选地，所述凸起带为绕筒体坯料周向布置的环带，在成形管嘴坯时，将筒体坯料放置于成形下模上，成形下模上具有与凸起带相适配的放置槽，筒体坯料的凸起带对准下模的放置槽放置，管嘴成形砧设置于筒体坯料上方，管嘴成形砧下压成形管嘴坯。

优选地，所述管嘴成形砧还设置有两侧挡板，两侧挡板的间距与凸起带的宽度相适配；

成形管嘴坯时，两侧挡板分别设置于凸起带两侧，挡板与管嘴成形砧配合成形管嘴坯。

优选地，所述管嘴成形砧上设置沿压力方向设置有挡板导轨，所述挡板安装于挡板导轨上，沿挡板导轨移动；

当成形管嘴坯时，首先将两侧的挡板沿轨道滑移至凸起带的两侧，再利用管嘴成形砧挤压成形管嘴坯。

优选地，在成形管嘴坯之前，先利用扩孔工装对筒体坯料进行扩孔使其达到锻件的工艺尺寸。

优选地，所述扩孔工装包括马架、马杠和扩孔上砧，所述马杠的上表面与筒体坯料的内表面相适配，所述扩孔上砧的下表面与筒体坯料的外表面相适配；

扩孔时，将马杠穿过筒体坯料并且两端架设于马架上，扩孔上砧设置于筒体坯料上方，通过马杠与扩孔上砧对筒体坯料进行挤压，并旋转筒体坯料实现扩孔。

优选地，所述内部支撑结构包括芯部支撑和八方马杠，芯部支撑的外径与筒体坯料凸起带位置的内径相适配，芯部支撑具有与八方马杠相适配的中心孔，八方马杠穿插于芯部支撑的中心孔中。

优选地，以管嘴坯为基础成形管嘴的步骤如下：

对管嘴坯的外径进行机加工，使其与管嘴成形模具相适配，在管嘴坯中心内部加工出定位孔，将管嘴坯放置于管嘴成形模具上，在定位孔内设置管嘴冲头，框架式工装穿过筒体坯料设置，框架式工装下压管嘴冲头，成形接管管嘴。

本发明的有益效果是：

1、采用带有两块凸块的管嘴成形砧，可以在凸起带的任意位置实现成形管嘴坯，不再局限于特定位置和数量的管嘴成形，从而扩大了锻造工艺的适用范围。

2、接管管嘴与接管段筒体采用一体化仿形锻造，消除了两者之间的焊缝，提高了锻件的安全性，减少设备的在役检测周期。

3、采用仿形锻造一体化接管段，提高了材料的利用率，降低材料成本。

4、沿周向非均布的管嘴成形时，先通过管嘴成形砧成形管嘴坯，再成形管嘴，避免了2个相邻管嘴成形时的干涉问题，能够单独锻造每个管嘴。

附图说明

图1是镦粗、冲击的示意图；

图2是分段拔长出不同直径段的示意图；

图3是图2的侧视图；

图4是利用扩孔工装对筒体坯料进行扩孔的示意图；

图5是成形管嘴坯的示意图；

图6是图5的侧视图；

图7是对管嘴坯机加工后的示意图；

图8是由管嘴坯挤成形管嘴冲的示意图。

附图标记：筒体坯料1，漏盘21，平砧31，V形砧32，芯棒33，扩孔上砧41，马杠42，马架43，管嘴成形砧51，挡板52，八方马杠53，芯部支撑54，成形下模55，挡板导轨56，框架式工装61，管嘴冲头62，管嘴成形模具63。

具体实施方式

下面对本发明进一步说明。

本发明公开的一体化接管段锻件仿形锻造工艺，包括如下步骤：

将坯料锻造成形为具有凸起带的筒体坯料1，此凸起带即是成形管嘴的基础，在此位置成形管嘴可以保证管嘴及管嘴与筒体坯料1的连接部位具有足够的壁厚，凸起带的位置和走向根据管嘴的排布而定，凸起带可以为一个也可以是多个，为简化工艺，优选将所有管嘴位置设计与同一凸起带上，那么仅成形出一个凸起带即可实现管嘴的锻造；

利用管嘴成形砧51在凸起带上成形管嘴坯，管嘴成形砧51具有两个成形凸块，两成形凸块之间形成管嘴成形凹槽，将两成形凸块对准坯料的凸起带挤压，成形管嘴坯，凸块的作用面优选为弧形，相对于尖角形使成形的管嘴坯更接近管嘴的形状和尺寸；这种先成型管嘴坯再成形管嘴的方式不但可以降低管嘴成形的难度，提高管嘴质量，而且避免了直接锻造多个相邻管嘴时，管嘴之间相互干涉的问题，凸块的宽度及管嘴成形凹槽的宽度分别根据管嘴的间距和管嘴的直径而定，若在同一锻件上锻造不同直径的管嘴，可能会分别采用不同尺寸的管嘴成形砧51，凸块的数量通常为两个，两个凸块可以成形一个管嘴坯，操作难度较低，当然也可设计三个甚至更多的凸块，每相邻两个凸块之间即为一个管嘴成形凹槽，可成形一个管嘴坯，即采用三个凸块可以一次性成形两个管嘴坯，采用四个凸块可一次性成形三个管嘴坯，当然，成形的难度也会相应地增加。

以管嘴坯为基础，成形管嘴，有了管嘴坯后，成形管嘴就变得十分容易，具体成形方式可以采用锻造或者机加工等方式成形。

凸起带根据管嘴的分布情况，可以是沿筒体坯料1的轴向也可以是沿筒体周向布置，当然也可沿其他方向布置，只要能成形凸起带，就可以在该凸起带锻造出管嘴坯。

所述凸起带为绕筒体坯料1周向布置的环带时，成形具有环带的筒体坯料1步骤如下：

将实心坯料放置于漏盘21内，进行镦粗，利用冲子成形中间孔形成筒体坯料1，芯棒33穿过筒体坯料1中间孔，将坯料放置于V形砧32上，利用平砧31分段拔长出不同直径段成形为具有环带的筒体坯料1。拔长出不同直径段的筒体坯料1中，各段的材料的量就基本确定，直接影响后续成形的锻件尺寸，因此，为了保证加工出合格的锻件，拔长成形的筒体坯料1尺寸根据锻件尺寸进行初步计算，再通过数值模拟进行验证和优化后确定，以确保锻件尺寸合格。此外，也可采用模具通过镦粗挤压的方式成形各部台阶不同的的坯料。在实心坯料漏盘21镦粗之前，可以先将原料钢锭通过镦拔方式进行锻造压实，改善坯料内部缺陷，提高坯料质量，然后进行气割下料。

其中，内部支撑结构的作用是在成形管嘴坯时，防止筒体坯料1变形，内壁支撑结构可以与筒体坯料1中间孔相适配的棒状结构，而本发明更宜采用如下结构，所述内部支撑结构包括芯部支撑54和八方马杠53，芯部支撑54的外径与筒体坯料1凸起带位置的内径相适配，芯部支撑54具有与八方马杠53相适配的中心孔，八方马杠53穿插于芯部支撑54的中心孔中。由于锻造压力，在通过八方马杠53转动筒体坯料1时，芯部支撑54与筒体坯料1之间基本不发生打滑，而八方马杠53与适配的芯部支撑54也不会发生打滑，因此，可以通过八方马杠53很容易控制筒体坯料1进行转动。

在成形管嘴坯时，除设置内部支撑结构外，最好再设置底部的支撑结构以提高锻造稳定性，底部支撑结构通常与筒体坯料1的下底面相适配，例如所述凸起带为绕筒体坯料1周向布置的环带，在成形管嘴坯时，将筒体坯料1放置于成形下模55上，成形下模55上具有与凸起带相适配的放置槽，筒体坯料1的凸起带对准下模的放置槽放置，管嘴成形砧51设置于筒体坯料1上方，管嘴成形砧51下压成形管嘴坯。管嘴成形砧51与成形下模55上下对应，相互作用，从而提高管嘴坯成型的稳定性。

上述成形砧的管嘴成形凹槽两侧实际为开放式，在成型管嘴坯时，材料会向两侧流动，形成凸出的棱角，使管嘴坯的两侧变为中间窄两边宽的凹状结构，此种结构不但会增加由管嘴坯成形管嘴的难度，而且可能会造成材料的浪费。为此，本发明在所述管嘴成形砧51还设置有两侧挡板52，两侧挡板52的间距与凸起带的宽度相适配；成形管嘴坯时，两侧挡板52分别设置于凸起带两侧，挡板52与管嘴成形砧51配合成形管嘴坯。管嘴成形砧51的凸块与两侧挡板52即可形成四周封闭的型腔，形成模锻效果，可以更为准确地控制管嘴坯的形状，为之后成形管嘴提供良好的基础，而且可以更好地控制相应的尺寸，避免不必要的材料浪费。

两侧挡板52可以是固定式的，甚至可以是与管嘴成形砧51的凸块为一体结构的，也可以是活动式的，两种挡板52各有优势，固定式的挡板52设计和操作更为简单，但是对于锻件材料的分配预设要求相对较高，而活动式的则恰恰相反。固定式挡板52设计较为简单，例如直接将挡板52与管嘴成形砧51设计为一体结构，而针对活动式的挡板52，可以在所述管嘴成形砧51上设置沿压力方向设置有挡板导轨56，所述挡板52安装于挡板导轨56上，沿挡板导轨56移动。当成形管嘴坯时，首先将两侧的挡板52沿轨道滑移至凸起带的两侧，使其对管嘴两侧加以限制，再下压管嘴成形砧51，由于管嘴成形砧51与挡板52之间通过轨道滑动连接，因此，挡板52不会影响管嘴成形砧51的运动。

直接利用冲子成形的中间孔通常要较锻件实际的中间孔要小，因此，通常需要对其进行扩孔，公布号为CN105033154A的专利文献中，其是先成形了管嘴坯后，再进行扩孔，而扩孔时容易使管嘴坯的位置和角度发生变化，导致最终的锻件管嘴位置发生偏差。对此，本发明在成形管嘴坯之前，先利用扩孔工装对筒体坯料1进行扩孔使其达到锻件的工艺尺寸，避免了先成形管嘴后扩孔时管嘴角度与位置变化的弊端。扩孔时可以采用上述文献的扩孔工装，但是其扩孔工装的扩孔效果相对较差，因此本发明提供一种优选的扩孔工装，其包括马架43、马杠42和扩孔上砧41，所述马杠42的上表面与筒体坯料1的内表面相适配，所述扩孔上砧41的下表面与筒体坯料1的外表面相适配；扩孔时，将马杠42穿过筒体坯料1并且两端架设于马架43上，扩孔上砧41设置于筒体坯料1上方，通过马杠42与扩孔上砧41对筒体坯料1进行挤压，并旋转筒体坯料1实现扩孔。该工装相对而言，扩孔效果更好，更有利于控制筒体坯料1的壁厚。

以管嘴坯成型管嘴的方式可以参考现有的机加工成形，挤压锻造成形等方式，其中，冲挤成形的管嘴，其变形程度大，锻件质量好。因此本发明优选采用冲挤成形管嘴，具体方式如下：

对管嘴坯的外径进行机加工，使其与管嘴成形模具63相适配，在管嘴坯中心内部加工出定位孔，将管嘴坯放置于管嘴成形模具63上，在定位孔内设置管嘴冲头62，框架式工装61穿过筒体坯料1设置，框架式工装61下压管嘴冲头62，成形接管管嘴。一个管嘴成形后可进行下一个管嘴的成形，直至所有管嘴成形完成。

如图1～图8所示，为本发明一个较佳的实施例，其具体步骤如下：

①钢锭加热保温后，对钢锭压钳把，然后进行镦粗、拔长压实制坯，然后切割下料。

②实心坯料加热后立料于漏盘21内，进行大变形镦粗至一定高度，成形Ⅰ部，然后使用冲子进行冲孔，如图1。

③芯棒33穿过坯料中间孔放置于V形砧32上，利用平砧31进行拔长。先拔长为一定尺寸的直筒毛坯，然后分料拔长Ⅰ～Ⅳ部至图3所示筒体坯料1。

④利用扩孔工装对筒体坯料1进行扩孔，马杠42穿过筒体坯料1放置于马架43上，使用扩孔上砧41进行压下扩孔，扩孔上砧41压完一次后，旋转马杠42带动坯料旋转一定角度，然后扩孔上砧41压下一定量进行扩孔，经过多次旋转压下使筒体坯料1直径不断长大，直至到达工艺尺寸。

⑤八方马杠53组合芯部支撑54穿过筒体坯料1放置于成形下模55上，管嘴成形砧51压下一定量，然后八方马杠53组合芯部支撑54旋转带动筒体坯料1旋转，管嘴成形砧51压下一定量成形相邻的另一个接管管嘴后，直至所有管嘴坯成形。

⑥筒体坯料1冷却至常温后对每个管嘴部位进行机加工，直径加工至φ1，坯料内壁加工φ2的内孔作为定位孔，深度h0。

⑦加工后的筒体坯料1加热后放置于管嘴成形模具63上，在定位孔内设置管嘴冲头62，框架式工装61穿过筒体坯料1设置，框架式工装61下压管嘴冲头62，成形接管管嘴。每次可以冲挤成形一个接管管嘴，也可以继续旋转筒体坯料1至下一接管管嘴，直至所有管嘴成形完成。

Claims (9)

1.一体化接管段锻件仿形锻造工艺，其特征在于，包括如下步骤：

将坯料锻造成形为具有凸起带的筒体坯料(1)；

在筒体坯料(1)凸起带对应位置设置内部支撑结构，利用管嘴成形砧(51)在凸起带上成形管嘴坯，管嘴成形砧(51)具有至少两个成形凸块，两相邻成形凸块之间形成管嘴成形凹槽，将成形凸块对准筒体坯料(1)的凸起带挤压，成形管嘴坯；

以管嘴坯为基础，成形管嘴；

在成形管嘴坯之前，先利用扩孔工装对筒体坯料(1)进行扩孔使其达到锻件的工艺尺寸。

2.如权利要求1所述的一体化接管段锻件仿形锻造工艺，其特征在于，所述凸起带为绕筒体坯料(1)周向布置的环带，成形具有环带的筒体坯料(1)步骤如下：

将实心坯料放置于漏盘(21)内，进行镦粗，利用冲子成形中间孔形成筒体坯料(1)，芯棒(33)穿过筒体坯料(1)中间孔，将坯料放置于V形砧(32)上，利用平砧(31)分段拔长出不同直径段成形为具有环带的筒体坯料(1)。

3.如权利要求2所述的一体化接管段锻件仿形锻造工艺，其特征在于，拔长成形的筒体坯料(1)尺寸根据锻件尺寸进行初步计算，再通过数值模拟进行验证和优化后确定。

4.如权利要求1所述的一体化接管段锻件仿形锻造工艺，其特征在于，所述凸起带为绕筒体坯料(1)周向布置的环带，在成形管嘴坯时，将筒体坯料(1)放置于成形下模(55)上，成形下模(55)上具有与凸起带相适配的放置槽，筒体坯料(1)的凸起带对准下模的放置槽放置，管嘴成形砧(51)设置于筒体坯料(1)上方，管嘴成形砧(51)下压成形管嘴坯。

5.如权利要求1所述的一体化接管段锻件仿形锻造工艺，其特征在于，所述管嘴成形砧(51)还设置有两侧挡板(52)，两侧挡板(52)的间距与凸起带的宽度相适配；

成形管嘴坯时，两侧挡板(52)分别设置于凸起带两侧，挡板(52)与管嘴成形砧(51)配合成形管嘴坯。

6.如权利要求5所述的一体化接管段锻件仿形锻造工艺，其特征在于，所述管嘴成形砧(51)上设置沿压力方向设置有挡板导轨(56)，所述挡板(52)安装于挡板导轨(56)上，沿挡板导轨(56)移动；

当成形管嘴坯时，首先将两侧的挡板(52)沿轨道滑移至凸起带的两侧，再利用管嘴成形砧(51)挤压成形管嘴坯。

7.如权利要求1所述的一体化接管段锻件仿形锻造工艺，其特征在于，所述扩孔工装包括马架(43)、马杠(42)和扩孔上砧(41)，所述马杠(42)的上表面与筒体坯料(1)的内表面相适配，所述扩孔上砧(41)的下表面与筒体坯料(1)的外表面相适配；

扩孔时，将马杠(42)穿过筒体坯料(1)并且两端架设于马架(43)上，扩孔上砧(41)设置于筒体坯料(1)上方，通过马杠(42)与扩孔上砧(41)对筒体坯料(1)进行挤压，并旋转筒体坯料(1)实现扩孔。

8.如权利要求1所述的一体化接管段锻件仿形锻造工艺，其特征在于，所述内部支撑结构包括芯部支撑(54)和八方马杠(53)，芯部支撑(54)的外径与筒体坯料(1)凸起带位置的内径相适配，芯部支撑(54)具有与八方马杠(53)相适配的中心孔，八方马杠(53)穿插于芯部支撑(54)的中心孔中。

9.如权利要求1所述的一体化接管段锻件仿形锻造工艺，其特征在于，以管嘴坯为基础成形管嘴的步骤如下：

对管嘴坯的外径进行机加工，使其与管嘴成形模具(63)相适配，在管嘴坯中心内部加工出定位孔，将管嘴坯放置于管嘴成形模具(63)上，在定位孔内设置管嘴冲头(62)，框架式工装(61)穿过筒体坯料(1)设置，框架式工装(61)下压管嘴冲头(62)，成形接管管嘴。

Images