CN109822027B - 核电用一体化封头的锻造成形模具及锻造方法 - Google Patents

Abstract

本发明是提供一种接管型腔截面采用矩形和半圆弧组成的核电用一体化封头的锻造成形模具以及采用上述锻造成形模具锻造成形一体化封头的方法，涉及核电用压力容器制造领域。成形模具，包括凸模、下模以及与下模可拆卸连接的上模，所述下模设有中心凸台型腔和接管型腔，所述接管型腔的截面由矩形和位于矩形外侧的并与所述矩形一对边相切的半圆弧组成，所述矩形棱角采用圆角过渡。本发明可提高了锻件生产效率以及锻件质量。

Description

核电用一体化封头的锻造成形模具及锻造方法

技术领域

本发明涉及核电用压力容器制造领域，具体涉及核电用一体化封头的锻造成形模具及锻造方法。

背景技术

封头是核电压力容器的核心部件，是核电主设备中一体化程度最高、异形复杂度最突出、制造难度最大的零部件之一。核电用压力容器封头如图1所示，主要是由封头主体以及设置在封头主体1外表面上的接管12以及中心凸台11等组成，封头主体呈半球冠状。由于核电用压力容器封头处于高温高压的恶劣运行环境中，且要承受交变载荷和管道涡流所形成的压力突变，为了保证各分部（接管、中心凸台）与封头主体的连接性能，要求其与封头主体一体锻造成形。

专利CN104259362A公开了一种核反应堆一体化下封体仿形锻造方法，并公开了锻造一体化封头的锻造模具，锻造模具包括锤头（凸模）、下模以及与下模可拆卸连接的上模，下模设有中心凸台型腔和接管型腔。如图2所示，由于现锻造成形模具的下模2的接管型腔21为与一体化封头接管外径一致的圆形型腔，该种型腔结构接管与接管之间的“隔断”面积较大，由于锻件的三个接管是靠镦粗和旋压将金属挤入型腔而成形，球面面积越大，阻碍金属流入型腔的阻力越大，越不利于接管的充形，造成锻件接管外侧产生过大的圆弧而满足不了尺寸要求。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种接管型腔截面采用矩形和半圆弧组成的核电用一体化封头的锻造成形模具，以解决现锻造模具不利于接管充形的问题。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种采用上述锻造成形模具锻造成形一体化封头的方法，以保证锻件尺寸要求。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：核电用一体化封头的锻造成形模具，包括凸模、下模以及与下模可拆卸连接的上模，所述下模设有中心凸台型腔和接管型腔，所述接管型腔的截面由矩形和位于矩形外侧的并与所述矩形一对边相切的半圆弧组成，所述矩形棱角采用圆角过渡。

进一步的，所述接管型腔的半圆弧投影方向沿所述下模投影的径向方向设置。

进一步的，所述矩形与所述半圆弧相切的两边长度分别为对应成形的接管外径的一半，另一边长度等于对应成形的接管外径。

进一步的，所述接管型腔深度大于对应成形的接管长度。

核电用一体化封头的锻造方法，该一体化封头的锻造成形方法采用上述的锻造成形模具，所述锻造成形方法包括以下步骤：

步骤一：自由段制坯，保证坯料锻透压实；

步骤二：将上述坯料放入所述下模中镦粗；

步骤三：将上述镦粗料从所述下模取出加热至1250℃±20℃后放入所述下模和所述上模的组合模具内，用所述凸模对镦粗料进行旋转镦挤成形，制的仿形锻件；

步骤四：平整锻件；将上述仿形锻件碗口边沿以及接管端面整为平面。

进一步的，所述步骤一中，采用自由锻制坯，其中，制的坯料为一实心的圆柱体坯料，所述圆柱体坯料包括中心凸台段和镦粗段，所述镦粗段为一端大一端小的锥台结构；所述中心凸台段位于所述镦粗段的大端端部中心且与所述镦粗段处于同一回转中心。

进一步的，所述镦粗段包括设置其中部或小端端部的直段。

进一步的，镦粗段的大端直径为D，所述镦粗段长度为L，L取值为L=1.5D～2D。

进一步的，步骤三中用凸模对镦粗料进行旋转镦挤成形，其中，所述凸模的每次旋转角度为10～15°，每次压下量70～100mm。

本发明的有益效果是：本发明的核电用一体化封头的锻造成形模具，下模的接管型腔截面采用矩形加圆弧形的组合形式，减少了金属流入接管型腔的阻力，更利于接管的充形，模具锻造的仿形锻件接管外侧圆角明显减小，解决了锻件接管尺寸不满足生产要求的问题，且模具充形更容易，可提高了锻件生产效率。

本发明的核电用一体化封头的锻造方法，该方法采用上述锻造成形模具保证了证锻件尺寸要求，提高了锻件质量。

附图说明

图1是核电用带接管和中心凸台的封头零件图；

图2是现有的下模俯视结构示意图；

图3是本发明的锻造模具结构示意图；

图4是本发明的下模俯视图；

图5是本发明自由锻制的的坯料示意图；

图6为本发明的一体化封头锻造成形流程图；

图中所示：1.封头主体，2.下模，3.上模，4.凸模，11.中心凸台，12.接管，21.接管型腔，22.中心凸台型腔，41.中心凸台段，42.镦粗段，43.直段，211.矩形，212.半圆弧，213.对称中心线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图3、图4所示，本发明的核电用一体化封头的锻造成形模具，包括凸模4、下模2以及与下模2可拆卸连接的上模3，所述下模2设有中心凸台型腔22和接管型腔21，所述接管型腔21的截面由矩形和位于矩形外侧的并与所述矩形两侧边相切的半圆弧组成，所述矩形棱角采用圆角过渡。

如图3所示的核电用一体化封头的锻造成形模具，包括凸模4、下模2以及与下模2可拆卸连接的上模3，下模2、上模3以及凸模4的结构可参见专利CN104259362A。如图4所示，下模2设有中心凸台型腔22和接管型腔21，接管型腔21的截面由矩形211和位于矩形211外侧（远离下膜中心方向为外）的并与所述矩形211一对边相切的半圆弧212组成，因此相邻的接管型腔之间的距离C相比原相邻两圆形接管型腔之间的距离更小，从而减小了接管型腔与接管型腔之间的“隔断”面积，减少了金属流入接管型腔的阻力，更利于接管的充形，因此模具锻造的仿形锻件接管外侧圆角明显减小，解决了锻件接管尺寸不满足生产要求的问题，且模具充形更容易，可提高了锻件生产效率。矩形棱角采用圆角过渡便于金属流动充满接管型腔。

如图4所示，接管型腔21的半圆弧212的投影方向沿下模投影的径向方向设置，即接管型腔21的半圆弧212投影的对称中心线213沿下模2投影的径向方向设置，当然接管型腔21的半圆弧投影方向可与下模投影的径向方向成一定的夹角设置。但前者与后者相比，前者的距离C最小。

矩形211与半圆弧212相切的两边长度可大于或等于对应成形的接管外径的一半，另一边长度可大于或等于对应成形的接管外径。为了减少材料浪费，优选的，矩形211与半圆弧212相切的两边长度分别为对应成形的接管外径的一半，另一边长度等于对应成形的接管外径。为了便于拔模以及金属向型腔流动，接管型腔可设置5～8°的拔模斜度。

现有的下模的接管型腔21的深度是与一体化封头接管长度相同，用此种结构的模具，在用凸模对镦粗料进行旋转镦挤成形到后期后，接管型腔内的金属大面积接触到接管型腔内壁和下模底面平板后，金属受到反挤压力作用，金属更多的是向下模的碗口流动，从而在接管型腔内形成金属流动死角，金属不能充满接管型腔，可能导致接管尺寸无法满足要求。优选的接管型腔21深度大于对应成形的接管长度，这样一方面能够有效避免成形过程中接管型腔内的金属过早接触底板形成死角而导致的接管尺寸无法满足要求的问题，另一方面，超出接管高度的部分，便于后期可进行处理（平整锻件），可更好改善接管部分的机械性能。优选的接管型腔21深度大于对应成形的接管长度300mm。

核电用一体化封头的锻造方法，该一体化封头的锻造方法采用上述的锻造成形模具，锻造方法包括以下步骤：

步骤一：自由段制坯，保证坯料锻透压实；

步骤二：将上述坯料放入下模2中镦粗；

步骤三；将上述镦粗料从下模2取出加热1250℃±20℃后放入下模2和上模3的组合模具内，用凸模4对镦粗料进行旋转镦挤成形，制的仿形锻件；

步骤四：平整锻件；将上述仿形锻件碗口边沿以及接管端头整为平面。

如图6所示，将钢锭采用自由锻反复镦粗拔长以保证坯料锻透压实后，制的坯料，再将坯料放入下模2中用水压机镦粗，制的镦粗料。镦粗时可直到镦粗料上端面与下模2上端面的距离为500～700mm时停止，以便将镦粗料从下模2中取出。将坯料放入下模镦粗前，可先将坯料加热1250℃±20℃后再放入下模中以便镦粗变形。坯料在下模2中镦粗后，将上述镦粗料从下模2取出，将上模3组装在下模2上形成组合模具，再将镦粗料放入上述组合模具内，用凸模4对镦粗料进行旋转镦挤成形，制的仿形锻件。其中，凸模4的每次旋转角度为10～15°，每次压下量70～100mm，这样既能保证对镦粗料表面碾压均匀，又能保证每次碾压过程中不会因碾压过深大致在镦粗料表面形成折伤。成形完成后，将上述仿形锻件从组合模具内取出，将上述仿形锻件碗口边沿以及接管端面整为平面。

采用上述锻造成形模具锻造的锻件，通过模具保证证锻件尺寸，解决了锻件尺寸无法满足要求的问题。

由于封头的接管12分布在中心凸台11四周，在接管12与中心凸台11一起成形时，流向下模接管型腔21的材料与流向中心凸台型腔22的材料会相互拉扯，即受到模具的拉缩作用，导致接管与中心凸台成形困难，尺寸无法满足要求。为了保证锻造尺寸要求，在上述步骤一中，采用自由锻制坯，其中制的坯料为一实心的圆柱体坯料，所述圆柱体坯料包括中心凸台段41和镦粗段42，所述镦粗段42为一端大一端小的锥台结构；所述中心凸台段41位于所述镦粗段42的大端端部中心且与所述镦粗段42处于同一回转中心。即先在坯料上预制出封头的中心凸台（中心凸台段），从而减小模具的拉缩作用，减小了锻件成形难度，保证了锻件尺寸，同时中心凸台段41可起定位作用，方便坯料对中放入下模2中。镦粗段42为一端大一端小的锥台结构，锥台结构可防止在镦粗的过程中，坯料出现表面折伤缺陷的风险。

为了便于镦粗段42在镦粗过程中的固定，镦粗段42包括设置其中部或小端端部的直段43。直段43更便于夹钳固定。图5为自由锻制的的坯料的镦粗段42中部设有直段43的示意图。

镦粗段42的大端直径为D，镦粗段42的大端直径D根据下模2的尺寸确定，一般取值为1.5（A+B/2），其中A为接管型腔中心到下模中心线的距离，B为接管型腔沿下模投影的径向方向的宽度。

镦粗段42长度为L，L取值为L=1.5D～2D，这样在不影响镦粗的条件下可以获得尽可能高的L总尺寸，以防止坯料镦粗过程中出现表面折伤缺陷的风险。

本发明的锻造方法实施例一：

选用钢锭材料为508-3钢的圆柱形钢锭，采用自由锻反复镦粗拔长以保证坯料锻透压实后，制的坯料；将坯料加热至1230℃后放入本发明的下模中镦粗；待坯料墩粗后，将上述镦粗料从下模中取出加热1230℃后放入下模和上模的组合模具内，用凸模对镦粗料进行旋转镦挤成形，凸模的每次旋转角度为10°，每次压下量70mm，制的仿形锻件经检测后尺寸满足要求，锻件表面无折伤；最后将上述仿形锻件碗口边沿以及接管端头整为平面

实施例二：

选用钢锭材料为508-3钢的圆柱形钢锭，采用自由锻反复镦粗拔长以保证坯料锻透压实后，制的坯料；将坯料加热至1250℃后，放入本发明的下模中镦粗；待坯料墩粗后，将上述镦粗料从下模中取出加热1250℃后保放入下模和上模的组合模具内，用凸模对镦粗料进行旋转镦挤成形，凸模的每次旋转角度为12°，每次压下量90mm，制的仿形锻件经检测后尺寸满足要求，锻件表面无折伤；最后将上述仿形锻件碗口边沿以及接管端头整为平面。

实施例三：

选用钢锭材料为508-3钢的圆柱形钢锭，采用自由锻反复镦粗拔长以保证坯料锻透压实后，制的坯料；将坯料加热至1270℃后，放入本发明的下模中镦粗；待坯料墩粗后，将上述镦粗料从下模中取出加热1270℃后放入下模和上模的组合模具内，用凸模对镦粗料进行旋转镦挤成形，凸模的每次旋转角度为15°，每次压下量100mm，制的仿形锻件经检测后尺寸满足要求，锻件表面无折伤；最后将上述仿形锻件碗口边沿以及接管端头整为平面。

Claims (7)

1.核电用一体化封头的锻造成形模具，包括凸模（4）、下模（2）以及与下模（2）可拆卸连接的上模（3），所述下模（2）设有中心凸台型腔（22）和接管型腔（21），其特征在于：所述接管型腔（21）的截面由矩形和位于矩形外侧的并与所述矩形一对边相切的半圆弧组成，所述矩形与所述半圆弧相切的两边长度大于或等于对应成形的接管外径的一半，另一边长度等于对应成形的接管外径，所述矩形棱角采用圆角过渡，所述接管型腔（21）的半圆弧投影的对称中心线（213）沿下模（2） 投影的径向方向设置。

2.如权利要求1所述的核电用一体化封头的锻造成形模具，其特征在于：所述矩形与所述半圆弧相切的两边长度分别为对应成形的接管外径的一半。

3.如权利要求2所述的核电用一体化封头的锻造成形模具，其特征在于：所述接管型腔（21）深度大于对应成形的接管长度。

4.核电用一体化封头的锻造方法，其特征在于：该一体化封头的锻造方法采用如权利要求1、2或3中所述的锻造成形模具，所述锻造方法包括以下步骤：

步骤一：自由段制坯，保证坯料锻透压实，其中，制的坯料为一实心的圆柱体坯料，所述圆柱体坯料包括中心凸台段（41）和镦粗段（42），所述镦粗段（42）为一端大一端小的锥台结构；所述中心凸台段（41）位于所述镦粗段（42）的大端端部中心且与所述镦粗段（42）处于同一回转中心；

步骤二：将上述坯料放入所述下模（2）中镦粗；

步骤三：将上述镦粗料从所述下模（2）取出加热至1250℃±20℃后放入所述下模（2）和所述上模（3）的组合模具内，用所述凸模（4）对镦粗料进行旋转镦挤成形，制的仿形锻件；

步骤四：平整锻件；将上述仿形锻件碗口边沿以及接管端面整为平面。

5.如权利要求4所述的核电用一体化封头的锻造方法，其特征在于：所述镦粗段（42）包括设置其中部或小端端部的直段（43）。

6.如权利要求4或5所述的核电用一体化封头的锻造方法，其特征在于：镦粗段（42）的大端直径为D，所述镦粗段（42）长度为L，L取值为L=1.5D～2D。

7.如权利要求4所述的核电用一体化封头的锻造方法，其特征在于：步骤三中用凸模（4）对镦粗料进行旋转镦挤成形，其中，所述凸模（4）的每次旋转角度为10～15°，每次压下量70～100mm。

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