專(zhuān)利名稱(chēng)：一種復(fù)合壓力容器內(nèi)襯半殼體毛坯模鍛成型方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及壓力容器制造技術(shù)，具體為一種復(fù)合壓力容器內(nèi)襯半殼體毛坯模鍛成型方法。
背景技術(shù)：
復(fù)合壓力容器，已廣泛用于航天，航空，軍事，醫(yī)療，登山，化工，煤炭等領(lǐng)域。由于復(fù)合壓力容器具有重量輕，性能高的特點(diǎn)，國(guó)際上已在航天發(fā)射中用復(fù)合壓力容器代替常規(guī)的金屬壓力容器，極大地降低航天飛行器的發(fā)射成本。大容積復(fù)合壓力容器對(duì)提高航天飛機(jī)、空間站等大型飛行器結(jié)構(gòu)的安全可靠性、減輕結(jié)構(gòu)重量是非常明顯的，是小容積復(fù)合壓力容器無(wú)法替代的。
復(fù)合壓力容器內(nèi)襯處在朔性應(yīng)變狀態(tài)下工作。內(nèi)襯中存在的缺陷嚴(yán)重影響復(fù)合壓力容器的性能，并成為壓力容器的疲勞裂紋源和失效源。內(nèi)襯內(nèi)外表面高的光潔度，能提高壓力容器的疲勞裂紋萌生壽命。以往研制復(fù)合壓力容器內(nèi)襯往往采用沖壓成形、旋壓成形等方法。它們的共同特點(diǎn)是壓力容器內(nèi)襯無(wú)焊縫，但是，內(nèi)襯的內(nèi)外表面不同程度地存在裂紋、劃傷等缺陷。特別是，壓力容器內(nèi)襯收口時(shí)，頸部?jī)?nèi)表面金屬自由流動(dòng)產(chǎn)生的微小裂紋和皺折，對(duì)大容積復(fù)合壓力容器的疲勞壽命和爆破壓力損害極大。目前發(fā)達(dá)國(guó)家在研制大容積球形、扁球形壓力容器內(nèi)襯時(shí)，采用模鍛—機(jī)加工—焊接—熱處理的生產(chǎn)工藝，來(lái)保證壓力容器內(nèi)襯的安全可靠性。該方法雖然必須用焊接方法焊接組裝壓力容器內(nèi)襯，但是模鍛成形可提高壓力容器內(nèi)襯的整體性能，機(jī)加工可以使壓力容器內(nèi)襯內(nèi)外表面無(wú)缺陷并實(shí)現(xiàn)壓力容器薄壁內(nèi)襯結(jié)構(gòu)優(yōu)化曲線，改善壓力容器內(nèi)襯的應(yīng)力分布，能大大提高疲勞壽命和爆破壓力。然而，用該方法研制大容積復(fù)合壓力容器內(nèi)襯通常需用巨型壓機(jī)設(shè)備(以65升球形內(nèi)襯為例，需要7000噸左右壓機(jī))及模具進(jìn)行內(nèi)襯半殼體毛坯的模鍛成型，因此研制初期投入的費(fèi)用極高，起步很難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種復(fù)合壓力容器內(nèi)襯半殼體毛坯模鍛成型方法，采用多道次不等溫反擠方法，可以用較小噸位的壓機(jī)實(shí)現(xiàn)大容積復(fù)合壓力容器內(nèi)襯半殼體毛坯模鍛成型。
本發(fā)明的技術(shù)方案是一種復(fù)合壓力容器內(nèi)襯半殼體毛坯模鍛成型方法，采用一個(gè)陰模和至少兩個(gè)形狀、直徑不同的沖頭分道次進(jìn)行反擠變形，每一道次沖頭對(duì)毛坯的作用面積相同，且在設(shè)備能力范圍內(nèi)；第一道次和第二道次，在毛坯等溫的條件下進(jìn)行；第三道以后，需要對(duì)毛坯的底部預(yù)先降溫處理。
所述第二道以后的沖頭直徑為變直徑的，從第二道沖頭開(kāi)始，每道沖頭頭部的直徑都小于前一道沖頭的工作段直徑，而且逐漸光滑過(guò)渡到工作段。
所述的復(fù)合壓力容器內(nèi)襯半殼體毛坯模鍛成型方法，具體步驟如下(1)將陰模和一道沖頭安裝到壓機(jī)上，涂潤(rùn)滑劑，預(yù)熱到250-300℃溫度，然后將加熱到成型溫度的金屬坯料從加熱爐中取出，放入陰模中，對(duì)正；(2)將一道沖頭壓入坯料，再抬起一道沖頭，將坯料取出回爐保溫，完成第一道變形，沖頭直徑小于坯料直徑；(3)將一道沖頭卸下，換裝二道沖頭，重復(fù)1、2步驟完成第二道變形，第二道沖頭直徑大于第一道沖頭直徑；(4)換裝三道沖頭，潤(rùn)滑、預(yù)熱同步驟1，然后將坯料從爐中取出，先將坯料底部浸入冷卻介質(zhì)中進(jìn)行局部降溫，溫度降至100-200℃，再放入陰模中，對(duì)正；三道沖頭壓下，抬起，完成第三道變形，第三道沖頭直徑大于第二道沖頭直徑；(5)根據(jù)需要，按步驟4繼續(xù)進(jìn)行第四道、第五道至更多道次的變形，最終獲得要求的壓力容器內(nèi)襯半殼體毛坯。
所述步驟2中，沖頭直徑與坯料直徑的比例關(guān)系為0.3-0.8；第二道變形以后的每一道沖頭直徑與前一道沖頭直徑的比例關(guān)系為1.1-1.5。
所述復(fù)合壓力容器的容積為20-200升，沖頭壓力為300-10000噸。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及有益效果如下1、本發(fā)明不同于常規(guī)半球形殼體的模鍛成型采用一陰模一沖頭的形式，而是采用一個(gè)陰模和多個(gè)直徑、形狀不同的沖頭分道次進(jìn)行反擠變形；本發(fā)明提供的方法可以用較小噸位的壓機(jī)實(shí)現(xiàn)大容積復(fù)合壓力容器內(nèi)襯半殼體毛坯模鍛成型，節(jié)省大量的模具費(fèi)和試驗(yàn)費(fèi)，有利于高可靠性大容積復(fù)合壓力容器內(nèi)襯的前期研制工作的開(kāi)展。
2、本發(fā)明每一道次沖頭對(duì)毛坯的作用面積大致相同，且在設(shè)備能力范圍內(nèi)。第一道次和第二道次，毛坯高度較小，不存在底部皺褶問(wèn)題，在毛坯近似等溫的條件下進(jìn)行。第三道以后，毛坯高度較高，剛性減小，不足以支撐沖頭壓力的垂直分量，需要對(duì)毛坯的底部預(yù)先降溫處理，增加剛性，防止出現(xiàn)褶皺。


圖1a-b為常規(guī)半球形殼體的模鍛成型示意圖。
圖2a-e為多道次不等溫反擠成型示意圖。
圖中，1陰模；2毛坯金屬原材料；3料墊；4沖頭；5內(nèi)襯半殼體毛坯；6一道沖頭；7二道沖頭；8三道沖頭；9四道沖頭。
具體實(shí)施例方式如圖2a-e所示，本發(fā)明一種復(fù)合壓力容器內(nèi)襯半殼體毛坯模鍛成型方法包括1、一個(gè)陰模和至少兩個(gè)形狀、直徑不同的沖頭，本實(shí)例陰模直徑為467mm，深度為550mm，沖頭數(shù)量為4個(gè)，本實(shí)施例沖頭壓力為900噸；2、首先將陰模和一道沖頭6安裝到壓機(jī)上，涂潤(rùn)滑劑，預(yù)熱到一定溫度，然后將加熱到成型溫度的金屬坯料(本實(shí)施例為鋁)從加熱爐中取出，放入陰模中，對(duì)正。本實(shí)施例中，潤(rùn)滑劑采用油性石墨，陰模和一道沖頭預(yù)熱溫度為250℃左右；3、將一道沖頭壓入坯料，再抬起，將坯料取出回爐保溫，完成第一道變形，沖頭直徑為220mm，坯料直徑為300mm；4、將一道沖頭卸下，換裝二道沖頭7，重復(fù)2、3步驟完成第二道變形，沖頭直徑為305mm；5、換裝三道沖頭8，潤(rùn)滑、預(yù)熱同步驟2，然后將坯料從爐中取出，先將坯料底部短暫地(時(shí)間為15秒)浸入冷卻介質(zhì)(本實(shí)例為潮濕鋸末)中進(jìn)行局部降溫，溫度降至150℃左右；再放入陰模中，對(duì)正。三道沖頭壓下，抬起，完成第三道變形，沖頭直徑為370mm；6、換裝四道沖頭9，按步驟5進(jìn)行第四道變形，沖頭直徑為420mm；最終，獲得壁厚為23mm、外徑為467mm、深度為＞350mm的壓力容器內(nèi)襯半殼體毛坯。
若需要，按步驟5繼續(xù)進(jìn)行第五道、第六道等多道次的變形。
如圖1a-b所示，常規(guī)半球形殼體的模鍛成型采用一陰模1、一沖頭4的形式，通過(guò)沖頭4一次性將料墊3上方的毛坯金屬原材料2模鍛成型，形成內(nèi)襯半殼體毛坯；這種方法制造內(nèi)襯毛坯需要使用大型或巨型壓機(jī)設(shè)備，因此研制初期投入的費(fèi)用極高，起步很難。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合壓力容器內(nèi)襯半殼體毛坯模鍛成型方法，其特征在于采用一個(gè)陰模和至少兩個(gè)形狀、直徑不同的沖頭分道次進(jìn)行反擠變形，每一道次沖頭對(duì)毛坯的作用面積相同，且在設(shè)備能力范圍內(nèi)；第一道次和第二道次，在毛坯等溫的條件下進(jìn)行；第三道以后，需要對(duì)毛坯的底部預(yù)先降溫處理。
2.按照權(quán)利要求1所述的復(fù)合壓力容器內(nèi)襯半殼體毛坯模鍛成型方法，其特征在于所述第二道以后的沖頭直徑為變直徑的，從第二道沖頭開(kāi)始，每道沖頭頭部的直徑都小于前一道沖頭的工作段直徑，而且逐漸光滑過(guò)渡到工作段。
3.按照權(quán)利要求1所述的復(fù)合壓力容器內(nèi)襯半殼體毛坯模鍛成型方法，其特征在于具體步驟如下(1)將陰模和一道沖頭安裝到壓機(jī)上，涂潤(rùn)滑劑，預(yù)熱到250-300℃溫度，然后將加熱到成型溫度的金屬坯料從加熱爐中取出，放入陰模中，對(duì)正；(2)將一道沖頭壓入坯料，再抬起一道沖頭，將坯料取出回爐保溫，完成第一道變形，沖頭直徑小于坯料直徑；(3)將一道沖頭卸下，換裝二道沖頭，重復(fù)1、2步驟完成第二道變形，第二道沖頭直徑大于第一道沖頭直徑；(4)換裝三道沖頭，潤(rùn)滑、預(yù)熱同步驟1，然后將坯料從爐中取出，先將坯料底部浸入冷卻介質(zhì)中進(jìn)行局部降溫，溫度降至100-200℃，再放入陰模中，對(duì)正；三道沖頭壓下，抬起，完成第三道變形，第三道沖頭直徑大于第二道沖頭直徑；(5)根據(jù)需要，按步驟4繼續(xù)進(jìn)行第四道、第五道至更多道次的變形，最終獲得要求的壓力容器內(nèi)襯半殼體毛坯。
4.按照權(quán)利要求3所述的復(fù)合壓力容器內(nèi)襯半殼體毛坯模鍛成型方法，其特征在于所述步驟2中，沖頭直徑與坯料直徑的比例關(guān)系為0.3-0.8；第二道變形以后的每一道沖頭直徑與前一道沖頭直徑的比例關(guān)系為1.1-1.5。
5.按照權(quán)利要求1所述的復(fù)合壓力容器內(nèi)襯半殼體毛坯模鍛成型方法，其特征在于所述復(fù)合壓力容器的容積為20-200升，沖頭壓力為300-10000噸。
全文摘要
本發(fā)明涉及壓力容器制造技術(shù)，具體為一種復(fù)合壓力容器內(nèi)襯半殼體毛坯模鍛成型方法。采用一個(gè)陰模和至少兩個(gè)形狀、直徑不同的沖頭分道次進(jìn)行反擠變形，每一道次沖頭對(duì)毛坯的作用面積大致相同，且在設(shè)備能力范圍內(nèi)；第一道次和第二道次，在毛坯近似等溫的條件下進(jìn)行；第三道以后，需要對(duì)毛坯的底部預(yù)先降溫處理。本發(fā)明不同于常規(guī)半球形殼體的模鍛成型采用一陰模一沖頭的形式，而是采用一個(gè)陰模和多個(gè)直徑、形狀不同的沖頭分道次進(jìn)行反擠變形；本發(fā)明提供的方法可以用較小噸位的壓機(jī)實(shí)現(xiàn)大容積復(fù)合壓力容器內(nèi)襯半殼體毛坯模鍛成型，節(jié)省大量的模具費(fèi)和試驗(yàn)費(fèi)，有利于高可靠性大容積復(fù)合壓力容器內(nèi)襯的前期研制工作的開(kāi)展。
文檔編號(hào)B21K21/00GK1907594SQ20051004698
公開(kāi)日2007年2月7日 申請(qǐng)日期2005年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月2日
發(fā)明者郝傳勇, 李正林, 毛先鋒 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院金屬研究所