帶支承與管嘴的大型厚壁封頭鍛造成形工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種能夠?qū)崿F(xiàn)封頭、支承、管嘴一次性整體鍛造成形的帶支承與管嘴的大型厚壁封頭鍛造成形工藝。該成形工藝首先根據(jù)需要生產(chǎn)的帶支承與管嘴的大型厚壁封頭的外形尺寸制造仿形下模以及鍛造上凸模；然后將坯料鍛透壓實，鍛成倒角的方坯，將方坯置入仿形下模中，通過胎模鍛使金屬填充型腔形成支撐和長管嘴；然后通過上凸模熱旋壓成形封頭。采用該成形工藝能夠提高生產(chǎn)效率，并降低生產(chǎn)周期及制造成本。同時由于通過鍛造一次性成形，因此成形獲得的帶支承與管嘴的大型厚壁封頭金屬纖維連續(xù)；封頭內(nèi)部應(yīng)力集中處較少；從而提高了帶支承與管嘴的大型厚壁封頭支承處、管嘴、封頭的綜合力學(xué)性能性能。
【專利說明】帶支承與管嘴的大型厚壁封頭鍛造成形工藝

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及大型厚壁封頭鍛件的整體制造方法；尤其是一種帶支承與管嘴的大型厚壁封頭鍛造成形工藝。

【背景技術(shù)】
[0002]公知的:隨著核電和石油化工工業(yè)的發(fā)展，所需壓力容器尺寸愈來愈大，性能要求愈來愈高，且需要在本體上帶較多的見證件試板。見證件是指為了驗證產(chǎn)品母材及焊縫質(zhì)量與工藝評定所確定的操作工藝的一致性，生產(chǎn)過程需要對其進(jìn)行必要的物理、化學(xué)、力學(xué)實驗，為避免對產(chǎn)品進(jìn)行破壞性實驗，往往采用和產(chǎn)品相同的化學(xué)成分、工藝過程、工藝制度，工藝方法而制備的試件。核電見證件包括母材見證件、焊接見證件、輻照監(jiān)督試料等。多焊縫壓力容器已不能滿足其運(yùn)行的性能要求和檢查的周期要求，其封頭和筒體必須整體鍛造。然而對于封頭上同時帶十字支承塊與長管嘴大型厚壁封頭，由于幾何形狀復(fù)雜，已不能采用傳統(tǒng)的沖壓成型、最后焊接上十字支撐方法獲得所需尺寸的鍛件。
[0003]此類帶支承與管嘴的大型厚壁封頭主要制造技術(shù)路線，一是設(shè)計出復(fù)雜的成型模具和鍛造工藝實施仿形鍛造，二是將異型封頭包含在一個尺寸較大的實心圓柱體中，然后使用機(jī)械加工方法成型。
[0004]上述兩種方法各有利弊，現(xiàn)有仿形鍛造的方法是，在成形封頭前先預(yù)制(鍛造后加工)出帶支承塊凸起的板坯，然后利用普通的成形模具進(jìn)行拉深成形，雖然該方法可解決帶局部支承塊封頭的制造難題，但拉深成形時，管嘴處變形抗力很大，很難解決長管嘴成形問題。同時實施鍛造前需要設(shè)計、制造復(fù)雜、昂貴的專用成型模具，技術(shù)風(fēng)險較大。
[0005]加工成型方法需要更大的鋼錠，鋼錠利用率較仿形方案至少降低一倍，后續(xù)熱處理周期長、機(jī)械加工量大，更突出的是，鍛造而成的圓柱形鍛件毛坯由于厚度大，其中心很難壓實，如何滿足嚴(yán)格的無損檢測要求，是設(shè)計鍛造工藝時需要解決的重要課題。另外，這種方法在封頭成形后，采用切削加工的方法加工出支承塊，造成支承塊處金屬纖維的不連續(xù)性，直接影響到產(chǎn)品該處的機(jī)械性能指標(biāo)，同時使周邊可能存在的缺陷暴露，降低了安全系數(shù)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)封頭、支承、管嘴一次性整體鍛造成形的帶支承與管嘴的大型厚壁封頭鍛造成形工藝。
[0007]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:帶支承與管嘴的大型厚壁封頭鍛造成形工藝，包括以下步驟:
[0008]I)根據(jù)封頭的設(shè)計尺寸，制造對應(yīng)的仿形下模以及鍛造上凸模；根據(jù)封頭的設(shè)計尺寸通過計算機(jī)模擬確定充填模具所需方坯的尺寸；
[0009]2)將坯料進(jìn)行加熱，加熱到鍛造溫度，加熱后通過自由鍛造進(jìn)行壓實；
[0010]3)將壓實的坯料鍛制成正四邊形截面的方坯，且所述方坯滿足步驟I)中確定的充填模具所需方坯的尺寸要求；
[0011]4)將方坯加熱至奧氏體轉(zhuǎn)變溫度以上，將方坯裝入下模內(nèi)，且使得方坯的軸線O3O4與下模的型腔的中心線O1O2重合；然后對方坯進(jìn)行鐓粗，直到方坯的坯料填充下模的型腔形成支撐凸臺和管嘴；
[0012]5)將方坯半成品從模具中取出，再次放入在加熱爐中加熱至奧氏體轉(zhuǎn)變溫度以上，采用上凸模多道次熱旋壓成形使得方坯成形為帶支承與管嘴的大型厚壁封頭。
[0013]進(jìn)一步的，所述上凸模為條形，所述上凸模具有上表面、下表面以及四個側(cè)面；其中兩個相對的側(cè)面為平面，剩下兩個相對的側(cè)面為一定角度的錐面且與下表面交接處通過曲面平滑過渡；所述上凸模上垂直于曲面和上表面的截面為碗形；
[0014]所述下模設(shè)置有與帶支承與長管嘴的大型厚壁封頭匹配的型腔，所述型腔下部設(shè)置有通孔。
[0015]進(jìn)一步的，在步驟2)中對方坯進(jìn)行倒角為45°的鍛壓倒角。
[0016]進(jìn)一步的，在步驟5)完成之后還包括以下步驟:對帶支承與管嘴的大型厚壁封頭進(jìn)行鍛后正回火熱處理。
[0017]進(jìn)一步的，所述正回火熱處理的正火溫度為:900?980°C，回火溫度為:600?700。。。
[0018]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明提供的帶支承與管嘴的大型厚壁封頭鍛造成形工藝，該成形工藝首先根據(jù)需要生產(chǎn)的帶支承與管嘴的大型厚壁封頭的外形尺寸制造仿形下模以及鍛造上凸模；然后將坯料鍛透壓實，鍛成倒角的方坯，將方坯置入仿形下模中，通過胎模鍛使金屬填充型腔，形成十字支撐凸臺和長管嘴；然后通過上凸模熱旋壓成形封頭；實現(xiàn)了帶支承與管嘴的大型厚壁封頭一次性成形。從而提高了生產(chǎn)效率，并降低了生產(chǎn)周期及制造成本。同時由于通過鍛造一次性成形，因此成形獲得的帶支承與管嘴的大型厚壁封頭金屬纖維連續(xù)；封頭內(nèi)部應(yīng)力集中處較少，應(yīng)力??；從而提高了帶支承與管嘴的大型厚壁封頭支承處、管嘴、封頭的綜合力學(xué)性能性能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明實施例中帶支承與管嘴的大型厚壁封頭的設(shè)計結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2是圖1的A-A剖視圖；
[0021]圖3是本發(fā)明實施例中鍛造上凸模的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖4是本發(fā)明實施例中仿形下模的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖5是圖5的B-B剖視圖；
[0024]圖6是本發(fā)明實施例中方坯放入下模進(jìn)行鐓粗的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖7是本發(fā)明實施例中上凸模進(jìn)行熱旋壓成形的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖中標(biāo)示:1_上凸模；11_上表面，12-下表面，13-連接體，2_下模，21-型腔，22-通孔，3-方坯，4-帶支承與管嘴的大型厚壁封頭，41-管嘴，42-支承。

【具體實施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0028]如圖1所示，帶支承與管嘴的大型厚壁封頭4具有支承42以及管嘴41，所述支承42為十字形。
[0029]本發(fā)明所述的帶支承與管嘴的大型厚壁封頭鍛造成形工藝，包括以下步驟:
[0030]I)根據(jù)封頭的設(shè)計尺寸，制造對應(yīng)的仿形下模2以及鍛造上凸模I ;根據(jù)封頭的設(shè)計尺寸通過計算機(jī)模擬確定充填模具所需方坯3的尺寸；
[0031]2)將坯料進(jìn)行加熱，加熱后通過自由鍛造進(jìn)行壓實；
[0032]3)將壓實的坯料鍛制成正四邊形截面的方坯3，且所述方坯3滿足步驟I)中確定的充填模具方坯3的尺寸要求；
[0033]4)將方坯3加熱至奧氏體轉(zhuǎn)變溫度以上，將方坯3裝入下模2內(nèi)，且使得方坯3的軸線O3O4與下模2的型腔21的中心線O1O2重合；然后對方坯3進(jìn)行鐓粗，直到方坯3的坯料填充下模2的型腔21形成支撐凸臺和管嘴；
[0034]5)將方坯3從模具中取出，再次放入在加熱爐中加熱至奧氏體轉(zhuǎn)變溫度以上，采用上凸模I多道次熱旋壓成形使得方坯3成形為帶支承與管嘴的大型厚壁封頭。
[0035]在步驟I)中首先根據(jù)封頭的設(shè)計尺寸，制造對應(yīng)的仿形下模2以及鍛造上凸模I ;根據(jù)封頭的設(shè)計尺寸通過計算機(jī)軟件DEFORM進(jìn)行模擬，確定充填模具所需方坯3的尺寸；因此確定了封頭制造過程中的模具以及坯料的用量。在生產(chǎn)的過程中原始坯料采用鑄造得到的鋼錠。
[0036]在步驟2)中將坯料進(jìn)行加熱，加熱后通過自由鍛造進(jìn)行壓實；對坯料進(jìn)行壓實可以采取多種方式，生產(chǎn)廠家可以根據(jù)自身生產(chǎn)工藝通過實施“專用的壓實方法和壓下量”，實現(xiàn)對坯料的壓實。如WFH(寬砧強(qiáng)壓)、JTS (中心壓實)等，并在后續(xù)的探傷檢驗后對工件無冶金缺陷進(jìn)行確認(rèn)；目前驗證方法有物理模擬、數(shù)值模擬以及后續(xù)探傷結(jié)果。通過對坯料進(jìn)行壓實，消除鑄態(tài)坯料內(nèi)部缺陷，如空洞、疏松，細(xì)化鑄態(tài)晶粒。通過自有鍛造能夠細(xì)化坯料的晶粒，同時能夠壓實鑄件中的孔洞以及疏松的部位；消除鑄件坯料的鑄造缺陷。
[0037]在步驟3)中將坯料鍛制成符合尺寸要求的方坯3，能夠保證坯料在仿形下模2內(nèi)進(jìn)行鍛造時，填充下模2的型腔。坯料也可以被鍛制成截面圓形的圓柱坯；但是在鍛造圓柱坯的過程中工藝復(fù)雜，需要進(jìn)行對稱鍛壓和拔長，不易控制坯料鍛制后最終成品的尺寸。因此將坯料鍛制成方坯3能夠簡化工藝，提高工作效率。
[0038]在步驟4中將方坯3加熱至奧氏體轉(zhuǎn)變溫度以上，從而保證方坯3能夠?qū)崿F(xiàn)塑性變形；使得方坯3在后續(xù)步驟中方坯3的晶粒能夠流動，形成連續(xù)的金屬纖維。將方坯3裝入下模2內(nèi)，且使得方坯3的軸線O3O4與下模2的型腔21的中心線O1O2重合；然后對方坯3進(jìn)行鐓粗。從而保證了方坯3在進(jìn)行鐓粗的過程中，均勻擴(kuò)散，向各個方向進(jìn)行擴(kuò)散的體積相同，避免了出現(xiàn)應(yīng)力集中以及由于過度變形造成裂紋。
[0039]在步驟5中，采用上凸模I多道次熱旋壓成形使得方坯3成形為帶支承與管嘴的大型厚壁封頭。旋壓成形是一種使毛坯連續(xù)局部塑性累積成形為空心回轉(zhuǎn)件的先進(jìn)的成形工藝方法。通過熱旋壓成形能夠使得坯料充分填充下模2的型腔21，同時能夠在封頭的成品件內(nèi)形成空心。
[0040]本發(fā)明所述的帶支承與管嘴的大型厚壁封頭鍛造成形工藝，通過首先通過計算機(jī)模擬封頭成形過程，從而確定坯料的用量。避免了材料的浪費(fèi)，提高了材料的利用率，節(jié)約成本。然后將封頭成型坯料進(jìn)行自由鍛然后鍛造成符合尺寸要求的方坯3，通過自由鍛能夠消除坯料中由于鑄造形成的質(zhì)量缺陷。通過自由鍛細(xì)化了坯料的晶粒，消除了坯料內(nèi)部的孔洞和疏松部分。將方坯3放置到仿形下模2中進(jìn)行鐓粗，通過鐓粗使得方坯3產(chǎn)生塑性變形，填充下模2的型腔21，形成支承以及管嘴。然后再通過上凸模I對下模2內(nèi)的方坯3進(jìn)行多道次熱旋壓成形工藝，從而得到帶支承和管嘴的大型厚壁封頭。通過上述工藝能夠一次性成形封頭，同時由于在成形的過程中通過自由段和胎模鍛的方式成形封頭，使得封頭金屬纖維連續(xù)，組織細(xì)膩。從而提高其支承處、管嘴、封頭的綜合力學(xué)性能性能，并大大降低了生產(chǎn)周期及制造成本。
[0041]為了保證方坯3在下模2內(nèi)成形過程中能夠填充型腔21，同時方坯金屬組織細(xì)膩，金屬纖維連續(xù)?？梢酝ㄟ^對成形模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計以及工藝的改變實現(xiàn)，一種優(yōu)選的方式為，所述上凸模I為條形，所述上凸模I具有上表面11、下表面12以及四個側(cè)面；其中兩個相對的側(cè)面為平面，剩下兩個相對的側(cè)面為曲面；所述上凸模I上垂直于曲面和上表面的的截面為碗形。所述上凸模I設(shè)置為條形，減少了材料高溫下屈服強(qiáng)度、設(shè)備能力、模具與坯料的接觸面積對旋轉(zhuǎn)成型的影響，減少了封頭成型的變形抗力，有力于拔模旋轉(zhuǎn)成型。
[0042]如圖4和圖5所示，所述下模2設(shè)置有與帶支承與長管嘴的大型厚壁封頭匹配的型腔21，所述型腔21下部設(shè)置有通孔22。所述下模2設(shè)置有與帶支承與長管嘴的大型厚壁封頭匹配的型腔21是指型腔21的能夠包絡(luò)帶支承與長管嘴的大型厚壁封頭的外形；通過填充型腔能夠形成外形尺寸與帶支承與長管嘴的大型厚壁封頭外形尺寸相同的封頭。
[0043]為了避免方坯3在成形時棱柱處的應(yīng)力過大，在步驟2)中對方坯3進(jìn)行倒角為45°的鍛壓倒角。消除了矩形鋼錠棱柱上的應(yīng)力集中；避免了在后續(xù)進(jìn)行鐓粗的過程中出現(xiàn)裂紋。
[0044]為細(xì)化晶粒，改善鍛件顯微組織，防止冷卻后在封頭內(nèi)部產(chǎn)生白點缺陷；在步驟
5)完成之后還包括以下步驟:對帶支承與管嘴的大型厚壁封頭進(jìn)行鍛后正回火熱處理。所述正回火熱處理的正火溫度為:900?980°C，回火溫度為:600?700°C。
[0045]實施例一
[0046]—次成形帶十字支承與長管嘴的大型厚壁封頭；如圖1所示，所述帶十字支承與長管嘴的大型厚壁封頭的內(nèi)腔內(nèi)球半徑SR為1350mm,壁厚158mm,管嘴長約670mm,封頭端口直段高度達(dá)330mm的大型封頭鍛件整體制造過程中，其外球面帶十字支承的制造。其具體制造步驟如下:
[0047](I)根據(jù)需要進(jìn)行生產(chǎn)的帶十字支承與長管嘴的大型厚壁封頭的設(shè)計尺寸制造對應(yīng)的仿形下模2以及鍛造上凸模I ;通過計算機(jī)模擬可充填模具坯料尺寸。
[0048](2)將157噸重的鋼錠加熱至1200°C以上，保溫后進(jìn)行壓實鍛造，并鍛制成邊長為2200mm的正四邊形截面的方坯3，進(jìn)行45°鍛壓倒角。
[0049](3)按圖6中虛線的方式放置在下模2的型腔21內(nèi)。
[0050](4)將正四邊形截面的倒角方坯3加熱至1200°C溫度以上，按圖6虛線所述的方式裝入下模2內(nèi)，使得方坯3的軸線O3O4與下模2的型腔21的中心線O1O2重合；然后對方坯3進(jìn)行鐓粗，直到方坯3的坯料填充下模2的型腔21形成支撐凸臺和管嘴。
[0051](5)將坯料加熱至1200°C溫度以上，采用如圖3所示的上凸模1，如圖7所示，多道次熱旋壓成形封頭，使十字支承進(jìn)一步貼模，從而得到帶十字支承與管嘴的大型厚壁封頭。
[0052](6)對帶十字支承、長管嘴的大型厚壁封頭毛坯進(jìn)行第一次鍛后正回火熱處理；然后對毛坯進(jìn)行機(jī)械切削加工，這樣一次成形出帶十字支承、長管嘴的大型厚壁封頭。
[0053]在步驟(6)中正火溫度分別設(shè)置為900°C、930°C、98(rC，回火溫度分別設(shè)置為600°C、650°C、70(rC進(jìn)行實施。最終均得到無組織缺陷、無白點缺陷的帶十字支承、長管嘴的大型厚壁封頭。
[0054]公知的當(dāng)正火溫度為:900?980°C，回火溫度為:600?700°C時能夠極大限定的改善正火、退火件的晶相組織，細(xì)化晶粒。當(dāng)正火溫度為:900?980°C，回火溫度為:600?700°C時，最終得到的帶十字支承、長管嘴的大型厚壁封頭不會出現(xiàn)白點缺陷，有利于保證帶十字支承、長管嘴的大型厚壁封頭的質(zhì)量。同時通過正火和回火處理能夠細(xì)化晶粒，改善鍛件顯微組織。
[0055]綜上所述通過本發(fā)明在實施例中的應(yīng)用；實現(xiàn)了帶十字支承與長管嘴的大型厚壁封頭的一次性成形，同時由于采用自由鍛和胎模鍛的方式；使得成形后的封頭組織晶粒較細(xì)、金屬纖維連續(xù)，避免了封頭采用傳統(tǒng)生產(chǎn)方法進(jìn)行生產(chǎn)時，在成品封頭上形成應(yīng)力集中的情況，有效的提1? 了成品封頭的綜合力學(xué)性能。同時一次性成形有利于提1?生廣效率，降低生產(chǎn)成本。
【權(quán)利要求】
1.帶支承與管嘴的大型厚壁封頭鍛造成形工藝，其特征在于，包括以下步驟: 1)根據(jù)封頭的設(shè)計尺寸，制造對應(yīng)的仿形下模⑵以及鍛造上凸模⑴；根據(jù)封頭的設(shè)計尺寸通過計算機(jī)模擬確定充填模具所需方坯(3)的尺寸； 2)將坯料進(jìn)行加熱，加熱到鍛造溫度，加熱后通過自由鍛造進(jìn)行壓實； 3)將壓實的坯料鍛制成正四邊形截面的方坯(3)，且所述方坯(3)滿足步驟I)中確定的充填模具所需方坯(3)的尺寸要求； 4)將方坯(3)加熱至奧氏體轉(zhuǎn)變溫度以上，將方坯(3)裝入下模(2)內(nèi)，且使得方坯(3)的軸線O3O4與下模⑵的型腔(21)的中心線O1O2重合；然后對方坯(3)進(jìn)行鐓粗，直到方坯(3)的坯料填充下模(2)的型腔(21)形成支撐凸臺和管嘴； 5)將方坯(3)從模具中取出，再次放入在加熱爐中加熱至奧氏體轉(zhuǎn)變溫度以上，采用上凸模(I)多道次熱旋壓成形使得方坯(3)成形為帶支承與管嘴的大型厚壁封頭。
2.如權(quán)利要求1所述的帶支承與管嘴的大型厚壁封頭鍛造成形工藝，其特征在于:所述上凸模(I)為條形，所述上凸模(I)具有上表面(11)、下表面(12)以及四個側(cè)面；其中兩個相對的側(cè)面為平面，剩下兩個相對的側(cè)面為一定角度的錐面且與下表面交接處通過曲面平滑過渡；所述上凸模(I)上垂直于曲面和上表面(11)的截面為碗形； 所述下模(2)設(shè)置有與帶支承與長管嘴的大型厚壁封頭匹配的型腔(21)，所述型腔(21)下部設(shè)置有通孔(22)。
3.如權(quán)利要求2所述的帶支承與管嘴的大型厚壁封頭鍛造成形工藝，其特征在于:在步驟2)中對方坯(3)進(jìn)行倒角為45°的鍛壓倒角。
4.如權(quán)利要求3所述的帶支承與管嘴的大型厚壁封頭鍛造成形工藝，其特征在于:在步驟5)完成之后還包括以下步驟:對帶支承與管嘴的大型厚壁封頭進(jìn)行鍛后正回火熱處理。
5.如權(quán)利要求4所述的帶支承與管嘴的大型厚壁封頭鍛造成形工藝，其特征在于:所述正回火熱處理的正火溫度為:900?980°C，回火溫度為:600?700°C。
【文檔編號】B21D22/16GK104368724SQ201410680283
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年11月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月24日
【發(fā)明者】程鞏固, 杜軍毅, 余江山, 劉志穎, 鄭建能 申請人:二重集團(tuán)（德陽）重型裝備股份有限公司