CN101244443A - 组合成型模具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于制作弯管的组合成型模具，可满足形位尺寸要求高的弯管制作要求。该组合成型模具包括上模、下模和芯模，芯模采用金属制作，芯模填充管体内空间的填充率大于95％。该模具不仅可以满足形位尺寸要求高的弯管制作的技术要求，同时与机加工的此类弯管相比，其管体的金属组织和性能可以得到更加有效的保证，同时还降低了机加工难度，金属切削量少，毛坯件重量减少，弯管的弯曲部位不圆度、弯曲背弧减薄量、名义壁厚、最小壁厚等都能很好的保证，同时还可减小弯曲部位的竹节和皱褶现象，可广泛的用于各种对形位尺寸要求高的弯管的制作。

Description

组合成型模具

技术领域

本发明涉及一种制作弯管的模具，尤其是涉及一种用于制作形位尺寸要求高的弯管的组合成型模具。

背景技术

随着技术的进步，在一些重大的工程中，需要制作一些形位尺寸要求高的零部件，例如新设计的第三代先进大型AP1000压水堆核电站中主管道热段弯管等。该主管道热段弯管由原来的不锈钢分段铸件(直管采用离心铸造和弯头采用普通铸造)焊接改成不锈钢整锻带管嘴一体化，并将分段的直管、弯头、管嘴设计成了一体化锻件，加大了制造的难度。AP1000反应堆目前还没有在建机组，我国率先起动这一机型，主管道热段弯管也要求是整锻式并带管嘴，因形状复杂，制造难度非常大，提供的制造方案是整体锻造后用机械加工的方法加工而成。锻件所需的不锈钢锭达到150吨，而且，管内孔几乎难于用机械的方法加工而成，锻件的组织和性能也难于保证。

目前国内外对AP1000主管道热段弯管都还没有成熟的制造技术，它是超低碳不锈钢大锻件(316LN)，类似的产品世界上都很少，因此，在冶炼、锻造、弯曲成型、机加工等工序上都有较多的技术难点。热段弯管一端直管长度2235mm，另一端直管长度1234mm，中间为1.5D弯曲半径弯管，并在靠近弯曲部位处有两个一体化管嘴如图1～4所示。该热段弯管的外径为952.5mm，内径为787.4mm，弯曲段的弯曲角度为56.4°，其技术要求是：弯曲部位不圆度≤4％，弯曲背弧减薄量≤12.5％，名义壁厚82.55mm，最小壁厚72.2mm。

上述热段弯管加工成型的技术难点在于：

1、弯曲半径为1.5D两端带直管的弯曲。

弯头的弯曲半径为1D～1.5D，两端不带直管段，弯管才带直管段。弯头的制造工艺有两种，一是压制成型，二是热推制成型。弯管的制造工艺是中频感应加热弯管，弯管的弯曲半径一般≥3D，若弯曲半径小于3D，弯曲部位的椭圆度和减薄量会激烈增大，当弯曲半径为1.5D时，弯管背弧的减薄量高达25％，椭圆度≈15％。

模压成型弯头，它的坯料的轮廓形状是梯形。梯形底边长度为弯头外弧线的展开长度，梯形顶边长度为弯头内弧线的展开长度。弯曲成型时，坯料在内外模的作用下弯曲成型。图10是1.5D长半径弯头压制成型原理图，图11是1.5D长半径弯头坯料图。图10中所示的是是弯头压制成型的常用工艺，这种弯管方式，它的芯模填充管体内空间的填充率一般只有80％左右，这里的填充率为芯模体积与管内空间体积之比。因此，产品弯曲部位的椭圆度大约有15％，同时由于弯曲段芯模之间的间隙较大，弯管的弯曲部位容易出现竹节和皱褶。

两边带直管后，坯料就不能制作成梯形，只能做成直管形状。弯曲时内弧金属只能压缩，外弧金属只能拉伸，当不采取措施时，外弧的减薄高达33％。因此，两端带直管且弯曲半径R＝1.5D的弯管的弯曲难度很大。

2、靠近弯曲部位处分别带有两个管嘴。

管嘴与弯管一体化后，给压制模具的设计增加了很大难度，而且使成型时内管嘴部位的金属得不到均匀压缩，不对称的外管嘴部位阻止了拉伸时金属的流动补充。

另外，在船舶制造、冶金、化工等行业中，也会遇到一些类似的对形位尺寸要求高的弯管的制作难题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种满足形位尺寸要求高的弯管制作的组合成型模具。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：组合成型模具，包括上模、下模和芯模，芯模采用金属制作，其特征是：芯模填充管体内空间的填充率大于95％，其中，填充率为芯模体积与管内空间体积之比。

作为优先的技术方案，芯模填充主管道热段弯管的管体的管内空间的体积为97.5％。

上述技术方案中，芯模包括多块上芯模、多块下芯模和多个楔子构成，楔子设置于上芯模与下芯模之间且楔子的宽度与管体内孔的直径相适配，楔子的轴线处于管体内孔的轴线上，上芯模、下芯模和楔子的数量相等，位置对应处的上芯模、下芯模和楔子在管体内孔轴线上的长度相适配。

上述技术方案中，弯曲段下芯模包括凸型下芯模和凹型下芯模，凸型下芯模的肩部平面上设置有轴向的凸块，凹型下芯模的肩部平面上设置有轴向的凹槽，相邻的凸型下芯模与凹型下芯模的肩部平面相互平面接触且凸块与凹槽配合形成周向定位结构；多块凸型下芯模和凹型下芯模间隔叠置排列且叠置后的长度与管体的弯曲段的内孔轴线弧长相适配。

作为对上述技术方案的进一步优化，多块弯曲段下芯模之间设置有周向定位结构。

进一步的是，上述弯曲段下芯模包括凸型下芯模和凹型下芯模，凸型下芯模的肩部平面上设置有轴向的凸块，凹型下芯模的肩部平面上设置有轴向的凹槽，相邻的凸型下芯模与凹型下芯模的肩部平面相互平面接触且凸块与凹槽配合形成周向定位结构；多块凸型下芯模和凹型下芯模间隔叠置排列且叠置后的长度与管体的弯曲段的内孔轴线弧长相适配。

本发明的有益效果是：由于芯模填充管体内空间的填充率大于95％，不仅可以满足形位尺寸要求高的弯管制作的技术要求，同时与机加工的此类弯管相比，其管体的金属组织和性能可以得到更加有效的保证，同时还降低了机加工难度，金属切削量少，毛坯件重量减少，弯管的弯曲部位不圆度、弯曲背弧减薄量、名义壁厚、最小壁厚等都能很好的保证，同时还可减小弯曲部位的竹节和皱褶现象，可广泛的用于各种对形位尺寸要求高的弯管的制作。

附图说明

图1是采用本发明的模具制作的一种反应堆主管道热段弯管的主视图。

图2是图1中沿A-A方向的剖视图。

图3是图1中沿B-B方向的剖视图。

图4是采用本发明的模具制作的另一种结构形式的反应堆主管道热段弯管的主视图。

图5是制作图1的反应堆主管道热段弯管的管坯的主视图。

图6是制作图4的反应堆主管道热段弯管的管坯的主视图。

图7是本发明的采用组合成型模对弯度段进行成型加工的示意图。

图8是沿图7中C-C方向的剖视图。

图9是图7中凸型下芯模和凹型下芯模的配合关系分解示意图。

图10是常用弯头压制成型原理图。

图11是1.5D长半径弯头坯料图。

图中标记为：弯曲段1、直管段2、管嘴3、上模4、下模5、楔子6、直管段上芯模7、弯曲段上芯模8、直管段下芯模9、弯曲段下芯模10、凸型下芯模101、凹型下芯模102、肩部平面11、直线段墙面12，凹腔13、凸块14、凹槽15。

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1～图9所示，本发明的组合成型模具，包括上模4、下模5和芯模，芯模采用金属制作，从而能够方便的从管坯的直管装入以及方便的从弯管后的管体弯曲段中脱模；芯模填充管体内空间的填充率大于95％，最好达到97.5％，其中，填充率为芯模体积与管内空间体积之比。这样就可进一步保证在模压成型时使其成型压力能够均匀传递，便于金属的均匀流动，同时也可保证产品的圆度要求、减薄量等形位尺寸的技术要求。

为了满足芯模填充管体内空间的填充率大于95％，可以采用多种结构形式。例如，上述芯模包括多块上芯模、多块下芯模和多个楔子6构成，上芯模、下芯模的数量越多，越能保证芯模填充主管道热段弯管的管体的管内空间的体积大于95％，从而达到管体的弯曲段的不圆度、弯曲背弧减薄量等的技术要求。楔子6设置于上芯模与下芯模之间且楔子6的宽度与管体内孔的直径相适配，楔子6的轴线处于管体内孔的轴线上，用于楔紧和退出芯模。上芯模、下芯模和楔子6的数量相等，位置对应处的上芯模、下芯模和楔子6在管体内孔轴线上的长度相适配，从而使其不会在弯管时相互干扰，并保证管体的弯曲段的平整光滑。

由于弯管包括了直管段2和弯管段1，因此，上芯模包括直管段上芯模7和弯曲段上芯模8，直管段上芯模7的长度与对应管体的直管段2的长度匹配，多块弯曲段上芯模8叠置排列且叠置后的长度与管体的弯曲段1的内孔壁弧长相适配，从而保证管体的弯曲段内圆弧的平整光滑；下芯模包括直管段下芯模9和多块弯曲段下芯模10，直管段下芯模9的长度与对应管体的直管段2的长度匹配，多块弯曲段下芯模10叠置排列且叠置后的长度与管体的弯曲段1的内孔轴线弧长相适配，从而使成型后的弯管轴向弧形好，减小竹节样缺陷，即表面平整光滑。

为了防止在弯管时，相邻弯曲段下芯模10之间发生圆周方向的相对移动，从而造成弯管缺陷，在多块弯曲段下芯模10之间设置有周向定位结构。

多块弯曲段下芯模10之间设置的周向定位结构，可以采用在相邻弯曲段下芯模10之间设置轴向的销、孔配合结构等来实现，还可以采用其他的类似结构，但为了使管体的弯曲段1的表面更加平整光滑，可以采用如下结构：

弯曲段下芯模10由多块凸型下芯模101和凹型下芯模102组成，凸型下芯模101的肩部平面11上设置有轴向的凸块14，凹型下芯模102的肩部平面11上设置有轴向的凹槽15，相邻的凸型下芯模101、凹型下芯模102的肩部平面11相互平面接触且凸块14与凹槽15配合，多块凸型下芯模101、凹型下芯模102间隔叠置排列且凸块14与凹槽15配合形成周向定位结构；多块凸型下芯模101和凹型下芯模102间隔叠置排列后的长度与管体的弯曲段1的内孔轴线弧长相适配。多块凸型下芯模101、凹型下芯模102的上述叠置排列，一是对整个芯模起周向定位作用，即整个芯模中相邻的部件不会发生圆周方向的相对移动；二是在成型过程中，相邻的凸型下芯模101、凹型下芯模102之间仅是在平面接触的肩部平面上滑动但不脱离平面接触，相邻的凸型下芯模101、凹型下芯模102之间形成的间隙被凸块14与凹槽15的配合结构分成了三段不在同一横截面上的小块间隙，使成型后的弯管轴向弧形好，进一步消除竹节样缺陷，使其表面更加平整光滑。

为了保证产品的圆度要求，下模5两侧为直线段墙面12，上模4插入到下模5的直线段墙面12之间，上模4的宽度与下模5两侧的直线段墙面12之间的宽度相适配。这样，使其管体的弯曲段1从管坏的直管开始，在整个弯曲成型的过程中都能够得到护圆保护。

实施例1：本发明的组合成型模具，用于制作图1~图3所示的反应堆主管道热段弯管，该弯管的管体上的弯曲段1的弯曲半径R＝1.5D，在弯曲段1两端设置有直管段2，直管段2上靠近弯曲段1的部位设置的两个管嘴3，两个管嘴3分别设置在弯曲段1两端的直管段2上，两个管嘴3的轴线不在同一平面上，D为管体外径。管体采用超低碳不锈钢制作的整体锻件的一体结构，按照管体的各部分结构外形制作出直管状的管坯。采用本发明的组合成型模具对管坯进行加工，芯模填充管体内空间的填充率为95％，上模4和下模5上设置有与管体上的管嘴3的位置和大小相适配的凹腔13。弯曲段1通过模压成型，直管段2和管嘴3采用机加工成型。加工后对产品进行测试，满足设计要求。

实施例2：本发明的组合成型模具，用于制作图4所示的反应堆主管道热段弯管，该弯管的管体上的弯曲段1的弯曲半径R＝1.5D，在弯曲段1两端设置有直管段2，直管段2上靠近弯曲段1的部位设置的两个管嘴3，两个管嘴3分别设置在弯曲段1两端的直管段2上，两个管嘴3的轴线处于同一平面上，D为管体外径。管体采用超低碳不锈钢制作的整体锻件的一体结构，按照管体的各部分结构外形制作出直管状的管坯。采用本发明的组合成型模具对管坯进行加工，芯模填充管体内空间的填充率为97.5％，上模4和下模5上设置有与管体上的管嘴3的位置和大小相适配的凹腔13。弯曲段1通过模压成型，直管段2和管嘴3采用机加工成型。加工后对产品进行测试，满足设计要求。

Claims (8)

1. 组合成型模具，包括上模(4)、下模(5)和芯模，芯模采用金属制作，其特征是：芯模填充管体内空间的填充率大于95％，其中，填充率为芯模体积与管内空间体积之比。

2. 如权利要求1所述的组合成型模具，其特征是：芯模填充主管道热段弯管的管体的管内空间的体积为97.5％。

3. 如权利要求1或2所述的组合成型模具，其特征是：芯模包括多块上芯模、多块下芯模和多个楔子(6)构成，楔子(6)设置于上芯模与下芯模之间且楔子(6)的宽度与管体内孔的直径相适配，楔子(6)的轴线处于管体内孔的轴线上，上芯模、下芯模和楔子(6)的数量相等，位置对应处的上芯模、下芯模和楔子(6)在管体内孔轴线上的长度相适配。

4. 如权利要求3所述的组合成型模具，其特征是：上芯模包括直管段上芯模(7)和弯曲段上芯模(8)，直管段上芯模(7)的长度与对应管体的直管段(2)的长度匹配，多块弯曲段上芯模(8)叠置排列且叠置后的长度与管体的弯曲段(1)的内孔壁弧长相适配；下芯模包括直管段下芯模(9)和弯曲段下芯模(10)，直管段下芯模(9)的长度与对应管体的直管段(2)的长度匹配，多块弯曲段下芯模(10)叠置排列且叠置后的长度与管体的弯曲段(1)的内孔轴线弧长相适配。

5. 如权利要求4所述的组合成型模具，其特征是：多块弯曲段下芯模(10)之间设置有周向定位结构。

6. 如权利要求5所述的组合成型模具，其特征是：弯曲段下芯模(10)包括凸型下芯模(101)和凹型下芯模(102)，凸型下芯模(101)的肩部平面(11)上设置有轴向的凸块(14)，凹型下芯模(102)的肩部平面(11)上设置有轴向的凹槽(15)，相邻的凸型下芯模(101)与凹型下芯模(102)的肩部平面(11)相互平面接触且凸块(14)与凹槽(15)配合形成周向定位结构；多块凸型下芯模(101)和凹型下芯模(102)间隔叠置排列且叠置后的长度与管体的弯曲段(1)的内孔轴线弧长相适配。

7. 如权利要求1、2、4、5或6所述的组合成型模具，其特征是：下模(5)两侧为直线段墙面(12)，上模(4)插入到下模(5)的直线段墙面(12)之间，上模(4)的宽度与下模(5)两侧的直线段墙面(12)之间的宽度相适配。

8. 如权利要求3所述的组合成型模具，其特征是：下模(5)两侧为直线段墙面(12)，上模(4)插入到下模(5)的直线段墙面(12)之间，上模(4)的宽度与下模(5)两侧的直线段墙面(12)之间的宽度相适配。

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