CN101462130B - 用于弯曲管状物件的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于弯曲成管状物件(1a)的方法，其使得管道的弯曲半径(R)与外径(D)之比小于3，其包括如下步骤：锻制管(1a)，其由具有取决于最终用途的预先确定的成分的材料制成并且具有预定的纵向长度(L)和外径(D)；准备模(100)，其包括：不对称的底模半型(110)，其带有用于管(1a)的座部(111a)；带有冲头(121)的上模半型(120)，冲头(121)沿纵向方向X-X相对于模的竖直中心轴线不对称地布置；将管道在炉中加热到根据材料的具体成分而锻制所需的温度；将直物件(1a)沿纵向方向定位在底模半型(110)内部；相对闭合两个模半型(110、120)以便开始物件(1a)的弯曲；打开模；抽出被弯曲的管。

Description

用于弯曲管状物件的方法
技术领域
本发明涉及用于弯曲管状元件的方法和模。
背景技术
在与通常经锻造制造的大尺寸管形管道的制造相关的技术领域中已知，需要通过弯曲管道来获得弧形部分。
虽然通过例如使用弯曲机来进行的弯折方法是传统的，但是这些方法在特殊情况下是不适用的，所述特殊情况为需要将管道弯曲成管道的弯曲半径R与外径D的相对比值小于3。
还公知的是这种管道必须具有在横向—即通常为径向方向上延伸的连接支管，并且特别是在用于高风险性用途的管道的情况下，如核电站，这些支管不应在弯折后焊接在相应的管部分上，而是必须在管道锻造时与之形成为一体以确保管道的连续性并由此避免危险物质泄露的风险。
然而，这些与管道成为一体的横向支管延伸部分的存在意味着，传统的弯曲机不能使用并且特别是使得以具体用途所要求的精确度进行管道弯折变得困难，所述弯折不能使用通常已知的方法进行，特别是在这些支管中的一个或更多个的基部邻近弯曲部分的弯曲线的起始部分的情况下，所述位置使得进行物件的锻造以及接着进行的弯曲都特别困难。
发明内容
因此，所提出的技术问题是提供用于弯曲管道的方法和相关模，所述管用于弯曲半径R与管的外径D的相对比值R/D小于3的管路。
与此问题相关的是在弯曲中有与管道一体的径向支管存在的情况下还要求所述模和方法应该能够以所需容差而进行弯曲。
依据本发明的第一方面，提供一种用于弯曲管状物件的方法，其使得成品管的弯曲半径R与外径D相对比率小于3，所述方法包括如下步骤：
-锻制物件，其由具有取决于最终用途的预先确定的成分的材料制成；并且该材料在纵向上具有预定的长度L并具有外径D；
-准备模，其包括：
.不对称的底模半型，其带有用于管的座部；
.带有冲头的上模半型，冲头沿纵向方向X-X相对于模的竖直中心轴线不对称地布置；
-将管在炉中加热到取决于材料的特定具体成分的锻制所需的温度；
-将所述物件在纵向方向上定位在底模半型的内部；
-相对闭合两个模半型以便开始物件的弯曲；
-打开模；
-抽出被弯曲的管；
其特征在于，其还包括步骤：
-在上模半型内准备座部，该座部邻接冲头布置以用于接纳凸起部，凸起部沿要被弯曲的纵向管部分径向伸出；
-将直物件沿纵向方向X-X定位在底模半型内部的位置，从而使凸起部的基部与上冲头的头部基本上竖直地对准。
根据本发明的另一方面，提供一种模，其用于以管的弯曲半径R与外径D的相对比小于3而弯曲管状物件，包括：
-不对称的底模半型，其具有用于管的座部；以及
-带有冲头的上模半型，冲头沿纵向方向相对于模的竖直中心轴线不对称地布置；
其特征在于，上模半型在其内部具有相应的座部，该座部具有的尺寸对应于从物件径向延伸出的凸起部的尺寸并在纵向方向上邻近所述冲头而布置，以便确定沿邻近凸起部的基部的部分在上模与物件之间的初始接触。
更进一步的细节可从下面本发明主题的实施方式的非限定性示例的说明获得，所述非限定性示例提供有对附图的参考，其中：
附图说明
图1示出了带有径向支管的管的侧视图，该管被插入依据本发明的模内部；
图2示出了如图1的组件的前视图；
图3示出了沿图2中III-III所指示平面的示意性剖面图；
图4示出了在第一弯曲阶段如图1的组件的侧视图；
图5示出了如图4的组件的前视图；
图6示出了沿图5中VI-VI所指示平面的示意图；
图7示出了在最后弯曲阶段如图1的组件的透视图；
图8示出了如图7的组件的前视图；
图9示出了沿图8中IX-IX所指示平面的剖面图；
图10示出了如图7的组件在图8中所示箭头X方向上的侧视图；
图11示出了如图7的组件在图8中所示箭头XI方向上的侧视图；
图12a-12d示出了沿支管完成阶段的竖直平面的示意性剖面；和
图13-14示出了依据本发明方法的实际应用示例的侧视图。
具体实施方式
如图1所示，只是为方便说明起见且不是为了限定意义而设想了一组三个参考轴线，分别是纵向方向X-X，横向Y-Y和竖直方向Z-Z，要进行弯折的管1a沿纵向方向X-X延伸并具有外径D。
用作依据本发明方法的基本部件的直物件1a是通过锻制所要求材料的坯料而获得的并将具有形状(在钢厂制造)、直径、厚度和长度所述形状、直径、厚度和长度适于在依据本发明的成形/锻制后获得具有所需尺寸的成品部件。
被锻制的物件还具有材料块2a，其在特定区域沿径向突出，并且由该块，使用下述方法，将获得从成品管1的表面径向地突出的整体的支管2。
将粗锻制的管1a插入由底模半型110和上模半型120形成的不对称竖直模100内；底模半型(图3)具有用于成品管1的座部111，该座部包括：第一直部111a，该直部与水平基部表面形成第一角α，和第二直部111b，该第二直部相对于同样的基部表面形成角β；这两个直部通过合适的连接段111c而被连续地连接。
弯曲的上模半型120的内部部分具有与从中轴线N1延伸至被弯折的管1的内弧线I1(图9)的半曲部相对应的形状。
如果，如在所示的情况下，存在有用于形成支管2的材料的凸起部2a，并且所述凸起部2a设置在邻近要弯曲部分的区域内，就不可能使用依据传统技术的对称弯曲方法并且不能在压机内沿相同的轴线保持作用力和反作用力，因此就需要代之以进行不对称弯曲。
为此目的，上模半型120在其内部具有座部122和冲头121，该座部122以对应于凸起部2a尺寸的尺寸合适地形成在上模半型120内，冲头沿纵向方向X-X相对于模的竖直中心轴线不对称地布置以便沿邻近凸起部2a的基部2b的部分在上模120与被锻制的物件1a之间引起初始接触，从而在凸起部2a附近引起曲部的初始的弧弯曲。
使用上述模就有可能执行弯曲管状元件的方法，其包括如下步骤：
-准备被锻制管1a，其由具有取决于最终用途的预先确定的成分并且具有预定的在纵向方向上的长度L和外径D的材料制成；
-所述管可具有至少一个带有基部2b沿径向向外延伸的凸起部2a；
-准备模(100)，其包括：
.不对称的底模半型110，其带有用于管1a的座部111a；
.带有冲头121的上模半型120，冲头沿纵向方向X-X相对于模的竖直中心轴线不对称地布置；
.和可选的如果凸起部2a存在用于接纳凸起部2a的座部122；
-在炉中加热到取决于材料的具体成分的锻制所需的温度；
-借助压机使对应于用于弯曲的部分的纵向的管部分Lp成椭圆形；
-将直物件1a沿纵向方向X-X定位在底模半型110内部，从而凸起部2a的基部2b在竖直方向Z-Z上与上冲头121的头部基本对准；
-通过闭合两个半模而开始物件1a的弯曲。
虽然弯曲可以在单一步骤内完成，但更可取的是在数个阶段内完成最终弯曲-更可取的是两个或三个阶段-交替以中间加热阶段用于恢复初始锻制温度。
如果模具有圆形横截面，就可能获得已按圆形横截面尺寸做成的弧形物件；然而，在实践中优选的是设计成稍微成椭圆形的弯曲模以允许后续的定形步骤(sizing step)，通过该步骤可确定更精准的容差；在此情况下，模的椭圆形形状将使得长轴垂直于包括有经弯曲操作而被弯曲的物件的轴线的平面；
-机床机加工被弯曲和冷却的部件以进行精加工来达到最终的尺寸。
如果凸起部具有满足目标的长度，就可以进行粗加工、热处理和表面精加工。
在存在凸起部2a的情况下，如图所示，如果它们在横向方向Y-Y(＝径向)上具有的长度小于最终支管2所要求长度，该方法中则需要另外的步骤，如参考图12a-12d如下所述的：
-在径向方向上将凸起部2a镗孔；
-局部加热要进行变形的区域，直至塑性变形所需温度；
-多步挤压，其通过直径渐增的冲头(drift plug)200的连续加压穿过(through forcing)直至凸起部2a的外表面接触到在外部模300中的合适地形成的座部315的内表面；
-通过用直径大于支管内径的冲头加压穿过来拉制材料，支管的厚度减小而支管的长度增加到设计尺寸；
-成品管道的使用所要求的热处理；
-机械精加工；
-表面精加工处理(酸洗、钝化等)。
示例
附图完全由示例示出了在探索性试验(图13和14)中在管样品上进行的部件的弯曲，所述管样品具有直径D＝515mm和长度L11＝2848mm，其具有第一凸起部和第二凸起部，该凸起部具有高度H11，凸起部以轴线与管的相对端部距离L21＝1171.6和L31＝1676.3而不对称地布置；第二凸起部与第一凸起部距离l21而被设置。
所述凸起部具有高度H11＝H21＝200.8mm，基部的直径Db＝377.8和轴线间距l21＝1014.5mm(图13)。
由材料316L制成的管在T＝950℃下进行加热而被处理。
经精加工并弯曲的管具有长度L1＝2640mm，第一直部具有长度L21＝1014.5mm，第二直部长度L3＝460mm，而直部通过连接段连接在一起，所述连接段具有曲率半径R＝735.08mm，大约是管的外径D的1.5倍，并且弯曲角＝56°；定形后外径D在497mm和502mm之间，布置在位置L21＝1171.6mm处的第一凸起部和布置在距第一凸起部的距离l21＝620mm处的第二凸起部；两个凸起部都具有基部直径Db＝377mm和高度h＝205mm。
由此就清楚了如何以依据本发明的模和方法而使用工业方法能弯曲管，所述工业方法在弯曲半径R与管的外径D的相对比小于3的情况下也是可重复的和可靠的，并且还能够在弯曲的时候由与所制造的管成为整体的径向凸起部而形成与管成为整体的横向支管。
相同的方法也可以应用于在非常靠近支管基部的区域开始弯曲的特别复杂的情况，这种情况还未被现有技术解决。

Claims (10)

1.一种用于弯曲管状物件(1a)的方法，其使得成品管的弯曲半径(R)与外径(D)相对比率小于3，所述方法包括如下步骤：
-锻制物件(1a)，其由具有取决于最终用途的预先确定的成分的材料制成；并且该材料在纵向上具有预定的长度(L)并具有外径(D)；
-准备模(100)，其包括：
.不对称的底模半型(110)，其带有用于管(1a)的座部(111a)；
.带有冲头(121)的上模半型(120)，冲头(121)沿纵向方向X-X相对于模的竖直中心轴线不对称地布置；
-将管在炉中加热到取决于材料的特定具体成分的锻制所需的温度；
-将所述物件(1a)在纵向方向上定位在底模半型(110)的内部；
-相对闭合两个模半型(110、120)以便开始物件(1a)的弯曲；
-打开模；
-抽出被弯曲的管；
其特征在于，该方法还包括步骤：
-在上模半型(120)内准备座部(122)，该座部邻接冲头(121)布置以用于接纳凸起部(2a、2b)，所述凸起部(2a、2b)沿要被弯曲的纵向管部分径向伸出；
-将直物件(1a)沿纵向方向X-X定位在底模半型(110)内部的位置，从而使凸起部(2a)的基部(2b)与上冲头(121)的头部基本上竖直地(Z-Z)对准。
2.如权利要求1的方法，其特征在于，该方法进一步包括对被弯曲和冷却的部件进行机床机加工以获得对其最终的尺寸精加工的步骤。
3.如权利要求1的方法，其特征在于，该方法进一步包括将物件(1a)定位在底模半型(110)上之前，对应于弯曲部分使纵向的管部分(Lp)成椭圆形的步骤。
4.如权利要求1的方法，其特征在于，弯曲是通过多步骤工序而进行的。
5.如权利要求4的方法，其特征在于，在每个弯曲步骤之前，管被加热到锻制温度。
6.如权利要求1的方法，其特征在于，该方法包括下面用于凸起部的进一步处理步骤：
-在径向方向上将凸起部(2a)镗孔；
-局部加热要进行变形的区域，直至塑性变形所需的温度；
-将凸起部(2a)放到外模(300)的合适地形成的座部(315)中；
-通过直径渐增的冲头(200)的连续加压穿过进行多步挤压，直至凸起部(2a)的外表面接触外部模(300)中的合适地形成的座部(315)的内表面；
-通过用直径大于支管内径的冲头的插入而拉制材料，直到达到设计尺寸。
7.如权利要求6的方法，其特征在于，该方法进一步包括下面的步骤：
-成品管的使用所要求的热处理；
-机械精加工；
-表面精加工处理。
8.如权利要求1的方法，使其特征在于，该方法包括：
-在弯曲物件(1a)期间使物件(1a)成椭圆形的步骤；
-管道(1)的定形的步骤。
9.一种模，其用于以管的弯曲半径(R)与外径(D)的相对比小于3而弯曲管状物件(1a)，包括：
-不对称的底模半型(110)，其具有用于管(1a)的座部(111)；以及
-带有冲头(121)的上模半型(120)，冲头(121)沿纵向方向(X-X)相对于模的竖直中心轴线不对称地布置；
其特征在于，上模半型(120)在其内部具有相应的座部(122)，该座部(122)具有的尺寸对应于从物件(1a)径向延伸出的凸起部(2a)的尺寸并在纵向方向(X-X)上邻近所述冲头(121)而布置，以便确定沿邻近凸起部(2a)的基部(2b)的部分在上模(120)与物件(1a)之间的初始接触。
10.如权利要求9的模，其特征在于，两个模半型(110、120)沿着要弯曲的物件(1a)的部分被形成椭圆。
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