CN101961765B - 顶锻法兰制造工艺及设备 - Google Patents

Abstract

顶锻法兰制造工艺及设备，涉及一种法兰制造工艺及设备，将材料制成法兰金属半圆，再采用顶锻设备均匀加热对接法兰金属半圆，挤压面的压力为40-70MPa，加热温度：500℃-1300℃，经顶锻设备挤压后使两个半圆快速连接，制得产品。有益效果：本发明只需顶锻设备和配套的简单胎模，就可生产各种不同规格大小的环状钢法兰和铝法兰，使设备的投入和能源的消耗只是传统设备的几分之一到几十分之一，成本节约30％以上，生产效率提高了数倍。

Description

顶锻法兰制造工艺及设备

技术领域

本发明涉及一种法兰制造工艺及设备，具体的说是一种顶锻法兰制造工艺及设备，将金属材料切条压弯成半圆，热压顶锻对接成法兰。

背景技术

法兰在各个行业和领域都有广泛的应用，目前法兰生产主要是采用锻造、铸造和卷制等方法，用锻造方法生产大法兰就必须对整件钢锭切割锻造，而且需要进行多次的加热锻造，浪费材料和能源，产品质量较低，污染也严重；受法兰大小限制，生产卷制法兰需要不同规格昂贵的卷制设备，设备投资仍很大，加之卷制后扭曲严重，调平困难，还需要进行清理、开坡口和焊接等工序，浪费人力，加大了生产成本，同时生产效率也低，容易产生焊接缺陷；用铸造方法生产法兰需要做砂模、融化金属、浇铸，且容易产生沙眼和气孔以及夹渣等缺陷，由于强度低，使用范围大受限制，一般重要产品都不采用此种生产方法。

发明内容

本发明目的是为解决上述技术问题的不足，提供了一种顶锻法兰制造工艺及设备，本工艺设备的投入和能源的消耗只是传统生产设备的几分之一到几十分之一，成本节约30％以上，生产效率提高了数倍，生产的法兰质量也有保证。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：顶锻法兰制造工艺，用压模机将事先制成的法兰金属条料压成半圆，再采用IGBT感应加热装置均匀加热两个半圆的四个端面，经顶锻设备挤压后使两个半圆快速连接，工艺步骤如下：

步骤一、按生产要求选取金属材料，将符合生产要求的材料切割成相应的宽度和长度，制成法兰金属条料；

步骤二、将法兰金属条料放置在压模机的模具内，采用分段挤压，先压法兰金属条料的两端，再压法兰金属条料的中部，制成法兰半圆；

步骤三、以标准件为准，对压制成形的法兰半圆进行修正、切割、清理和除锈；

步骤四、将修正后的法兰半圆置入顶锻设备中，定位后先采用IGBT感应加热装置均匀加热两个半圆的四个端面，将感应加热器以60次/分钟的频率往复运动，加热温度：500℃-1300℃，感应加热器撤出后，顶锻设备迅速挤压受热中的两个半圆的四个端面，挤压面的压力为40-70Mpa，挤压时间：1-5分钟，制得产品。

本发明，所述的加热温度：钢法兰为1200-1300℃，铝法兰为500-600℃。

本发明，所述的顶锻法兰制造工艺的顶锻设备，由顶锻工作台和IGBT感应加热装置组成，在顶锻工作台上对称设有第一推铁和第二推铁，第一推铁与顶锻工作台的一端固定连接，第二推铁水平设置在顶锻工作台的另一端并经勾贝与压力油缸连接，在顶锻工作台上还对称设有两组连接压杆的固定栓，IGBT感应加热装置由两个IGBT感应加热器构成，并对应设置在顶锻工作台的两侧。

本发明，所述的两个IGBT感应加热器，设置在顶锻工作台两侧的轨道上。

本发明，所述的IGBT感应加热器上还设有感应加热头。

本发明，所述的第一推铁和第二推铁，其内应面为半圆，内应面是指两个推铁水平相对设置在顶锻工作台上的对应端面，半圆与法兰半圆大小相等，可以很好的对法兰半圆进行固定卡位。

本发明，所述的顶锻工作台，由工字钢和支柱组成。

本发明，所述的工字钢上设有压力油缸，是指顶锻工作台下方并排设有两个工字钢，两个工字钢的长度大于顶锻工作台的台面长度，在两个工字钢长出顶锻工作台的部位之间设有压力油缸。

本发明中所采用的压模机，由凹模芯底座和压力油缸I组成，凹模芯设置在龙门架的凹模芯底座内，凹模芯上设有防扭墙并呈一体固定连接，凸模压头通过连杆与压力油缸I连接，这样生产不同大小规格法兰时候，只需要更换凹模芯和凸模压头就可进行法兰半圆压制，而且更换操作简单。

有益效果是：本发明是一种生产法兰的新工艺，工艺操作简单，既不需要锻造设备，也不需卷制设备，只需一台单缸龙门架压模机、顶锻设备和配套的胎模，就可生产各种不同规格大小的环状钢法兰、铝法兰，使得设备的投入和能源的消耗只是传统生产设备的几分之一到几十分之一，成本节约30％以上，生产效率提高了数倍，生产的法兰质量也得以保证及提高，本工艺方法生产采用顶锻设备对法兰透热顶锻，保证接口处无痕焊接，促进了顶锻面结晶再生，使得连接处强度等同板材等优点。

环状法兰一般都具备良好的弯曲性，不用加热，冷弯就可达到成型要求，为了消除冷弯后反弹，本发明采用的压模机是将凹模芯与凸模压头都设计成压头胎型式，使胎模曲率半径和法兰毛坯曲率半径相吻合，分数次压成型，这样的结构形式具有如下优点：一是胎模制作方便，加工容易，成本低；二是每次压型凸模压头行程短，提高了效率；三是操作方便，四是容易对法兰毛坯观察、测量；五是很方便加垫调整半圆弧度达到生产要求，这样不但降低了设备对胎模精度要求，也提高了模具寿命，为了降低成本，缩短模具制作时间，在实践中遇到新规格的法兰只需要更换凹模芯和凸模压头，凹模芯底座和连接部分全为通用件，故节省锻造法兰的工具、便于法兰快速生产。

条料在压制成法兰半圆时为防止半圆扭曲，凹模芯上设置了防扭墙，防扭墙是与凹模芯一体设置，防扭墙由两长两短四个挡板组成，并对称设置在凹模芯的边侧之上，其中两个长挡板带有圆弧凹面，对进行挤压的法兰起到防止扭曲变厚的作用，防扭墙内侧距离比法兰条料厚度(法兰上下面的距离为厚度)大1-1.5毫米，其圆弧凹面处的高度也仅为法兰宽度(法兰内外圆的距离为宽度)0.5-0.7，条料在挤压弯曲时内圆会压缩变厚，外圆会被拉伸变薄，防扭墙设在条料中位线处可以保持原板厚，以求在压制法兰半圆时候达到零扭曲目标，这样成型的法兰半圆不用调平即可进行顶锻，便于法兰半圆直接对接。

采用本发明中的顶锻设备具有以下优点：

1、顶锻工作台采用工字钢作支架，不但抗弯好，也能方便降低压力油缸勾贝高度，大幅度减少支架承受的弯矩，同时也使IGBT感应加热器的感应加热头端尽可能伸入顶锻工作台轴线，增大了可对接法兰范围，顶锻工作台上挤压面的压力变化范围在40～70mpa，保证顶锻面受力均匀，使工件端部塑性变形，增大界面处接触面积，破碎端面上的氧化膜，并将接触面周边缺陷一同挤出，促进结晶再生，使连接处强度、性能同板材。

2、加热时间短，速度快，省电，温度可控制；配以导轨使用感应加热头易进入、撤出，使用方便；不使用焊材、焊剂，结合面材质强度可同板材本身，更易为用户认可，对打开市场更为有利，更为优越的是可进行铝法兰的对接，大大扩展生产范围，提高效益。

3、为了使法兰两个半圆的四个顶锻面同时均匀加热到顶锻的温度，要同时采取两台IGBT中频感应加热器，安装平面感应加热头以一定频次进退加热，以控制温度和顶锻深度，本工艺采取的方案是将加热设备放在拖车上，使其沿轨道往复运动，加热设备除了采用IGBT中频感应加热器，也可采取其它对接加热装置，如采用热量集中、熔深大、速度快、变形小、抗裂纹、无熔渣、可见性好、焊接成本低和工效高的CO₂气体保护焊，配合顶锻设备也可大批量生产法兰。

附图说明

图1是本发明中顶锻设备的结构示意图；

图2是图1的俯视示意图；

图3是本发明中压模机的结构示意图；

图中标记是：1、顶锻工作台，2、IGBT感应加热器，3、第一推铁，4、第二推铁，5、压力油缸，6、压杆，7、固定栓，8、轨道，9、感应加热头，10、支柱，11、工字钢，12、勾贝，13、托车，14、挡铁，15、法兰半圆，16、凸模压头，17、凹模芯，18、防扭墙，19、连杆，20、龙门架，21、压力油缸I，22、凹模芯底座。

具体实施方式

采用本工艺生产法兰要做好生产准备，压制半圆，加热顶锻对接三个阶段工作，本工艺操作简单，生产效率高，结合自制的压模机和顶锻设备使用，可以达到法兰生产的最优效果。

生产准备阶段：

1、掌握需要生产法兰的材质、种类、规格、法兰内外圈直径的比例，判定是否能进行冷弯压型，判定外圈弯曲的变薄量等因素，选择所用钢板的厚度，确定内外圈的加工量和法兰毛坯的下料宽度和长度，确定长度要考虑压制法兰半圆时两端直边和对接时的顶锻量。选材标准参照如下：

δ法兰板厚＝δ法兰净厚+双面加工余量

K法兰宽＝K法兰净宽+内外圆加工余量

L法兰半圆长＝πφ中心圆+顶锻量+直边段(100mm)

2、根据确定的板厚和设制防扭墙的规定制作凹模芯和凸模压头，其弧度分别等于法兰毛坯R外和R内，之所以留有加工余量，是因为可全部采用气割即可，不用再在机床上加工。

3、顶锻工作台可对一定尺寸范围内的法兰进行顶锻透热，顶锻小号法兰时候可在推铁上配做辅助垫。

法兰半圆压制：

将法兰金属条料除去两端直边预留部分后均分三段，并定出每段中心，压制时先压两端，后压中部，样板测量，弧度不合样板时可加垫调整(弧度小，垫放法兰内弧两端，弧度大，垫放凹模两端，上下模挤压，即可调整弯曲度)。

法兰热压对接：

顶锻工作台上设有两个压杆，压杆通过四个固定栓(固定栓优选长条螺栓使用)压紧在顶锻工作台上，可防止法兰受力压接时向上拱起，保证对接面受力均匀，在法兰端面受热后进行对接时，可在法兰对接端面内外两侧放置圆形钢板，提高法兰对接塑形的品质。

顶锻法兰制造工艺，用压模机将事先制成的法兰金属条料压成半圆，再采用IGBT感应加热装置均匀加热两个半圆的四个端面，经顶锻设备挤压后使两个半圆快速连接，工艺步骤如下：

步骤一、按生产要求选取金属材料，将符合生产要求的材料切割成相应的宽度和长度，制成法兰金属条料；

步骤二、将法兰金属条料放置在压模机的模具内，采用分段挤压，先压法兰金属条料的两端，再压法兰金属条料的中部，制成法兰半圆；

步骤三、以标准件为准，对压制成形的法兰半圆进行修正、切割，后清理、除锈；

步骤四、将修正后的法兰半圆置入顶锻设备中，定位后先采用IGBT感应加热装置均匀加热两个半圆的四个端面，将感应加热器以60次/分钟的频率往复运动，加热温度：500℃-1300℃，感应加热器撤出后，顶锻设备迅速挤压受热中的两个半圆的四个端面，挤压面的压力为40-70Mpa，挤压时间：1-5分钟，制得产品。

实施例一

顶锻法兰制造工艺，用压模机将事先制成的钢法兰条料压成半圆，再采用IGBT感应加热装置均匀加热两个半圆的四个端面，经顶锻设备挤压后使两个半圆快速连接，工艺步骤如下：

步骤一、在生产准备阶段按生产要求选取钢材料，将符合生产要求的钢材料气割成相应的宽度和长度，制成钢法兰条料(条料留有加工余量)；

步骤二、将钢法兰条料放置在压模机的凹模芯内，并通过凹模芯上的防扭墙的调整好钢法兰的位置，然后采用分段挤压，先压钢法兰条料的两端，再压钢法兰条料的中部，制成钢法兰半圆；

步骤三、以标准件为准，对压制成形的钢法兰半圆(主要是对预留的加工余量)进行修正、切割，后清理、除锈；

步骤四、将修正后的钢法兰半圆置入顶锻设备的顶锻工作台上，通过推铁和压杆定位后，采用IGBT中频感应加热装置均匀加热两个半圆的四个端面，将感应加热头以60次/分钟的频率往复运动，钢法兰半圆加热温度到1250℃，将感应加热头快速撤出，压力油缸推动第二推铁迅速挤压受热后两个半圆的四个端面，挤压面的压力为70Mpa，挤压5分钟，制得钢法兰产品。

实施例二

顶锻法兰制造工艺，用压模机将事先制成的铝法兰条料压成半圆，再采用IGBT感应加热装置均匀加热两个半圆的四个端面，经顶锻设备挤压后使两个半圆快速连接，工艺步骤如下：

步骤一、在生产准备阶段按生产要求选取铝材料，将符合生产要求的铝材料采用气割切割成相应的宽度和长度，制成铝法兰条料；

步骤二、将铝法兰条料放置在压模机的凹模芯内，采用分段挤压，先压铝法兰条料的两端，再压铝法兰条料的中部，制成铝法兰半圆；

步骤三、以标准件为准，对压制成形的铝法兰半圆进行修正、切割，后清理、除锈；

步骤四、将修正后的铝法兰半圆置入顶锻设备的顶锻工作台上，通过推铁和压杆定位后，采用IGBT中频感应加热装置均匀加热两个半圆的四个端面，将感应加热头以60次/分钟的频率往复运动，将铝法兰加热到550℃，感应加热头撤出后，压力油缸推动第二推铁迅速挤压受热后两个半圆的四个端面，挤压面的压力为40Mpa，挤压时间：3分钟，实现铝法兰半圆的对接，制得产品。

实施例三

顶锻法兰制造工艺，用压模机将事先制成的铜法兰条料压成半圆，再采用IGBT感应加热装置均匀加热两个半圆的四个端面，经顶锻设备挤压后使两个半圆快速连接，工艺步骤如下：

步骤一、在生产准备阶段按生产要求选取铜材料，将符合生产要求的铜材料采用气割切割成相应的宽度和长度，制成铜法兰条料；

步骤二、将铜法兰条料放置在压模机的凹模芯内，采用分段挤压，先压铜法兰条料的两端，再压铜法兰条料的中部，制成铜法兰半圆；

步骤三、以标准件为准，对压制成形的铜法兰半圆进行修正、切割，后清理、除锈；

步骤四、将修正后的铜法兰半圆置入顶锻设备的顶锻工作台上，通过推铁和压杆定位后，采用IGBT中频感应加热装置均匀加热两个半圆的四个端面，将感应加热头以60次/分钟的频率往复运动，将铜法兰加热到900℃，感应加热头撤出后，压力油缸推动第二推铁迅速挤压受热后两个半圆的四个端面，挤压面的压力为55Mpa，挤压时间：4分钟，制得铜法兰产品。

如图1、图2所示顶锻设备，由顶锻工作台1和IGBT感应加热装置组成，顶锻工作台1下方设有支柱10和两个工字钢11(两个工字钢的长度大于顶锻工作台的台面长度)，在顶锻工作台1上对称设有第一推铁3和第二推铁4，第一推铁3和第二推铁4的内应面为半圆，在二者之间对称设置两个法兰半圆15，可以很好的放置固定法兰半圆15，第一推铁3与顶锻工作台1的一端固定连接，在第一推铁3的后端还设有一块挡铁14，用来防止顶锻时候第一推铁3受压力油缸5推力移动，从而利于提高法兰半圆对接精度和效率，第二推铁4水平设置在顶锻工作台1的另一端并经勾贝12与压力油缸5连接，在两个工字钢11长出顶锻工作台1的部位之间设有压力油缸5(如图2所示)，这样可以很好的实现压力油缸5的固定，在顶锻工作台1上还对称设有两个压杆6，两个压杆6通过两组固定栓7连接在顶锻工作台1，在对接法兰半圆起到防拱起的作用；IGBT感应加热装置由两个IGBT感应加热器2构成，两个IGBT感应加热器2对应设置在顶锻工作台1左右两侧轨道8的拖车13上，轨道8设置在顶锻工作台1的中心线两侧，保证了IGBT感应加热器2上的感应加热头9设置在第一推铁3和第二推铁4内应面的中心线上，使感应加热头9对法兰半圆的透热更均匀。

如图3所示压模机，在龙门架20的凹模芯底座22内设有凹模芯17，防扭墙18设置在凹模芯17上并呈一体连接，防扭墙18上端面的中部设有圆弧，法兰条料放入凹模芯17内并通过防扭墙18卡位固定，防扭墙18的上方对应设有凸模压头16，凸模压头16通过连杆19与龙门架20上的压力油缸I 21连接，这样可以缩小凸模压头16的行程，提高压模效率，凹模芯17与凸模压头16都设计成压头胎型式，使胎模曲率半径和法兰毛坯曲率半径相吻合。

Claims (8)

1.顶锻法兰制造工艺，其特征在于：用压模机将事先制成的法兰金属条料压成半圆，再采用IGBT感应加热装置均匀加热两个半圆的四个端面，经顶锻设备挤压后使两个半圆快速连接，工艺步骤如下：

步骤一、按生产要求选取金属材料，将符合生产要求的材料切割成相应的宽度和长度，制成法兰金属条料；

步骤二、将法兰金属条料放置在压模机的模具内，采用分段挤压，先压法兰金属条料的两端，再压法兰金属条料的中部，制成法兰半圆；

步骤三、以标准件为准，对压制成形的法兰半圆进行修正、切割，后清理、除锈；

步骤四、将步骤三修正、切割、清理、除锈后的法兰半圆置入顶锻设备中，定位后先采用IGBT感应加热装置均匀加热两个半圆的四个端面，将IGBT感应加热装置以60次/分钟的频率往复运动，加热温度：500℃-1300℃，IGBT感应加热装置撤出后，顶锻设备迅速挤压受热中的两个半圆的四个端面，挤压面的压力为40-70Mpa，挤压时间：1-5分钟，制得产品。

2.如权利要求1所述的顶锻法兰制造工艺，其特征在于：所述的加热温度：钢法兰为1200-1300℃，铝法兰为500-600℃。

3.如权利要求1所述的顶锻法兰制造工艺的顶锻设备，其特征在于：由顶锻工作台(1)和IGBT感应加热装置组成，在顶锻工作台(1)上对称设有第一推铁(3)和第二推铁(4)，第一推铁(3)与顶锻工作台(1)的一端固定连接，第二推铁(4)水平设置在顶锻工作台(1)的另一端并经勾贝(12)与压力油缸(5)连接，在顶锻工作台(1)上还对称设有两组连接压杆(6)的固定栓(7)，IGBT感应加热装置由两个IGBT感应加热器(2)构成，并对应设置在顶锻工作台(1)的两侧。

4.如权利要求3所述的顶锻法兰制造工艺的顶锻设备，其特征在于：所述的两个IGBT感应加热器(2)，设置在顶锻工作台(1)两侧的轨道(8)上。

5.如权利要求3所述的顶锻法兰制造工艺的顶锻设备，其特征在于：所述的IGBT感应加热器(2)上还设有感应加热头(9)。

6.如权利要求3所述的顶锻法兰制造工艺的顶锻设备，其特征在于：所述的第一推铁(3)和第二推铁(4)，其内应面为半圆。

7.如权利要求3所述的顶锻法兰制造工艺的顶锻设备，其特征在于：所述的顶锻工作台(1)，设有支柱(10)和工字钢(11)。

8.如权利要求7所述的顶锻法兰制造工艺的顶锻设备，其特征在于：所述的工字钢(11)上设有压力油缸(5)。

Images