CN104259362B - 核反应堆一体化下封头整体仿形锻造方法 - Google Patents

核反应堆一体化下封头整体仿形锻造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种核反应堆一体化下封头整体仿形锻造方法,属于锻造成形技术领域,步骤一:根据需要加工的封头图纸的要求确定封头开口端外径、内径为,封头外球顶总高度,内半圆球面半径;步骤二:制作用于旋转锻造的专用锤头;步骤三:制作模具上、下模和下模底垫;步骤四:在锻造前,在水压机工作台面上安装下模,用水压机活动横梁压上平板对坯料进行镦粗;步骤五:在水压机工作台面上依次安装下模底垫、下模、上模和专用锤头;在工作台最下方摆放下模底垫,上摆放下模和上模,上模在下模的上方,水压机活动横梁连接专用锤头,保证所有模具对中,旋转锻造后测量坯料尺寸,合格后即可制得一体化下封头产品。

Description

核反应堆一体化下封头整体仿形锻造方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种核反应堆一体化下封头整体仿形锻造方法,具体地说是一种带非对称非等高接管的超大厚壁封头一体化锻造成形方法,属于锻造成形技术领域。
背景技术
[0002] 为减少焊缝与在役检查工作量,提高设备使用寿命,核电用封头均采用整体设计结构,即封头与接管不再采用焊接结构,而是直接设计为一体化结构形式。由于一体化下封头外表面上的多个接管位置不对称,管口朝向不同,高度不等,所以这种封头的锻造成形多采用包罗覆盖式自由锻工艺方法,即将封头外球半径扩大,将外表面所有接管包罗其中,锻成一个非常厚的球形封头,然后用机械方法去除多余敷料,成形各个接管。自由锻成形方法虽然简单,但材料利用率低,制造周期长,接管处纤维流线不连续,锻件变形不均匀不充分,产品内部质量不好,均质性差。采用胎模锻造可直接成形各个接管,克服上述自由锻成形的诸多缺点,但由于一体化下封头锻件外形尺寸与壁厚均很大,锻件重量近200吨,因此胎模锻所需成形力也非常大。经计算,采用胎模锻成形上述一体化下封头锻件需要10万吨大型压机,目前世界上还没有这种大型压机。
发明内容
[0003] 为了克服上述技术上的不足,本发明的目的在于提供了一种核反应堆一体化下封头整体仿形锻造方法,该发明方法能在15000吨压机上锻造成形带高接管的一体化超大型厚壁封头。
[0004] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:本发明核反应堆带非对称非等高接管的超大厚壁一体化下封头整体仿形锻造方法其加工步骤为:
[0005] 在胎模锻前,采用自由锻工艺制坯,保证坯料锻透压实,然后进行胎模锻造成形,具体锻造方法步骤如下:
[0006]步骤一:
[0007] 根据需要加工的封头图纸的要求确定封头开口端外径为D1,内径为D2,封头外球顶总高度为H2,内半圆球面半径为SR1,封头内球顶球心距上端高度为H3,内半圆球底到封头开口平面总高度为H1,即:内半圆球半径SR1+H3 ;封头外球面半径为SR2,封头外球顶底部凸台直径为D5,封头底部平台宽度为H4,封头外球顶上外缘均布分别设有3个管嘴,分别为1#管嘴、2#管嘴、3#管嘴,1#管嘴直径为D3,2#、3#管嘴直径相同为D4 ;
[0008]步骤二:
[0009] 制作用于旋转锻造的专用锤头,专用锤头根据下封头内球面半径SR1和封头内球顶总高H1的尺寸制造,其中专用锤头的高度H5即为:Hl+300mm,锤头球面半径为SR1、锤头上顶面的长度与封头开口端内径相同为D2 ;
[0010] 步骤三:
[0011] 预制模具:
[0012]制作模具下模:下模的结构形状是一个凹字形的圆饼类,主要作用是锻造一体化下封头锻件的外球面及1#、2#、3#管嘴,下模按封头开口端外径D1、封头外球面半径SR2、封头外球顶总高H2、封头1#管嘴直径D3、封头2#和3#管嘴直径D4、封头底部凸台直径D5、封头底部平台宽度H4的尺寸制造,下模外侧设有下模吊耳,下模底端中间设有凸台凹模,下模总高H6=H2 - H10+100mm,下模内球面球心距上端面距离H7=350 mm,H10为上模总高=700 mm,下模上端内径为D6=Dl-2XH10Xtg5°、下端外径为09=06-2\册\七85° +2X350mm、下模壁厚350 mm ;上端止口内径D7=D6+530mm,止口外径D8=D6+730mm ;
[0013] 制作模具上模:
[0014] 上模按封头开口端外径D1的尺寸制造并与下模匹配,其中上模外径D10=Dl+700臟、下端内径 D6=D1_2 XH10 X tg5°,下端外径 Dll=D6+500mm,上模总高 H10=700mm ;
[0015]制作模具下模底垫:下模底垫按封头底部凸台直径D5和下模下端外径D9尺寸制造并与下模匹配,下模底垫外径D14=D9+220 mm、下模底垫内凹台直径D13=D9+20 mm、下模底垫凸台直径D12=D5-10 mm,下模底垫凸台高度为50mm,下模底垫总高度为450mm ;
[0016] 步骤四:
[0017] 锻造预制坯料时,来料尺寸(i)4250mmX2400mm,在锻造前,在水压机工作台面上安装下模,坯料在加热炉温度1250°C ±20°C,将坯料垂直吊至下模中,用水压机活动横梁压上平板对坯料进行镦粗,在下模内镦粗至坯料上端面与下模上端面平齐时停止,坯料在下模内镦粗总压下行程为Λ H=1260mm ;
[0018] 步骤五:
[0019] 在锻造前,在水压机工作台面上依次安装下模底垫、下模、上模和专用锤头;在工作台最下方摆放下模底垫,下模底垫上摆放下模和上模,上模在下模的上方,水压机活动横梁连接专用锤头,保证所有模具对中;
[0020] 坯料在加热炉温度1250°C ±20°C,将步骤四锻造后的坯料吊至下模和上模内,对坯料进行旋转锻造,当坯料上端面距上模上端面平齐、专用锤头最大行程1500mm时,停止旋转锻造,测量坯料尺寸,合格后即可制得一体化下封头产品。
[0021] 本发明的有益效果是:本方法根据锻件的形状结构,将接管1、接管2、接管3和大型厚壁封头合成一体,通过合理设计模具,采用整体镦粗和分步旋转多道次压下等多种成形方式的组合,在较小设备15000吨压机上,实现了带非对称非等高接管的超大型厚壁一体化封头整体仿形锻造,满足一体化下封头锻件精加工尺寸要求,提高材料利用率,缩短制造周期,三个接管处纤维流线连续,保证锻件变形充分且均匀,产品内部质量得到改善,均质性好,提高了核反应堆的安全性。
附图说明
[0022]图1是本发明核反应堆一体化下封头的外形结构示意图。
[0023] 图2是本发明核反应堆一体化下封头的结构剖视示意图。
[0024] 图3是本发明核反应堆一体化下封头的结构俯视示意图。
[0025] 图4是本发明旋转锻造专用锤头结构示意图。
[0026] 图5是本发明旋转锻造专用锤头侧视结构示意图。
[0027]图6是本发明核反应堆一体化下封头整体仿形锻造方法下模的结构示意图。
[0028]图7是本发明核反应堆一体化下封头整体仿形锻造方法下模的俯视结构示意图。
[0029]图8是本发明核反应堆一体化下封头整体仿形锻造方法旋转锻造上模的结构示意图。
[0030]图9是本发明核反应堆一体化下封头整体仿形锻造方法旋转锻造上模俯视结构示意图。
[0031]图10是本发明核反应堆一体化下封头整体仿形锻造方法旋转锻造下模底垫的结构示意图。
[0032] 图中:1、封头,2、1 #管嘴,3、2#管嘴,4、3#管嘴,5、专用锤头,6、锤头球面,7、下模,8、凸台凹模,9、下模吊耳,10、上模,11、下模底垫,12、下模底垫凸台,13、下模底垫内凹台。
具体实施方式
[0033] 本发明核反应堆带非对称非等高接管的超大厚壁一体化下封头整体仿形锻造方法其加工步骤为:
[0034] 在胎模锻前,采用自由锻工艺制坯,保证坯料锻透压实,然后进行胎模锻造成形,具体锻造方法步骤如下:
[0035]步骤一:
[0036] 核电用封头其结构如图1、图2、图3所示,根据需要加工的封头1图纸的要求确定封头开口端外径为D1,内径为D2,封头外球顶总高度为H2,内半圆球面半径为SR1,封头内球顶球心距上端高度为H3,内半圆球底到封头开口平面总高度为H1,即:内半圆球半径SR1+H3 ;封头外球面半径为SR2,封头外球顶底部凸台直径为D5,封头底部平台宽度为H4,封头外球顶上外缘均布分别设有3个管嘴,分别为1#管嘴2、2#管嘴3、3#管嘴4,1#管嘴直径为D3,2#、3#管嘴直径相同为D4 ;
[0037]步骤二:
[0038] 制作锤头:如图4、图5所示,制作用于旋转锻造的专用锤头5,专用锤头5根据下封头内球面半径SR1和封头内球顶总高H1的尺寸制造,其中专用锤头5的高度H5即为:Hl+300mm,锤头球面6半径为SR1、锤头上顶面的长度与封头开口端内径相同为D2 ;
[0039] 步骤三:
[0040] 预制模具:
[0041]制作模具下模:如图6、图7所示,制作模具下模:下模7的结构形状是一个凹字形的圆饼类,主要作用是锻造一体化下封头锻件的外球面及1#、2#、3#管嘴,下模按封头开口端外径D1、封头外球面半径SR2、封头外球顶总高H2、封头1#管嘴直径D3、封头2#和3#管嘴直径D4、封头底部凸台直径D5、封头底部平台宽度H4的尺寸制造,下模外侧设有下模吊耳9,下模底端中间设有凸台凹模8,下模7总高H6=H2 - H10+100mm,下模内球面球心距上端面距离H7=350 mm, H10为上模总高=700 mm,下模上端内径为D6=Dl_2XH10Xtg5°、下端外径为09=06-2\册\丨85° +2X350 mm、下模壁厚350 mm ;上端止口内径D7=D6+530mm,止口外径 D8=D6+730mm ;
[0042] 制作模具上模:
[0043] 如图8、图9所示,上模10按封头开口端外径D1的尺寸制造并与下模7匹配,其中上模 10 外径 D10=Dl+700 mm、下端内径 D6=Dl-2XH10Xtg5°,下端外径 Dll=D6+500mm,上模 10 总高 H10=700mm ;
[0044]制作模具下模底垫:如图10所示,下模底垫11按封头底部凸台直径D5和下模下端外径D9尺寸制造并与下模匹配,下模底垫11外径D14=D9+220 mm、下模底垫内凹台13直径D13=D9+20 mm、下模底垫凸台12直径D12=D5-10 mm,下模底垫凸台12高度为50mm,下模底垫11总高度为450mm;
[0045] 步骤四:
[0046] 锻造预制坯料时,来料尺寸(i)4250mmX2400mm,在锻造前,在水压机工作台面上安装下模7,坯料在加热炉温度1250°C ±20°C,将坯料垂直吊至下模7中,用水压机活动横梁压上平板对坯料进行镦粗,在下模内镦粗至坯料上端面与下模上端面平齐时停止,坯料在下模内镦粗总压下行程为Λ H=1260mm ;
[0047] 步骤五:
[0048] 在锻造前,在水压机工作台面上依次安装下模底垫11、下模7、上模10和专用锤头5 ;在工作台最下方摆放下模底垫11,下模底垫11上摆放下模7和上模10,上模10在下模7的上方,水压机活动横梁连接专用锤头5,保证所有模具对中;
[0049] 坯料在加热炉温度1250°C ±20°C,将步骤四锻造后的坯料吊至下模7和上模10内,对坯料进行旋转锻造,当坯料上端面距上模上端面平齐、专用锤头5最大行程1500mm时,停止旋转锻造,测量坯料尺寸,合格后即可制得一体化下封头产品。

Claims (1)

1.一种核反应堆一体化下封头整体仿形锻造方法,其特征是:在胎模锻前,采用自由锻工艺制坯,保证坯料锻透压实,然后进行胎模锻造成形,具体锻造方法步骤如下: 步骤一: 根据需要加工的封头(1)图纸的要求确定封头开口端外径为D1,内径为D2,封头外球顶总高度为H2,内半圆球面半径为SR1,封头内球顶球心距上端高度为H3,内半圆球底到封头开口平面总高度为H1,即:内半圆球半径SR1+H3 ;封头外球面半径为SR2,封头外球顶底部凸台直径为D5,封头底部平台宽度为H4,封头外球顶上外缘均布分别设有3个管嘴,分别为1 #管嘴(2 )、2#管嘴(3 )、3#管嘴(4 ),1 #管嘴直径为D3,2#、3#管嘴直径相同为D4 ; 步骤二: 制作用于旋转锻造的专用锤头(5),专用锤头(5)根据下封头内球面半径SR1和封头内球顶总高H1的尺寸制造,其中专用锤头(5)的高度H5即为:Hl+300mm,锤头球面(6)半径为SR1、锤头上顶面的长度与封头开口端内径相同为D2 ; 步骤三: 预制模具: 制作模具下模:下模(7)的结构形状是一个凹字形的圆饼类,主要作用是锻造一体化下封头锻件的外球面及1#、2#、3#管嘴,下模按封头开口端外径D1、封头外球面半径SR2、封头外球顶总高为H2、封头1#管嘴直径D3、封头2#和3#管嘴直径D4、封头底部凸台直径D5、封头底部平台宽度H4的尺寸制造,下模外侧设有下模吊耳(9),下模底端中间设有凸台凹模(8),下模(7)总高H6=H2 - H10+100mm,下模内球面球心距上端面距离H7=350 mm,H10为上模总高=700 mm,下模上端内径为D6=Dl_2XH10Xtg5°、下端外径为D9=D6-2XH6Xtg5° +2X350 mm、下模壁厚 350 mm ;上端止 口内径 D7=D6+530mm,止 口外径D8=D6+730mm ; 制作模具上模: 上模(10)按封头开口端外径D1的尺寸制造并与下模(7)匹配,其中上模(10)外径D10=Dl+700 mm、下端内径 D6=Dl_2XH10Xtg5°,下端外径 Dll=D6+500mm,上模(10)总高H10=700mm ; 制作模具下模底垫:下模底垫(11)按封头底部凸台直径D5和下模下端外径D9尺寸制造并与下模匹配,下模底垫(11)外径D14=D9+220 mm、下模底垫内凹台(13)直径D13=D9+20mm、下模底垫凸台(12)直径D12=D5-10 mm,下模底垫凸台(12)高度为50mm,下模底垫(11)总高度为450mm ; 步骤四: 锻造预制还料时,来料尺寸Φ 4250mm X 2400mm,在锻造前,在水压机工作台面上安装下模(7),坯料在加热炉温度1250°C ±20°C,将坯料垂直吊至下模(7)中,用水压机活动横梁压上平板对坯料进行镦粗,在下模内镦粗至坯料上端面与下模上端面平齐时停止,坯料在下模内镦粗总压下行程为Λ H=1260mm ; 步骤五: 在锻造前,在水压机工作台面上依次安装下模底垫(11)、下模(7)、上模(10)和专用锤头(5);在工作台最下方摆放下模底垫(11),下模底垫(11)上摆放下模(7)和上模(10),上模(10)在下模(7)的上方,水压机活动横梁连接专用锤头(5),保证所有模具对中; 坯料在加热炉温度1250°C ±20°C,将步骤四锻造后的坯料吊至下模(7)和上模(10)内,对坯料进行旋转锻造,当坯料上端面距上模上端面平齐、专用锤头(5)最大行程1500mm时,停止旋转锻造,测量坯料尺寸,合格后即可制得一体化下封头产品。
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