CN106424180B - 一种双管嘴厚壁管道挤压制坯的挤压装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种双管嘴厚壁管道挤压制坯的挤压装置及方法，属于厚壁管道挤压制造技术领域。该装置包括上顶杆、下顶杆、挤压筒和浮动挤压筒外套，该装置安装在挤压机上，挤压筒外面由浮动挤压筒外套紧箍固定，浮动挤压筒外套与挤压筒油缸连接；上顶杆上端通过固定板与挤压机挤压轴相连，下顶杆下端通过固定板与挤压机下平台相连。该装置使用过程中上顶杆以一定速度下行挤压，同时油缸带动浮动挤压筒外套以一定的速度下行，以实现上下管嘴同时成形。相比传统锻造工艺，本发明具有制造过程流程短、效率高、性能优及成本低等特点，可应用核电、火电等高性能带管嘴厚壁管道、管件的高性能成形制造。

Description

一种双管嘴厚壁管道挤压制坯的挤压装置及方法

技术领域

本发明涉及厚壁管道挤压制造技术领域，特别是指一种双管嘴厚壁管道挤压制坯的挤压装置及方法。

背景技术

带有多管嘴的厚壁管道是核电、火电、石油化工等工业领域中的重要基础设施部件。目前制造多管嘴厚壁管道有如下三种方法：第一种方法是基于自由锻工艺，即首先将实心坯料进行自由锻造成形得到一个局部带有实心管嘴轮廓的实心毛坯，再对实心毛坯进行机械加工得到管道内孔和管嘴内孔。该方法需要反复多次加热锻压，才能使管嘴轮廓成形，但多次加热累计时间很长，会导致材料的晶粒粗大，力学性能不合格，故锻件废品率较高，且生产效率低下、应力分布不均。第二种方法是借用动力设备从外面施力拉拔管嘴的方式成形管嘴。这种方法的缺点是，对管嘴材料的冲击韧性和管嘴的成形精度不利，成形后产品性能不稳定。第三种方法是用焊接工艺将成形的管嘴焊接到管道上。但管嘴处的焊缝热影响区存在残余应力以及焊接组织敏化等问题，造成应力腐蚀破坏，导致性能不稳定，寿命低。

以上三种方法虽然都能够得到多管嘴厚壁管道，但是都存在一定的不足，不是制造多管嘴厚壁管道的理想技术。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种双管嘴厚壁管道挤压制坯的挤压装置及方法。

该装置包括上顶杆、下顶杆、挤压筒和浮动挤压筒外套，该挤压装置安装在挤压机上，上顶杆上端通过固定板固定于挤压机挤压轴上，下顶杆下端通过固定板固定于挤压机下平台上，挤压筒外面由浮动挤压筒外套紧箍固定，浮动挤压筒外套与挤压筒油缸连接，挤压筒内上部开有上管嘴孔，挤压筒内下部开有下管嘴孔。

其中，挤压筒上开有两个带有圆角的孔，挤压筒沿孔分割成前后两部分，前挤压筒和后挤压筒均设计为阶梯状结构，利于拆卸取模。

坯料置于上顶杆和下顶杆之间。

挤压筒孔与上管嘴孔的相贯线处设有圆角，挤压筒孔与下管嘴孔的相贯线处也设有圆角。

上顶杆、下顶杆、坯料、挤压筒的轴线重合，保证在同一条直线上。

采用双管嘴厚壁管道挤压制坯的挤压装置进行挤压制坯的方法，包括如下步骤：

(一)将对开装置装配好后吊放到挤压机下平台上，由下平台运送到挤压机开口空间中；

(二)挤压筒油缸带动浮动挤压筒外套下行，并从外围箍紧挤压装置；

(三)紧箍好后，将挤压装置提升到靠近上平台处，开始加热挤压装置，并准备送入坯料；

(四)坯料加热完成后，吊送到下平台，并送入挤压机开口中；

(五)挤压筒油缸带动浮动挤压筒外套上行，直到挤压装置上表面与上顶杆下表面接触；同时，下顶杆推动坯料到预定位置；

(六)挤压开始，挤压机主轴液压缸带动上顶杆下行挤压坯料；

(七)挤压筒油缸带动浮动挤压筒外套下行，走完预定行程后停止，上下管嘴成形；

(八)浮动挤压筒外套上行并松开挤压装置；

(九)下平台将挤压装置和挤压管坯同时送出；

(十)挤压装置拆卸并取出管坯。

本发明的原理是通过一次单向热挤压实现两个管嘴同时成形，所述方法只须一次热挤压即可成形完毕。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

1.上下管嘴同时成形，在相同工况下加速成形的速度，缩短生产周期，提高生产效率。

2.加热次数少，有利于改善金属内部组织性能，避免由于时间长导致晶粒生长，达到细化晶粒的目的。

3.在挤压成形过程中，材料处于三向压应力，材料组织更致密，综合性能较好。

4.管嘴金属为管身金属连续挤压流动而形成，具有连续金属流线特征，管嘴与管道之间具有完好的一体性，因此提高管嘴结构的力学性能和组织性能。

5.上下管嘴一次挤压成形，成形速度快，温度降低小，管嘴内部温度均匀，故各部分变形均匀、尺寸精度高、表面质量好。

6.成形管嘴凸台的形状多样性适应性强，尺寸覆盖范围广。

附图说明

图1为本发明的双管嘴厚壁管道挤压制坯的挤压装置结构示意图；

图2为初始坯料示意图；

图3为热挤压成形后双管嘴管道坯料示意图，其中图3a为主视图，图3b为左视图；

图4为热挤压成形后双管嘴管道坯料剖视图；

图5为挤压装置挤压筒阶梯状结构图；

图6为挤压过程示意图。

其中：1-上顶杆，2-坯料，3-上管嘴孔，4-浮动挤压筒外套，5-挤压筒油缸，6-下管嘴孔，7-挤压筒，8-下顶杆。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明提供一种双管嘴厚壁管道挤压制坯的挤压装置及方法。

如图1所示，该装置包括上顶杆1、下顶杆8、挤压筒7和浮动挤压筒外套4，该挤压装置安装在挤压机上，上顶杆1上端通过固定板固定于挤压机挤压轴上，下顶杆8下端通过固定板固定于挤压机下平台上，挤压筒7外面由浮动挤压筒外套4紧箍固定，浮动挤压筒外套4与挤压筒油缸5连接，挤压筒7内上部开有上管嘴孔3，挤压筒7内下部开有下管嘴孔6。上顶杆1、下顶杆8、坯料2、挤压筒7的轴线重合，保证在同一条直线上。

如图5所示，挤压筒7上开有两个带有圆角的孔，挤压筒7沿孔分割成前后两部分，前挤压筒和后挤压筒均设计为阶梯状结构，利于拆卸取模。挤压筒孔与上管嘴孔3的相贯线处设有圆角，挤压筒孔与下管嘴孔6的相贯线处也设有圆角。上下管嘴沿管道周向夹角为θ。

采用该装置进行挤压的具体过程如图6所示，步骤如下：

(一)将对开装置装配好后吊放到挤压机下平台上，由下平台运送到挤压机开口空间中；

(二)挤压筒油缸5带动浮动挤压筒外套4下行，并从外围箍紧挤压装置；

(三)紧箍好后，将挤压装置提升到靠近上平台处，开始加热挤压装置，并准备送入坯料2；

(四)坯料2加热完成后，吊送到下平台，并送入挤压机开口中；

(五)挤压筒油缸5带动浮动挤压筒外套4上行，直到挤压装置上表面与上顶杆1下表面接触；同时，下顶杆8推动坯料2到预定位置；

(六)挤压开始，挤压机主轴液压缸带动上顶杆1下行挤压坯料2；

(七)挤压筒油缸5带动浮动挤压筒外套4下行，走完预定行程后停止，上、下管嘴成形；

(八)浮动挤压筒外套4上行并松开挤压装置；

(九)下平台将挤压装置和挤压管坯同时送出；

(十)挤压装置拆卸并取出管坯。

挤压成形后的管坯如图3所示。

本实施例中以实心圆柱状双管嘴凸台管道为例，推导双管嘴同时成形的原理。通过上、下顶杆对坯料的挤压实现坯料中金属的流动。欲使得上管嘴和下管嘴以同样的速度填充成形，则需满足金属流入上管嘴中的速度和金属流入下管嘴中速度大小相同。挤压开始时金属优先填充满型腔并且墩粗坯料，使得坯料、挤压筒、浮动挤压筒外套一起运动。当充满完成时上管嘴以上金属流向上管嘴，下管嘴以下金属流向下管嘴，上下管嘴之间的金属，相对于坯料速度为零。

初始坯料如图2所示，设上顶杆速度v₁，挤压筒速度v₂(坯料由于挤压胀形，与挤压筒、挤压筒外套同一速度)，方向向下，则上顶杆相对坯料的速度为(v₁-v₂)，在时间t时上下管嘴同时填充完成，上顶杆向下压缩坯料的体积V₁为：

坯料向下的速度为v₂，相当于下顶杆相对坯料向上的速度为v₂，在时间t时，下顶杆向上压缩坯料的体积V₂为：

设热挤压成形后管道坯料的上管嘴直径为d₂，上管嘴与管道表面交接处过渡圆角半径为r₁，交接处直径为D₂,过渡圆角到上管嘴端面的距离为l₁，管道表面到上管嘴端面的距离为l₂，管嘴的过渡圆角处近似成圆台，如图4所示，则上管嘴的体积V_上为：

设热挤压成形后管道坯料的下管嘴直径为d₃，下管嘴与管道表面交接处过渡圆角半径为r₂，交接处直径为D₃,过渡圆角到下管嘴端面的距离为l₃，管道表面到下管嘴端面的距离为l₄，管嘴的过渡圆角处近似成圆台，如图4所示，则下管嘴的体积V_下为：

因为坯料相对上顶杆运动的压缩量用于成形上管嘴，坯料相对下顶杆运动的圧缩量用于成形下管嘴。欲同时成形上下管嘴，则满足如下等式：

由此得到：

式中，v₁为上顶杆的速度；

v₂为油缸带动挤压筒外套的速度；

D₂为热挤压成形后管道坯料上管嘴与管道表面交接处的直径；

D₃为热挤压成形后管道坯料下管嘴与管道表面交接处的直径；

d₂为热挤压成形后管道坯料上管嘴的直径；

d₃为热挤压成形后管道坯料下管嘴的直径；

l₁为热挤压成形后管道坯料上管嘴的过渡圆角到管嘴端面的距离；

l₂为热挤压成形后管道坯料表面到上管嘴端面的距离；

l₃为热挤压成形后管道坯料下管嘴的过渡圆角到管嘴端面的距离；

l₄为热挤压成形后管道坯料表面到下管嘴端面的距离；

当上下管嘴的尺寸相同时，即d₂＝d₃，D₂＝D₃，l₁＝l₃，l₂＝l₄时,得到：

v₁＝2v₂ (7)

所以，当满足挤压机给上顶杆的速度v₁是油缸给套筒的速度v₂的二倍时，即可通过一次单向挤压完成尺寸相同的上下管嘴成形。

在实际应用中，其他形状的管嘴凸台根据此方法获得同时成形的原理。

坯料预热完成后会在其端面、外表面形成不同厚度的氧化皮，所以可以得到初始坯料直径D₀为D₁与外表面氧化皮厚度之和。又因为坯料去除氧化皮后的体积与热挤压成形后双管嘴管道的体积相等，根据体积不变原则，得到成形上管嘴时，去除氧化皮坯料的上端沿轴向的压缩量ΔL₁为：

同理，成形下管嘴时，去除氧化皮坯料的下端沿轴向的压缩量ΔL₂为：

故初始坯料的长度L₀为：

式中，L₀为初始坯料的长度；

L₁为热挤压成形后管道坯料上管嘴的中心到管道最左(上)端的距离；

L₂为热挤压成形后管道坯料上下管嘴的中心距离；

L₃为热挤压成形后管道坯料下管嘴的中心到管道最右(下)端的距离；

D₁为热挤压成形后管道坯料的直径；

D₂为热挤压成形后管道坯料上管嘴与管道表面交接处的直径；

D₃为热挤压成形后管道坯料下管嘴与管道表面交接处的直径；

d₂为热挤压成形后管道坯料上管嘴的直径；

d₃为热挤压成形后管道坯料下管嘴的直径；

l₁为热挤压成形后管道坯料上管嘴的过渡圆角到管嘴端面的距离；

l₂为热挤压成形后管道坯料表面到上管嘴端面的距离；

l₃为热挤压成形后管道坯料下管嘴的过渡圆角到管嘴端面的距离；

l₄为热挤压成形后管道坯料表面到下管嘴端面的距离；

ΔL为初始坯料预热后其端面的氧化皮厚度。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，在本发明的描述中，术语“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因而不能理解为对本发明的限制。此外，术语“上”、“下”分别对应“左”、“右”，仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种双管嘴厚壁管道挤压制坯的挤压装置进行挤压制坯的方法，其特征在于：所用装置包括上顶杆(1)、下顶杆(8)、挤压筒(7)和浮动挤压筒外套(4)，该挤压装置安装在挤压机上，上顶杆(1)上端通过固定板固定于挤压机挤压轴上，下顶杆(8)下端通过固定板固定于挤压机下平台上，挤压筒(7)外面由浮动挤压筒外套(4)紧箍固定，浮动挤压筒外套(4)与挤压筒油缸(5)连接，挤压筒(7)内上部开有上管嘴孔(3)，挤压筒(7)内下部开有下管嘴孔(6)；

该方法包括如下步骤：

(一)将对开装置装配好后吊放到挤压机下平台上，由下平台运送到挤压机开口空间中；

(二)挤压筒油缸(5)带动浮动挤压筒外套(4)下行，并从外围箍紧挤压装置；

(三)紧箍好后，将挤压装置提升到靠近上平台处，开始加热挤压装置，并准备送入坯料(2)；

(四)坯料(2)加热完成后，吊送到下平台，并送入挤压机开口中；

(五)挤压筒油缸(5)带动浮动挤压筒外套(4)上行，直到挤压装置上表面与上顶杆(1)下表面接触；同时，下顶杆(8)推动坯料(2)到预定位置；

(六)挤压开始，挤压机主轴液压缸带动上顶杆(1)下行挤压坯料(2)；

(七)挤压筒油缸(5)带动浮动挤压筒外套(4)下行，走完预定行程后停止，上、下管嘴成形；

(八)浮动挤压筒外套(4)上行并松开挤压装置；

(九)下平台将挤压装置和挤压管坯同时送出；

(十)挤压装置拆卸并取出管坯；

所述挤压筒(7)上开有两个带有圆角的孔，挤压筒(7)沿孔分割成前后两部分，前挤压筒和后挤压筒均设计为阶梯状结构，利于拆卸取模；

所述挤压筒孔与上管嘴孔(3)的相贯线处设有圆角，挤压筒孔与下管嘴孔(6)的相贯线处也设有圆角。

2.根据权利要求1所述的双管嘴厚壁管道挤压制坯的挤压装置进行挤压制坯的方法，其特征在于：坯料(2)置于上顶杆(1)和下顶杆(8)之间。

3.根据权利要求1所述的双管嘴厚壁管道挤压制坯的挤压装置进行挤压制坯的方法，其特征在于：所述上顶杆(1)、下顶杆(8)、坯料(2)、挤压筒(7)的轴线重合，保证在同一条直线上。