CN106670364A - 变截面薄壁不锈钢半球封头成形方法 - Google Patents

变截面薄壁不锈钢半球封头成形方法 Download PDF

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乔志洲
任勇
张灵芳
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    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
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    • B21J5/00—Methods for forging, hammering, or pressing; Special equipment or accessories therefor
    • B21J5/002—Hybrid process, e.g. forging following casting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B21K—MAKING FORGED OR PRESSED METAL PRODUCTS, e.g. HORSE-SHOES, RIVETS, BOLTS OR WHEELS
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    • B21K21/12—Shaping end portions of hollow articles

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

本发明公开了一种变截面薄壁不锈钢半球封头成形方法，包括以下步骤：步骤一、将电渣重熔不锈钢钢锭镦剥成等厚度截面的板坯并放置于圆形平台上；步骤二、将板坯通过碾压模具的旋转来碾压出中间凹坑，形成凹形截面板坯；步骤三、将所述凹形截面板坯锻件通过机床加工表面，去除锻件表面的氧化皮等缺陷，使表面光洁；步骤四、将机加工后的板坯加热至不超过1050℃，并保温；步骤五、将加热后仍然保持在1050℃左右的板坯凹面向上放置于所示的冲压下模上，将板坯与冲压下模对中心后，用专用上模冲压，一次冲压完成封头冲压成形。本发明解决了变截面不锈钢薄壁封头制造需要解决的关键问题。

Description

变截面薄壁不锈钢半球封头成形方法
技术领域
本发明涉及一种金属材料的成形方法，特别涉及一种变截面薄壁不锈钢半球封头成形方法。
背景技术
大型封头是现代能源和化工等工业用大型压力容器设备的组成部件，在工业生产中有极其广泛的应用，而且由于其应用的领域对环境和安全等有重大影响，因而对其质量有较高的要求；同时根据封头所处的工作环境的不同，其材质、性能以及制造方法等也不同。从材质方面来看，大型封头主要分为合金钢和不锈钢，其中合金钢类封头相对应用较为广泛，不锈钢封头相对较少，而且所需要成形的板坯较大。根据封头成形所用坯料来看，又可分为钢板和锻坯，从封头的制造方法来看，封头成形的方法主要分为三种：一、拼焊成形，二、旋压成形，三、冲压成形，实际生产中，主要利用前两种成形方式适用于壁厚较薄的、钢板制造的封头，而锻坯成形的封头主要用于壁厚相对较厚、性能和质量要求较高的封头。
在制造ACP1000流量分配组件封头时，由于其零件形状要求成形板坯为变截面，因此这使得封头不能采用钢板来成形，只能通过锻制特定的锻坯来完成封头的成形，而锻坯形状和尺寸的设计以及冲压成形的模具和工艺设计是变截面不锈钢薄壁封头制造需要解决的关键问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种封头成形方法来解决变截面不锈钢薄壁封头的制造难题。
为解决上述问题，本发明提供一种变截面薄壁不锈钢半球封头成形方法，包括以下步骤：
步骤一、将电渣重熔不锈钢钢锭镦剥成等厚度截面的板坯并放置于圆形平台上；
步骤二、将板坯通过碾压模具的旋转来碾压出中间凹坑，形成凹形截面板坯；
步骤三、将所述凹形截面板坯锻件通过机床加工表面，去除锻件表面的氧化皮等缺陷，使表面光洁；
步骤四、将机加工后的板坯加热至不超过1050℃，并保温；
步骤五、将加热后仍然保持在1050℃左右的板坯凹面向上放置于所示的冲压下模上，将板坯与冲压下模对中心后，用专用上模冲压，一次冲压完成封头冲压成形。
优选地，该方法用于制造ACP1000流量分配组件封头。
优选地，所述步骤二中的碾压模具的宽度要小于所述等厚度截面的板坯。
优选地，所述步骤二中的碾压模具每次旋转后有50mm-100mm厚度的搭接量，以避免碾压时坯料折叠。
优选地，所述步骤三中板坯锻件表面加工去除量小于等于20mm，加工该板坯锻件后的直径大于等于4000mm。
优选地，所述步骤五中，所述板坯与冲压下模对中心后，允许最大50mm的偏心差。
优选地，所述步骤五中，所述板坯的直径不超过冲压下模的外径100mm以上。
优选地，所述步骤五中，冲压下模的内侧偏角(A)要小于冲压后的封头后斜边的偏角(B)，其中下模的内侧偏角与冲压后的封头后斜边的偏角的角度差在5°～10°之间。
本方法首先通过钢锭的锻造以及专用工装通过旋转碾压的方式锻造出合理尺寸的变截面不锈钢板坯，通过合理设计锻造加热温度和控制锻造工艺方式来确保板坯的锻造质量；之后将变截面不锈钢板坯适当机加工，使表面光洁后，通过成形模具来完成薄壁封头的冲压成形，在冲压成形过程中要适当控制加热温度以确保最终成形后锻件的内部组织稳定、晶粒度均匀以满足锻件技术要求。
附图说明
图1为本发明的变截面薄壁不锈钢半球封头成形方法中等厚度截面的板坯示意图；
图2为本发明的变截面薄壁不锈钢半球封头成形方法中冲压板坯碾压上模；
图3为本发明的变截面薄壁不锈钢半球封头成形方法中冲压板坯锻件截面图；
图4为本发明的变截面薄壁不锈钢半球封头成形方法中冲压板坯机加工截面图；
图5为本发明的变截面薄壁不锈钢半球封头成形方法中封头冲压下模；
图6为本发明的变截面薄壁不锈钢半球封头成形方法中封头冲压上模；
图7为本发明的变截面薄壁不锈钢半球封头成形方法中本发明薄壁不锈钢半球形封头锻件截面图。
具体实施方式
本申请的变截面不锈钢薄壁半球形封头的成形方法主要用于制造ACP1000流量分配组件封头，包括以下步骤：
步骤一、将电渣重熔不锈钢钢锭镦剥成等厚度截面的板坯并放置于圆形平台上，如图1所示。
采用电渣重熔的不锈钢钢锭作为原材料，其主要目的是提纯金属并获得洁净组织均匀致密的钢锭。经电渣重熔的钢，纯度高、含硫低、非金属夹杂物少、钢锭表面光滑、洁净均匀致密、金相组织和化学成分均匀，同时，电渣钢的铸态机械性能可达到或超过同钢种锻件的指标。
步骤二、将图1的板坯通过图2模具的旋转来碾压出中间凹坑；形成如图3所示的凹形截面板坯，图2所示碾压上模为压制凹形截面板坯专用工装，其宽度A要小于板坯旋转碾压前等厚度截面板坯的直径D。用如图2所示的砧子在旋转碾压成形图3的板坯时，如图2的上模每次旋转后要有50mm-100mm厚度的搭接量，以避免碾压时坯料折叠。
步骤三、将图3的锻件板坯通过机床加工表面，去除锻件表面的氧化铁皮等缺陷，使表面光洁，图3的锻件板坯锻造后需要机加工表面，使表面光洁，形成如图4所示的形状和尺寸，表面加工去除量小于等于20mm，加工后的直径大于等于4000mm。
通过机床加工后，可以去除在锻造生产过程中形成的氧化皮和裂纹、折纹、毛刺等其他表面缺陷，有利于提高锻件的表面质量。
步骤四、如图4加工后的板坯加热至不超过1050℃，并保温；
这个温度即可以保证后边冲压成形时板坯具有较好的变形塑性，也可以确保锻件成形后组织均匀稳定、避免晶粒粗大。
步骤五、将加热后仍然保持在1050℃左右的板坯凹面向上放置于图5所示的冲压下模上，将图4的板坯与图5的下模对中心后，用图6所示上模冲压，一次冲压完成封头冲压成形。在板坯与下模对中心后，允许最大50mm的偏心差。在加工大型零部件中，偏心是不可避免的，经计算，只要在50mm的偏心差的范围内，是对于最终的封头的质量和效果影响最小，其材质和性能也可以达到预计效果。
图3冲压板坯的直径不超过图5冲压下模的外径100mm以上；图5冲压下模的内侧偏角B要小于图7封头冲压后斜边的偏角A，其中A与B的角度差应该在5°～10°之间；该种工艺可以使成型效果最理想，确保锻件冲压后符合尺寸要求，避免锻件变形回弹造成尺寸不合。
上模直接冲压坯料，仅压下一次即可完成锻造成形，操作简单，时间较短，效率非常高。
最终产品如图7所示，其开口直径大于等于3000mm，高度大于等于1200mm，封头壁厚最薄处为150mm。
本发明以自由锻加模具相结合的方式完成变截面不锈钢半球形封头的成形，成形后的封头壁厚最薄处约为150mm，该方法通过部分模具的使用和成形坯料的合理设计有效的降低了锻件材料用量，显著提高零件的材料利用率，对设备和工装的要求较简单，而且模具相对具有广泛的通用性；同时，本方法采用了优化的板坯和锻件设计，在制造过程中的机加工量较小，这既降低了产品成本，也会有效缩短产品加工周期，大大提高了工作效率；最后，由于冲压板坯采用凹形截面的特殊设计，该方法可以改善板坯冲压成形时的偏心问题。
以上仅为本申请的优选实施例，并不用于限定本申请。对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种变截面薄壁不锈钢半球封头成形方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、将电渣重熔不锈钢钢锭镦剥成等厚度截面的板坯并放置于圆形平台上；
步骤二、将板坯通过碾压模具的旋转来碾压出中间凹坑，形成凹形截面板坯；
步骤三、将所述凹形截面板坯锻件通过机床加工表面，去除锻件表面的氧化皮等缺陷，使表面光洁；
步骤四、将机加工后的板坯加热至不超过1050℃，并保温；
步骤五、将加热后仍然保持在1050℃左右的板坯凹面向上放置于所示的冲压下模上，将板坯与冲压下模对中心后，用专用上模冲压，一次冲压完成封头冲压成形。
2.如权利要求1所述的变截面薄壁不锈钢半球封头成形方法，其特征在于，该方法用于制造ACP1000流量分配组件封头。
3.如权利要求2所述的变截面薄壁不锈钢半球封头成形方法，其特征在于，所述步骤二中的碾压模具的宽度要小于所述等厚度截面板坯的直径。
4.如权利要求3所述的变截面薄壁不锈钢半球封头成形方法，其特征在于，所述步骤二中的碾压模具每次旋转后有50mm-100mm厚度的搭接量，以避免碾压时坯料折叠。
5.如权利要求4所述的变截面薄壁不锈钢半球封头成形方法，其特征在于，所述步骤三中板坯锻件表面加工去除量小于等于20mm，加工该板坯锻件后的直径大于等于4000mm。
6.如权利要求4所述的变截面薄壁不锈钢半球封头成形方法，其特征在于，所述步骤五中，所述板坯与冲压下模对中心后，允许最大50mm的偏心差。
7.如权利要求4所述的变截面薄壁不锈钢半球封头成形方法，其特征在于，所述步骤五中，所述板坯的直径不超过冲压下模的外径100mm以上。
8.如权利要求4-7中之一所述的变截面薄壁不锈钢半球封头成形方法，其特征在于，所述步骤五中，冲压下模的内侧偏角(A)要小于冲压后的封头后斜边的偏角(B)，其中下模的内侧偏角与冲压后的封头后斜边的偏角的角度差在5°～10°之间。
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