CN107052079B - 一种大口径厚壁短半径高温合金弯头的成型方法 - Google Patents
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Abstract
一种大口径厚壁短半径高温合金弯头的成型方法，包括：a)工装准备：中频感应加热圈准备；设置冷却水喷水孔；压制工装模具准备；b)坯料准备：选用无UT及PT缺陷的轧管；c)中频弯制：将管坯置于中频弯管工装，在标准范围内就低选择频率，进行推制；d)下料：按照目标产品背弧长度尺寸将推制完成的弯管锯切成弯头，清除两端毛刺；e)常温整形：弯头与模具的接触面上提前涂刷润滑剂，将弯头置放于下模中，装入内芯模，有序间隔布置内芯模，在四柱压机上压制合模，完成后，取出内芯模，完成大口径厚壁短半径高温合金弯头的成型。无需多套工装和多次压制，简化了成型工艺，降低了加工难度，避免模具失稳，提高弯制质量，适用于大口径厚壁短半径弯头成型。
Description
技术领域
本发明涉及大口径管道弯头成型工艺，尤其涉及一种大口径厚壁短半径高温合金弯头的成型方法。
背景技术
大口径厚壁短半径高温合金弯头因热变形温度高、变形温度区间窄、变形抗力大且材料导热慢等原因，无法采用短半径弯头制造中普遍采用的牛角芯头中频推制工艺。通常情况下，由于大口径厚壁短半径弯头变比大，采用多套工装、多次压制成型工艺，存在工装模具制造周期长、加工难度大、投资成本高，且模具容易失稳，芯模取出困难等问题，特别是在热压操作中，工装装配困难且耗时，安全隐患较大，因此其经济性、安全性及生产效率方面都不够理想，有迫切的工艺改进需求。
发明内容
本发明提供一种针对大口径厚壁短半径高温合金弯头的成型方法，以解决上述现有技术不足，无需多套工装和多次压制，简化了成型工艺，降低了加工难度，避免模具失稳，提高弯制质量，适用于大口径厚壁短半径弯头成型。
为了实现本发明的目的，拟采用以下技术：
一种大口径厚壁短半径高温合金弯头的成型方法，其特征在于，包括以下步骤：
a)工装准备：中频感应加热圈准备：加热圈的宽度尺寸为待加工管坯壁厚尺寸的1~3倍，加热圈的内径比待加工管坯外径的大15~20mm，安装于中频弯管工装上；设置冷却水喷水孔，直径Ø1～Ø1.5mm、间隔4～6mm，喷水孔的外弧侧角度55~60度、内弧侧角度45~55度；压制工装模具准备：外模采用钢铸件，由上模和下模构成，弯曲半径与管坯弯制目标一致，孔内径比待加工管坯外径大0.5~1mm；内芯模由30~40mm厚钢板加工而成，外径比待加工管坯内径小0.5~1mm；
b)坯料准备：选用无UT及PT缺陷的轧管，弯制前检查壁厚，将较厚的部分置于弯管外侧；
c)中频弯制：将管坯置于中频弯管工装，在标准范围内就低选择频率，以频率900~1300Hz、加热温度1100℃±10℃、推进速度8~15mm/min、冷却水压≥0.5Mpa、水温≤30℃，进行推制，推制成弯管；
d)下料：按照目标产品背弧长度尺寸将推制完成的弯管锯切成弯头，清除两端毛刺；
e)常温整形：弯头与模具的接触面上提前涂刷润滑剂，将弯头置放于下模中，装入内芯模，有序间隔布置内芯模，在四柱压机上压制合模，合模完成后，将内芯模逐片取出，完成大口径厚壁短半径高温合金弯头的成型。
进一步，所述上模和下模与待整形管坯的接触面，粗糙度≤12.5μm。
进一步，喷水孔外弧侧的角度为55度、内弧侧的角度为45度。
进一步，所述c)中频弯制步骤，中途不停机，一次推制完成。
进一步，所述成型步骤首先是中频弯管，再进行常温模具压制成型。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
解决了大口径厚壁短半径弯头在传统成型工艺中模具制造周期长、成本高的问题，以及模具在管材热态下难以快速准确放置到位、容易失稳的安全隐患问题；通过严格控制中频弯制的加热温度、推制速度和冷却参数确保减薄率，在保证弯头背弧全部置于下模内，并在良好的润滑状况下，实现常温变形时弯头轴向补偿，进一步以减小背弧减薄率，弯曲半径为1D时背弧减薄率可达12~15%，椭圆度小于1%，通过热处理后进行机械性能试验及金相检验，其结果均满足标准要求；同时该方法所用的芯模工装简单且易于取出，避免了材料的多次热加工，是一种经济、安全、高效的成型方法。
附图说明
图1为本发明外模结构示意图。
图2为图1中A-A视图。
图3为本发明内芯模结构示意图。
图4为图2中B-B视图。
图5为本发明中频弯制实施示意图。
图6为本发明常温整形实施示意图。
具体实施方式
下面结合附图，具体说明。
以目标产品：Ø355*35 1D 90度弯头；材质：Inconel 690；制造标准：GB12459-2009；管坯尺寸：Ø355*40；减薄率小于15%；椭圆度小于1%为例进行具体实施方式说明。
第一次实施：
a)工装准备：中频感应加热圈5准备：内径Ø370，宽度45mm，喷水孔Ø1.5mm、间隔6mm，喷水孔外弧侧度数55度、内弧侧45度；压制工装模具准备：外模1弯曲半径355mm，孔径Ø355mm，外模1由上模11和下模12构成，结构如图1~2所示；内芯模2外径274mm，内芯模2采用30mm厚钢板加工，内芯模2结构如图3~4所示；
b)坯料准备：选用无UT及PT缺陷的轧管，弯制前检查壁厚，将较厚的部分置于弯管外侧；
c)中频弯制：如图5所示，将管坯3置于中频弯管工装4并夹紧后，输入以下控制参数：频率1000Hz、加热温度1100℃、推进速度10mm/min、冷却水压0.5~0.6MPa、水温小于25℃。经设备检查一切正常后，启动中频开始加热，加热至管坯3感应区外部温度达到1100℃后将温度保持，检查管坯3内孔感应区温度，当温度到达1080℃后，启动推进电机按规定参数匀速推进，中途不停机，一次推制完成；
d)下料：切除夹头，按照背弧长840mm将推制完成的弯管锯切成弯头6，清除两端毛刺；
e)常温整形：如图6所示，弯头6与模具的接触面上提前涂刷润滑剂，将弯头6置放于下模12中，装入内芯模2，有序间隔布置内芯模2，在2000T四柱压机上压制合模，合模完成后，将内芯模2逐片取出，完成大口径厚壁短半径高温合金弯头6的成型。
验证结果：压后经检查，结构尺寸完全满足要求，背弧减薄率13%，椭圆度小于1%；热处理后进行机械性能试验及金相检验，其结果均满足标准要求。
第二次实施：
a)工装准备：中频感应加热圈5准备：内径Ø370，宽度45mm，喷水孔Ø1.5mm、间隔5mm，喷水孔外弧侧度数58度、内弧侧50度；压制工装模具准备：外模1弯曲半径355mm，孔径Ø355mm，外模1由上模11和下模12构成，结构如图1~2所示；内芯模2外径274mm，内芯模2采用35mm厚钢板加工，内芯模2结构如图3~4所示；
b)坯料准备：选用无UT及PT缺陷的轧管，弯制前检查壁厚，将较厚的部分置于弯管外侧；
c)中频弯制：如图5所示，将管坯3置于中频弯管工装4并夹紧后，输入以下控制参数：频率900Hz、加热温度1120℃、推进速度15mm/min、冷却水压0.5~0.6MPa、水温小于30℃。经设备检查一切正常后，启动中频开始加热，加热至管3坯感应区外部温度达到1120℃后将温度保持，检查管坯3内孔感应区温度，当温度到达1100℃后，启动推进电机按规定参数匀速推进，中途不停机，一次推制完成；
d)下料：切除夹头，按照背弧长840mm将推制完成的弯管锯切成弯头6，清除两端毛刺；
e)常温整形：如图6所示，弯头6与模具的接触面上提前涂刷润滑剂，将弯头6置放于下模12中，装入内芯模2，有序间隔布置内芯模2，在2000T四柱压机上压制合模，合模完成后，将内芯模2逐片取出，完成大口径厚壁短半径高温合金弯头6的成型。
验证结果：压后经检查，结构尺寸完全满足要求，背弧减薄率15%，椭圆度小于1%；热处理后进行机械性能试验及金相检验，其结果均满足标准要求。
第三次实施：
a)工装准备：中频感应加热圈5准备：内径Ø370，宽度45mm，喷水孔Ø1mm、间隔4mm，喷水孔外弧侧度数60度、内弧侧55度；压制工装模具准备：外模1弯曲半径355mm，孔径Ø355mm，外模1由上模11和下模12构成，结构如图1~2所示；内芯模2外径274mm，内芯模2采用40mm厚钢板加工，内芯模2结构如图3~4所示；
b)坯料准备：选用无UT及PT缺陷的轧管，弯制前检查壁厚，将较厚的部分置于弯管外侧；
c)中频弯制：如图5所示，将管坯3置于中频弯管工装4并夹紧后，输入以下控制参数：频率1300Hz、加热温度1080℃、推进速度8mm/min、冷却水压1MPa、水温小于20℃。经设备检查一切正常后，启动中频开始加热，加热至管坯3感应区外部温度达到1080℃后将温度保持，检查管坯3内孔感应区温度，当温度到达1060℃后，启动推进电机按规定参数匀速推进，中途不停机，一次推制完成；
d)下料：切除夹头，按照背弧长840mm将推制完成的弯管锯切成弯头6，清除两端毛刺；
e)常温整形：如图6所示，弯头6与模具的接触面上提前涂刷润滑剂，将弯头6置放于下模12中，装入内芯模2，有序间隔布置内芯模2，在2000T四柱压机上压制合模，合模完成后，将内芯模2逐片取出，完成大口径厚壁短半径高温合金弯头6的成型。
验证结果：压后经检查，结构尺寸完全满足要求，背弧减薄率12%，椭圆度小于1%；热处理后进行机械性能试验及金相检验，其结果均满足标准要求（见附表）。
成型后性能参数：
从三次试压结果分析，加热温度在1080℃~1120℃之间，依次选择8~15mm/min的推制速度，并保证水压在0.5~1MPa，水温不大于30度的情况下，均能弯制出合格的产品，对性能影响并不大，主要对生产效率有影响。在设备能力可行的情况下，可选择较高温度+较高速度的组合，以提高生产效率。
Claims (5)
1.一种大口径厚壁短半径高温合金弯头的成型方法，其特征在于，包括以下步骤：
a)工装准备：
中频感应加热圈准备：加热圈的宽度尺寸为待加工管坯壁厚尺寸的1~3倍，加热圈的内径比待加工管坯外径的大15~20mm，安装于中频弯管工装上；设置冷却水喷水孔，直径Ø1～Ø1.5mm、间隔4～6mm，喷水孔的外弧侧角度55~60度、内弧侧角度45~55度；
压制工装模具准备：外模采用铸钢件，由上模和下模构成，弯曲半径与管坯弯制目标一致，孔内径比待加工管坯外径大0.5~1mm；内芯模由30~40mm厚钢板加工而成，外径比待加工管坯内径小0.5mm；
b)坯料准备：
选用无UT及PT缺陷的轧管，弯制前检查壁厚，将较厚的部分置于弯管外侧；
c)中频弯制：
将管坯置于中频弯管工装中，在标准范围内就低选择频率，以频率900~1300Hz、加热温度1100℃±10℃、推进速度8~15mm/min、冷却水压≥0.5Mpa、水温≤30℃，进行推制，推制成弯管；
d)下料：
按照背弧长度尺寸将推制完成的弯管锯切成弯头，清除两端毛刺；
e)常温整形：
弯头与模具的接触面上提前涂刷润滑剂，将弯头置放于下模中，装入内芯模，有序间隔布置内芯模，在四柱压机上压制合模，合模完成后，将内芯模逐片取出，完成大口径厚壁短半径高温合金弯头的成型。
2.根据权利要求1所述的大口径厚壁短半径高温合金弯头的成型方法，其特征在于，所述外模和内芯模与管坯的接触面，粗糙度≤12.5μm。
3.根据权利要求1所述的大口径厚壁短半径高温合金弯头的成型方法，其特征在于，所述喷水孔外弧侧的角度为55度、内弧侧的角度为45度。
4.根据权利要求1所述的大口径厚壁短半径高温合金弯头的成型方法，其特征在于，所述推进速度10mm/min。
5.根据权利要求1所述的大口径厚壁短半径高温合金弯头的成型方法，其特征在于，所述c)中频弯制步骤，中途不停机，一次推制完成。
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