CN107442730B - 核电蒸发器封头整体成型冲头 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种核电蒸发器封头整体成型冲头，包括冲头体，所述冲头体由冲头成型段和冲头顶冠构成，冲头顶冠位于冲头成型段的下端，冲头成型段的母线为渐开线，该渐开线母线的成型渐开线基圆圆心位于冲头体的冲头体底面上，且冲头体底面半径等于成型渐开线基圆半径；冲头顶冠为圆球冠，该圆球冠所在圆球半径等于成型渐开线基圆的半径。所述冲头成型段的成型渐开线基圆半径为R，该成型渐开线基圆的圆心与冲头顶冠所在圆球球心距离为a=（1/3‑1/2）R。该整体成型冲头不仅具有较高的冲压成型效率，而且能使锻件组织均匀密实、金属流线完整，封头显微组织和力学性能的均匀性。

Description

核电蒸发器封头整体成型冲头
技术领域
本发明涉及核电设施用大型结构件的冲压成型工具，尤其涉及能整体锻造核电核岛蒸汽发生器下封头坯件的冲头。
背景技术
蒸汽发生器下封头，在结构上包含主体球体、一回路冷却剂的出口和入口接管和两个人孔座，其管板直径可达7—8米，单个成品部件重量均在数十吨以上，属于大体积、大断面、复杂曲面、多孔异径的复杂核一级锻件，锻造难度非常大。由于复杂的结构形状，加之材料（SA508 Gr.3 Cl.2钢）自身淬透性的限制，必须统筹冶炼、锻造、热处理等各个生产环节，以获得均匀的微观组织和力学性能，进而达到既“控型”又“控性”的目的，以提高整体锻造下封头的可靠性和安全性。
现有蒸汽发生器下封头大都通过焊接的方法进行拼接制造的，尽管随着材料科学的发展，焊接材料的性能得到了很大的提高，焊接新工艺也层出不穷，但通过焊接而拼接的结构总是不能形成完整的金属流线，由于核电蒸汽发生器长期处于高温高压的恶劣运行环境中，且承受交变荷载和管道涡流所形成的压力突变，极易引起应力分布不匀和应力集中，容易产生疲劳、蠕变和损坏。而且这样焊接制造的方法，工艺复杂、焊接周期长，复杂应力区质量稳定性差，直接造成成品率低，制造成本高。本申请人率先在国内进行蒸汽发生器下封头整体冲压成型的试制生产，它是借助环形下砧和圆球冠状成型冲头在大吨位液压机上实现封头的整体锻造成型，虽然该整体冲压成型方法完成了封头的锻造成型，但在对整体锻件进行解剖试验分析时发现，整体锻件不同部件位力学性能和晶相组织均匀性不容易乐观。首先由于圆球冠状冲头各个冲压点上的曲率半径始终固定不变，而实际冲压过程中随着冲头的不断下冲，封头锻坯各个断面上的变形量是越来越大，即轴向变形量和径向变形量并不是固定不变的，而圆球冠冲头并不能适应这样的变化，这就使得封头各锻造断面上冲压变形梯度过大，导致锻件不同部位显微组织和力学性能的明显差异，使其整体锻造的封头锻件显微组织和力学性能均匀性变劣，影响封头产品的可靠性和安全性。再者圆球冠状冲头各处的冲压成型阻力方向都是指向球冠的球心位置，径向成型阻力和轴向成型阻力几乎相等，由于冲头中心线两侧的径向成型阻力大小相等方向相反，它不是形成液压机工作阻力的直接因素，而轴向成型阻力则必需由液压机来克服，因此圆球冠冲头的成型阻力较大，不仅增大了液压机的工作阻力，而且使得液压机的冲压工作效率变低。因此优化设计成型冲头是获得均匀组织和力学性能封头产品，并具有较高冲压效率的重要途径。
发明内容
针对现有技术所存在的上述不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种核电蒸发器封头整体成型冲头，不仅能有效提高封头显微组织和力学性能的均匀性，而且具有较高的冲压成型效率。
为了解决上述技术问题，本发明的一种核电蒸发器封头整体成型冲头，包括冲头体，所述冲头体由冲头成型段和冲头顶冠构成，冲头顶冠位于冲头成型段的下端，冲头成型段的母线为渐开线，该渐开线母线的成型渐开线基圆圆心位于冲头体的冲头体底面上，且冲头体底面半径等于成型渐开线基圆半径；冲头顶冠为圆球冠，该圆球冠所在圆球半径等于成型渐开线基圆的半径。
优选地，所述冲头体固定安装于冲头座上。
优选地，所述冲头座呈短圆管结构，在冲头座的中心位置设有冲头座孔。
优选地，所述冲头成型段的成型渐开线基圆半径为R，该成型渐开线基圆的圆心与冲头顶冠所在圆球球心距离为a =（1/3-1/2）R。
优选地，所述冲头体底面是半径为R的圆形面，冲头体底面半径与成型渐开线基圆的半径相等。
在本发明中，成型冲头的冲头体由冲头成型段和冲头顶冠构成，而冲头成型段的母线为渐开线，由于渐开线上任一点离基圆愈远，相应的曲率半径愈大，即成型冲头成型段越前端成型段柱面越平直，而离基圆愈近曲率半径愈小，成型柱面弯曲程度越大，这样冲压所引起的板坯变形量是随着冲压行程的变化而变化的，冲头前端至后端所对应的板坯变形量是逐渐变大，这正巧使得冲头前端对应的板坯变形量放缓，而越向冲头成型段柱面根端，所对应的板坯变量逐渐变大，使得封头板坯在各个断面上的变形梯度变小，变形量变得相对平缓，封头各断面间变量的均匀就保证了封头锻件不同部位显微组织和力学性能的均匀，有效地保证了封头产品的可靠性和安全性。又由于成型环砧内孔面的环砧成型面也采用渐开线曲线，该渐开线曲面与冲头成型段的渐开线柱面相互协调作用，使封头坯件的冲压变形量变得更加均匀平缓，确保了整个锻件力学性能的均匀性。还由于冲头成型段采用渐开线柱面，而渐开线上任一点的渐开线法线都是其基圆的切线，冲压成型力是沿着法线方向的，这就改变了冲头的冲压成型阻力方向，使冲压成型阻力的径向分量变大，而冲压成型阻力的轴向分量变小，轴向冲压成型阻力分量的变小，减小了液压机的工作负担，能有效提高液压机的工作效率；同时较小的轴向分量产生较大的径向分量，实现了“增力”效应，这样就使得冲压成型效率得以显著提高。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明核电蒸发器封头整体成型冲头作进一步说明。
图1是本发明核电蒸发器封头整体成型冲头一种具体实施方式的主剖视结构示意图；
图2是图1的俯视结构示意图。
图中， 1—冲头座、2—冲头座孔、3—成型渐开线基圆、4—冲头体、5—冲头成型段、6—冲头顶冠、7—渐开线发生线、8—冲头体底面。
具体实施方式
如图1、图2所示的核电蒸发器封头整体成型冲头，该整体成型冲头包括冲头体4和位于其上端的冲头座1构成，冲头体4固定连接于冲头座1上，冲头体4与冲头座1以台阶面相互固连，这样具有较高连接强度和定位性能。为了减少用料和自重，冲头座1呈短圆管结构，即在冲头座1的中心位置设有冲头座孔2。
冲头体4由冲头成型段5和冲头顶冠6构成，冲头顶冠6位于冲头成型段5的下端。冲头成型段5的表面形状为渐开线旋转曲面，其母线为渐开线，该渐开线母线的基圆为成型渐开线基圆3，成型渐开线基圆3的半径R，成型渐开线基圆3的圆心位于冲头体4的冲头体底面8上，冲头体底面8是半径为R的圆形面，冲头体底面8半径与成型渐开线基圆3的半径相等。图1中还包括冲头成型段5的渐开线母线发生线7。冲头顶冠6为一与冲头成型段5相接的圆球冠，该球冠所在圆球半径也等于成型渐开线基圆3的半径R。该成型渐开线基圆3的圆心距冲头顶冠6所在圆球冠球心距离a=1/3R，优选地a=（1/3-1/2）R区域进行选择确定。

Claims (4)

1.一种核电蒸发器封头整体成型冲头，包括冲头体(4)，其特征在于：所述冲头体(4)由冲头成型段(5)和冲头顶冠(6)构成，冲头顶冠(6)位于冲头成型段(5)的下端，冲头成型段(5)的母线为渐开线，该渐开线母线的成型渐开线基圆(3)圆心位于冲头体(4)的冲头体底面(8)上，且冲头体底面(8)半径等于成型渐开线基圆(3)半径；冲头顶冠(6)为圆球冠，该圆球冠所在圆球半径等于成型渐开线基圆(3)的半径。
2.根据权利要求1所述的核电蒸发器封头整体成型冲头，其特征在于：所述冲头体(4)固定安装于冲头座(1)上。
3.根据权利要求2所述的核电蒸发器封头整体成型冲头，其特征在于：所述冲头座(1)呈短圆管结构，在冲头座(1)的中心位置设有冲头座孔(2)。
4.根据权利要求1、2或3所述的核电蒸发器封头整体成型冲头，其特征在于：所述冲头成型段(5)的成型渐开线基圆(3)半径为R，该成型渐开线基圆(3)的圆心与冲头顶冠(6)所在圆球球心距离a＝(1/3-1/2)R。
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