CN107900134A - 一种带有管嘴的主管道成形工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带有管嘴的主管道成形工艺，包括依次经过钢锭的镦粗拔长主变形，该过程将钢锭加工为扁方的坯料；挤压坯料的预成型，将坯料分段成形，形成中间为台阶状且两端成圆柱的主管道坯料；挤压穿孔，是将主管道坯料利用冲子冲孔的方式成形出中心孔，制成主管道粗坯；主管道拔长，将主管道粗坯的两端进行拔长，制成主管道的主体；管嘴气割气刨成形，将主管道上已经加工出的台阶，采用气割或气刨方法加工出管嘴的外形结构。本发明不需要大型的挤压设备就能够实现带有管嘴主管道的成形方案，可以有效的节约材料，提高材料利用率。

Description

一种带有管嘴的主管道成形工艺

技术领域

本发明涉及一种带有管嘴的主管道的成形工艺，属于金属成形技术领域。

背景技术

冷段主管道作为核电一回路的关键重点设备之一，在核电系统的安全性上是难以忽视的重要组成部分，其设计突出点有两点：一是用锻件代替两代半铸件主管道；二是管嘴与管道主体之间的相贯部分不能有焊缝。而且核电用冷段主管道往往带有2-3个管嘴，锻件的形状复杂，生产难度大。目前，各供货厂家都按照复杂轴类件的模式热锻制得实心锻坯，通过机械加工去除心部后再进行弯制。该技术路线比较成熟，但往往要求使用很大的电渣重熔钢锭来进行热锻成型，钢锭利用率很低，且机械加工工作量大、周期长。而采用直接挤压成型的工艺方法，需要的大型挤压机又不是一般的生产企业都具备条件的。在现有技术中，多为先镦粗冲孔制得空心坯，再分段拔长，之后再通过局部变形制得管嘴，由于在成形管嘴时主管道内孔极易变形超差，采用了内孔喷水冷却的补救措施，但是其现场操作难度较大，可靠性较低。

发明内容

本发明为解决核电用带有管嘴的主管道成品率低，材料浪费严重的问题，提供一种新的带有管嘴的主管道的成形工艺。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种带有管嘴的主管道的成形工艺，其特殊之处在于，包括依次经过钢锭的镦粗拔长主变形、挤压坯料的预成型、挤压穿孔、主管道拔长和管嘴气割气刨成形：

所述的钢锭的镦粗拔长主变形为：将钢锭进行镦粗和拔长处理后，将钢锭加工为扁方的坯料；

所述的挤压坯料的预成型为，将扁方的坯料根据主管道上管嘴的位置分布将坯料分为多段，将坯料两端部的两段通过拔长锻造为用于成形主管道的圆柱，将中间的各段根据相应位置的管嘴高度锻造成相应高度的台阶；

所述的挤压穿孔为，将经过预成型后的主管道坯料放入冲压模具中，利用冲子冲孔的方式挤压出出主管道的中心孔，形成主管道粗坯；

所述的主管道拔长为，将主管道粗坯的两端进行拔长，制成主管道的主体，拔长前将主管道粗坯上的两端拔长部分加热到1050℃-1100℃；

所述的管嘴气割气刨成形，将主管道上已经锻造出的台阶，采用气割或气刨方法加工出管嘴的外形结构。

在上述技术方案的基础上，为了能够更好的实施本发明的技术方案，对上述技术方案中的部分步骤进行细化以及补充：

进一步，所述的挤压穿孔过程中，采用接力冲子挤压的方式加工，在主管道坯料一端的端面上焊接定位块后安装到挤压模具中，选用的冲子为接力冲子，每个冲子的前端面上有一个凹槽，冲子的后端面上有一个凸起的定位块；加工过程中，将第一个冲子的通过前端的凹槽与焊接在主管道坯料上的定位块定位拼接，然后进行挤压，当第一个冲子挤压进主管道的中心后，将第二个冲子安装到第一个冲子的后端继续挤压，以此类推，直到得到中空的主管道。

进一步，所述的挤压模具下端的模具内径大于安装在其中的主管道坯料的圆柱的直径。

进一步，所述的挤压坯料的预成型过程中，所述的多段，至少为3段。

进一步，所述的钢锭的镦粗拔长主变形中，采用电渣重熔钢锭，在电渣重熔钢锭冒口端以钢锭端部的料制作钳把。

进一步，所述的第一个接力冲子为复合结构，其头部材质为镍基高温合金,身部材质为普通模具钢，头部和身部之间用止口定位，并使用径向的止动螺钉锁定轴向的相互串动而成为一个整体，头部高度应大于冲子最大外径的1/3，在其下端设置有锥面。

附图说明

图1为带管嘴的主管道的结构及坯料分段结构示意图；

图2为为挤压模具结构示意图；

图3为带管嘴的主管道挤压穿孔示意图。

附图说明记录如下：小管嘴侧主管道01、小管嘴台阶03、大管嘴台阶04、大管嘴测主管道02、预成型结构0、上模1、中模2、下模3、漏盘4、冲子5。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

一种带有管嘴的主管道的成形工艺，包括依次经过钢锭的镦粗拔长主变形、挤压坯料的预成型、挤压穿孔、主管道拔长和管嘴气割气刨成形：

所述钢锭的镦粗拔长主变形为：将钢锭进行镦粗和拔长处理后，将钢锭加工为扁方的坯料；

所述的挤压坯料的预成型为：将扁方的坯料根据主管道上管嘴的位置分布，将坯料分为多段，将坯料两端部的两段通过拔长制得用于成形主管道的圆柱，将中间的各段根据相应位置的管嘴高度锻造成相应高度的台阶状的主管道坯料；本次拔长是将扁方的坯料两端做成圆柱状，中间成台阶状；

所述的挤压穿孔为，将经过预成型后的主管道坯料放入冲压模具中，利用冲子冲孔的方式挤压出主管道的中心孔，形成主管道粗坯；

所述的主管道拔长为:将主管道粗坯的两端进行拔长，制成主管道的主体，拔长前将主管道粗坯上的两端拔长部分加热到1050℃-1100℃；本次拔长主管道拔长出要求的标准；

所述的管嘴气割气刨成形：将主管道上已经加工出的台阶，采用气割或气刨方法加工出管嘴的外形结构。

在上述技术方案的基础上，本发明还对其中的部分步骤做出如下的细化以及补充：

进一步，所述的挤压穿孔过程中，采用接力冲子挤压的方式冲孔，在主管道坯料的一端的端面上焊接定位块后安装到挤压模具中，选用的冲子为接力冲子，每个冲子的前端面上有一个凹槽，冲子的后端面上有一个凸起的定位块；加工过程中，将第一个冲子的通过前端的凹槽与焊接在主管道坯料上的定位块定位拼接，然后进行挤压，当第一个冲子挤压进主管道的中心后，将第二个冲子安装到第一个冲子的后端继续挤压，多个接力冲子按照上述的方式连续挤压，直到得到中空的主管道。

进一步，所述的挤压模具的下端的模具的内径大于安装在其中的主管道坯料的圆柱的直径。

进一步，所述的挤压坯料的预成型过程中，所述的多段，至少为3段。

进一步，所述的钢锭的镦粗拔长主变形中，采用电渣重熔钢锭，在电渣重熔钢锭冒口端以钢锭端部的料制作钳把。

进一步，所述的第一个接力冲子为复合结构，其头部材质为镍基高温合金,身部材质为普通模具钢，头部和身部之间用止口定位，并使用径向的止动螺钉锁定轴向的相互串动而成为一个整体，头部高度应大于冲子最大外径的1/3，在其下端设置有锥面。

下面以一个具体的带有管嘴的主管道的成形过程来进一步的解释本发明的加工工艺：

现以生产一材料为X2CrNi 19.10钢的主管道，总长度约7500mm，主管道中心孔的内径758mm，且具有两个接管嘴，两个管嘴在主管道中心轴上不同的位置，且相互错位(如图1所示),大管嘴和小管嘴处于坯料中间的台阶结构内部，将钢锭坯料加工成中间带有台阶结构后，可以采用气割或者气刨的方式具体的管嘴结构。在成形过程中，冲孔使用的接力冲子的冲头直径为745mm。

实施方式如下：

第一步，钢锭的镦粗拔长主变形

使用直径1800毫米，高度3200毫米的电渣重熔钢锭(重量65吨)，在钢锭冒口端取200毫米锭身上料制得直径800毫米、长1000毫米的钳把,钳把处切除300毫米，保留700毫米用于后续夹持操作。

在水压机上首先利用漏盘将坯料镦粗至高度1800毫米，鼓肚直径约2600毫米，然后利用宽为1300毫米的上下平砧，将坯料拔长为长约2500毫米，宽约2000毫米，高约1520毫米的扁方坯料。

第二步，挤压坯料的预成型

在水压机上利用宽为850毫米的上下平砧和三角分料工具(在本具体的实施中，先将坯料分成四部分，每一部分用于加工主管道上的不同的结构，中间两部分，用于加工主管道上的大小管嘴，两端各为一部分，用于加工中间台阶两侧的主管道(参见图1))，在分料后对两端部分拔长使两端成圆柱形，在两端圆柱处各切除200毫米余量(钳把随钳把端切除量一并切除)，制出图3中预成型结构0所示形状的挤压坯料。

预成形挤压坯料设计说明：

为表达带有管嘴的主管道与锻件之间的关系，在图1中把具有代表性的带管嘴的主管道叠加锻件之中，将要在锻件中制成的管嘴以虚线的形式展示，即台阶结构内部的圆柱形状为要加工的管嘴。坯料分为小管嘴侧主管道01、小管嘴台阶03、大管嘴台阶04、大管嘴侧主管道02四个区域,为实心的台阶轴形状。01区的材料用于成形锻件在小管嘴外侧的部分，02区的材料用于成形锻件在大管嘴外侧的部分，03区的材料应能够完整包络圆周方向上分布的两个小管嘴，04区的材料可以包络大管嘴。所有区域都呈对称布置，目的是有效控制在反挤压时的偏载，特别是在水压机上使用接力冲子挤压时冲子容易走偏。

第三步，挤压穿孔

经过上述挤压坯料的预成型后，经过冷却，机械加工坯料两端的圆柱面和外端面，焊接好坯料上的冲子定位块。

利用挤压模具和接力冲子，对坯料实施接力反挤压操作。反挤压操作通过挤压工具和模具结，模具包括：上模1、中模2、下模3、漏盘4和冲子5；上模1和下模3具有圆柱形的中孔，中模2具有台阶形的腔室，漏盘4具有可供冲子穿过的中孔(参见图2和图3)。

组装到位时，坯料、模具和挤压工具示意如图2所示，坯料安装进模具后，上模1，用于成形小管嘴外侧的直管坯；中模2用于限制管嘴部分材料的流动和挤出中心的孔；下模3，用于成型大管嘴外侧的直管坯；漏盘4，其中心部有漏料孔，用于挤压结束时心部漏料以形成空心通透的管坯；冲子5实施挤压穿孔。冲子5主体的直径设计上应小于弯制管坯内孔的粗加工图尺寸10mm-20mm，小于10mm时容易造成管嘴处内径上缺肉，大于20mm时,材料浪费同时也增加了机械加工工时。上模和下模给材料变形留出的空间，冲子挤压通过后，这些区域将被材料填满，形成直管坯的管壁。下模的中孔与坯料之间的间隙大于上模的中孔与坯料之间的间隙，这是由于上模处的材料先变形，下模处的材料后变形，且要接收来自上部变形区流动过来的材料，后变形的区域应保留较大的空间以容纳材料的变形，否则，在增大变形抗力载荷的同时，太多的料通过漏盘漏料孔漏走而得不到有效利用。中模与坯料间留出的间隙为10mm-15mm,目的仅仅是为了放入坯料时操作上的方便。

当第一个接力冲子的头部离漏盘的上端面距离达到250mm时，取下漏盘，随后进行挤压，以保证形成空心通透的管坯。挤压结束后的坯料两端都留有锻造比约为2.7的芯棒拔长余量。

第四步，主管道拔长

将上述挤压加工后的坯料，取出后，利用上平砧、下V砧对坯料两端的直管段分别采用芯棒拔长的方式获得两端都留有长300mm切除余量的管坯。

挤压完成后的管坯分别在大小管嘴的外侧都预留了拔长余量，剩余锻比为2.5-3.0，剩余锻比小于2.5，则挤压管坯太高，给挤压操作带来困难，剩余锻比大于3.0，则空心拔长工作量大、拔长火次多。两端的拔长操作应尽可能地在一个火次内完成，该火次的加热温度应控制在1050℃-1100℃以内，并建议在加热前对不拔长的管嘴部位用陶瓷纤维保温棉被实施遮盖和捆绑，以保证这些不变形部位的温度控制在1050℃以内，以防止该部分因无锻比加热造成的晶粒粗化。加热保温时间按照管坯拔长部位内表面到温为准设计，到温后立即出炉，管坯中插入芯棒，使用上平、下V或上、下平砧进行拔长。

第五步，管嘴气割气刨成形

对于管嘴处的成型方式，采用气割、气刨手段去处小管嘴处的余肉，制得小管嘴。利用小压块对大管嘴部位实施30％变形量局部变形，使得该处变形后能够包容大管嘴处粗加工图要求的形状。

在本处管嘴处的后续处理:

如图1所示，本发明在挤压坯料设计上，在大管嘴处留有后续锻造余量，待管坯两端拔长到位后，在平台上利用小压块对大管嘴部位实施局部变形(变形量30％-40％)，使得该处变形后能够包容大管嘴处粗加工图要求的形状。这样的处理，不仅可以节约材料，也有利于保证大管嘴处的晶粒度要求。

小管嘴处余肉较多，大块的余肉可以利用气割、气刨去处。根据需要，也可以留出一定余量实施局部施压，以改善小管嘴处的晶粒度。

最后采用机械加工的方式制取符合主管道冷段粗加工图要求的弯制管坯。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，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 (6)

1.一种带有管嘴的主管道成形工艺，其特征在于，包括依次经过钢锭的镦粗拔长主变形、挤压坯料的预成型、挤压穿孔、主管道拔长和管嘴气割气刨成形：

所述钢锭的镦粗拔长主变形为，将钢锭进行镦粗和拔长处理后，将钢锭加工为扁方的坯料；

所述的挤压坯料的预成型为，将扁方的坯料根据主管道上管嘴的位置分布，将坯料分为多段，将坯料两端部的两段通过拔长制得用于成形主管道的圆柱，将中间的各段根据相应位置的管嘴高度锻造成相应高度台阶状的主管道坯料；

所述的挤压穿孔为，将经过预成型后的主管道坯料放入冲压模具中，利用冲子冲孔的方式挤压出主管道的中心孔，形成主管道粗坯；

所述的主管道拔长为，将主管道粗坯的两端进行拔长，制成主管道的主体，拔长前将主管道粗坯上的两端拔长部分加热到1050℃-1100℃；

所述的管嘴气割气刨成形，将主管道上已经加工出的台阶，采用气割或气刨方法加工出管嘴的外形结构。

2.根据权利要求1所述的带有管嘴的主管道成形工艺，其特征在于，所述的挤压穿孔过程中，采用接力冲子挤压的方式冲孔，在主管道坯料的一端端面上焊接定位块后安装到挤压模具中，选用的冲子为接力冲子，每个冲子的前端面上有一个凹槽，冲子的后端面上有一个凸起的定位块；加工过程中，将第一个冲子通过前端的凹槽与焊接在主管道坯料上的定位块定位拼接，然后进行挤压，当第一个冲子挤压进主管道的中心后，将第二个冲子安装到第一个冲子的后端继续挤压，多个接力冲子按照上述的方式连续挤压，直到得到中空的主管道。

3.根据权利要求2所述的带有管嘴的主管道的成形工艺，其特征在于，所述的挤压模具的下端的模具的内径大于安装在其中的主管道坯料的圆柱的直径。

4.根据权利要求3所述的带有管嘴的主管道的成形工艺，其特征在于，所述的挤压坯料的预成型过程中，所述的多段，至少为3段。

5.根据权利要求4所述的带有管嘴的主管道的成形工艺，其特征在于，所述的钢锭的镦粗拔长主变形中，采用电渣重熔钢锭，在电渣重熔钢锭冒口端以钢锭端部的料制作钳把。

6.根据权利要求5所述的带有管嘴的主管道成形工艺，其特征在于，所述的第一个接力冲子为复合结构，其头部材质为镍基高温合金,身部材质为普通模具钢，头部和身部之间用止口定位，并使用径向的止动螺钉锁定轴向的相互串动而成为一个整体，头部高度应大于冲子最大外径的1/3，在其下端设置有锥面。