CN108746244B - 一种带有管嘴的核电用主管道的挤压成型方法及主管道 - Google Patents

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    • B21C37/15Making tubes of special shape; Making tube fittings

Abstract

本发明涉及一种带有管嘴的核电用主管道的挤压成型方法,包括如下步骤:步骤1、准备挤压用设备;步骤2、制备预成型坯料;步骤3、制备空心管坯;利用接力冲子在预成型坯料的中心挤出中心孔,形成空心管坯,所述空心管坯包括管体和设置在所述管体上的实际管嘴和冗余管嘴,所述冗余管嘴与所述实际管嘴关于所述管体的轴线对称,所述实际管嘴包括实际斜管嘴和实际直管嘴,所述实际斜管嘴和所述实际斜管嘴连为一体结构;步骤4、制备锻件;步骤5、去除锻件上的冗余管嘴;采用工序简单,工序质量稳定,且能够减少电渣锭的重量,本发明还涉及一种带有管嘴的核电用主管道,其斜管嘴和直管嘴连为一体结构,能够提高模具制造的工艺可行性。

Description

一种带有管嘴的核电用主管道的挤压成型方法及主管道
技术领域
本发明涉及一种带有管嘴的核电用主管道的挤压成型方法及主管道,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。
申请号为201711125732.3的发明专利,公开了一种带有管嘴的核电用主管道的成形工艺,提出了挤压和锻拔的工艺方案,通过模具内挤压穿孔可以得到带有管嘴的一体化空心锻件,虽然在相当程度上减小电渣锭的吨位,但是穿孔前必须使用自由锻方式预成台阶型坯料,工艺流程长;另外,如控制不当,管嘴部位在后续火次易出现晶粒度长大等问题。
发明内容
本发明为解决核电用带有管嘴的核电用主管道成品率低,材料浪费严重的问题,提供一种新的带有管嘴的核电用主管道的挤压成型方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下:一种带有管嘴的核电用主管道的挤压成型方法,包括如下步骤:
步骤1、准备挤压用设备:准备主挤压模具、接续挤压装置和落料装置;
步骤2、制备预成型坯料;
将圆柱形坯料放入主挤压模具内,通过所述主挤压模具挤压成预成型坯料;
步骤3、制备空心管坯;
利用接力冲子在预成型坯料的中心挤压出中心孔,形成空心管坯,所述空心管坯包括管体和设置在所述管体上的管嘴,所述管嘴包括实际管嘴和冗余管嘴,所述冗余管嘴与所述实际管嘴关于所述管体的中心轴线对称,所述实际管嘴包括实际斜管嘴和实际直管嘴,所述实际斜管嘴和所述实际直管嘴连为一体结构;
步骤4、制备锻件;
对管嘴两侧的管体进行拔长,得到锻件;
步骤5、去除锻件上的冗余管嘴,采用气割的方式去除冗余管嘴。
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,步骤1中,主挤压模具包括两个可以开合的模具本体、模套和填充压头,两个所述模具本体闭合时,内部形成模腔,所述模腔与所述空心管坯的外轮廓相适配,所述模腔包括圆锥台形腔体和设置在所述圆锥台形腔体外侧的管嘴腔体,所述圆锥台形腔体与所述预成型坯料相适配;所述模套为环形件,且所述模套套在两个所述模具本体的外周,所述填充压头包括压头本体,所述压头本体的下端面设有第一定位锥台,所述压头本体的外轮廓与所述模腔的上开口相适配。
进一步,步骤1中,准备挤压用设备的具体方法如下:将主挤压模具,接续挤压装置、落料装置,沿水压机台面的行走方向依次摆放到位;其中,主挤压模具的模套中心线与水压机压力中心之间的定位应预先通过冷调保证同心。
进一步,所述模具本体的外轮廓设有锥度,所述模套可以为一个环形件,可以为堆垛在一起的多个环形件,模套内设有与所述模具本体相适配的内孔。
进一步,步骤2中,制备预成型坯料的具体方法如下:利用水压机的压杆压住填充压头,利用填充压头对圆柱形坯料进行挤压,直至圆柱形坯料将模腔中圆锥台形腔体的周向间隙充满,形成预成型坯料,所述预成型坯料的上端面形成第一定位锥孔,然后,将填充压头移走。
进一步,步骤3中,制备空心管坯的具体步骤如下:
1)采用主冲子和接力冲子对预成型坯料进行挤压,所述主冲子包括主冲子本体,所述主冲子本体的下端面设有与所述第一定位锥孔相适配的第二定位锥台,所述主冲子本体的上端面上设有第二定位锥孔,当主冲子挤压进主管道的中心后,将接力冲子装入,并进行挤压;所述接力冲子包括接力冲子本体,所述接力冲子本体的下端面上设有第三定位锥台,上端面设有第三定位锥孔,且所述第一定位锥台、第二定位锥台和第三定位锥台的尺寸一致,所述第一定位锥孔、第二定位锥孔和第三定位锥孔的尺寸一致;
首先将主冲子压紧所述预成型坯料上端面,第二定位锥台插入第一定位锥孔,利用水压机的压杆挤压主冲子,待主冲子进入坯预成型坯料后,移开压杆,在主冲子的上端安装第一个接力冲子,第三定位锥台插入第二定位锥孔,然后继续利用压杆进行挤压,直至主冲子的下端与管嘴腔体的下端相对应时,停止挤压,此时形成带管嘴的管坯;
2)将模具本体和形成带管嘴的管坯一起从模套中顶出,然后分开两个模具本体,并取出形成带管嘴的管坯,并保持主冲子和接力冲子不动;
3)将带管嘴的管坯放入接续挤压装置内,继续对接力冲子进行施力,在主冲子的下端面距离所述带管嘴的管坯的下端面的尺寸为1~20mm之间时,停止挤压,形成反挤压管坯。
4)取出步骤3)中的反挤压管坯,将其放入落料装置内,继续对接力冲子施力,直至得到通透的空心管坯。
进一步,所述接续挤压装置用于完成在管嘴部位模腔填充完成后的坯料挤压和穿孔,其结构为带有沉孔的圆台,沉孔的内径尺寸要比坯料的外径大20mm~50mm,以便于顺利放入坯料实施接力反挤压。
进一步,所述落料装置用于将接续挤压完成后的锻件的中心孔打通,以便于插入芯棒完成管嘴两侧余量的拔长作业。
进一步,在步骤4中,在拔长前,将空心管坯回炉加热,加热温度控制在1050~1100℃之间,在实际管嘴和冗余管嘴部位处包裹保温棉以保障在加热过程和保温过程中该处的温度不高于1050℃。
进一步,步骤4中,取出加热好的反挤压管坯,串入拔长芯棒,使用上平下V或上下圆弧砧对管嘴两侧的部位实施拔长。
进一步,还包括步骤6,在冷却后,采用机加工去除余量,得到实际制备的主管道。
进一步,所述主冲子本体的下端面焊接有镍基高温合金层,所述镍基高温合金层的厚度在6~10mm之间,所述主冲子本体的外径大于所述接力冲子本体的外径,所述主冲子本体的外径比所述接力冲子本体的外径大20~50mm。
本发明中挤压成型方法的有益效果是:
1)该管坯锻件采用对称设置管嘴的方式,及对称设置实际管嘴和冗余管嘴,成型后气割或机加工去除多余管嘴,能够保证在挤压过程中冲子不因偏载而走偏;
2)工艺简单,采用圆柱形坯料,免去了通过自由锻制作台阶型预制坯的过程,放入模具后经若干冲子的接力挤压,在成型中空管坯的同时,材料通过径向流动进入模腔,从而成型出管嘴;工序质量的稳定性可以获得大幅提升,减少废品率;
3)由于主冲子的工作面长时间与高温的锻件接触,在主冲子的工作面上堆焊8mm以上的镍基高温合金工作层,可以保证主冲子的可靠性。
4)主冲子本体的外径比接力冲子本体的外径大,能够防止挤压过程中坯料把接力冲子抱死。
5)能减少约45%的电渣锭重量;采用挤压+锻拔的方法成形,所需钢锭质量小,材料利用率高。
本发明还涉及一种带有管嘴的核电用主管道,包括主管道本体、斜管嘴和直管嘴,所述斜管嘴和所述直管嘴分别设置在所述主管道本体的外周,所述斜管嘴和所述直管嘴连为一体结构。
进一步,所述斜管嘴和所述直管嘴通过锻肉连接。
本发明中核电用主管道的有益效果是:斜管嘴和直管嘴连为一体结构,制作工艺简单,且能够提高模具制造的工艺可行性。
附图说明
图1为本发明华龙一号主管道的现有结构示意图;
图2为本发明华龙一号主管道锻件的结构示意图;
图3为图2的右视图;
图4为本发明中主挤压模具的结构示意图;
图5为本发明中准备压入填充压头时的状态示意图;
图6为本发明中制备预成型坯料时的状态示意图;
图7为本发明中管嘴成型时的状态示意图;
图8为本发明中放入接续挤压装置时的状态示意图;
图9为本发明中在接续挤压装置内挤压到位时的状态示意图;
图10为本发明中落料时的状态示意图;
图11为本发明中主冲子的结构示意图;
附图说明记录如下:1、管体,2、实际直管嘴,2-1、第一实际直管嘴,2-2、第二实际直管嘴,3、实际斜管嘴,4、冗余斜管嘴,5-1、第一冗余直管嘴,5-2、第二冗余直管嘴,6、填充压头,6-1、压头本体,6-2、第一定位锥台,7、预成型坯料,8、模套,9、模具本体,10、主冲子,10-1、第二定位锥台,10-2、第二定位锥孔,11、接力冲子,12、接续挤压装置,13、落料装置,14、第一定位锥孔。
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。
以华龙一号热锻主管道为例进行说明,如图1所示,该主管道包括主管道本体1和设置在所述主管道本体1上的管嘴,所述管嘴包括两个垂直于主管道本体1轴线的直管嘴2,华龙一号的两个直管嘴的尺寸不同,分别记为第一直管嘴和第二直管嘴,以及一个与主管道本体1轴线呈45°的斜管嘴3。
一种带有管嘴的核电用主管道的挤压成型方法,包括如下步骤:
步骤1、准备主挤压模具、接续挤压装置12和落料装置13,由于主挤压,接续挤压和落料需要在一个锻造火次内依次完成,拉炉门取料实施挤压之前,这三套模具应沿水压机台面的行走方向依次摆放到位。
步骤2、制备预成型坯料7;
如图4所示,将圆柱形坯料放入主挤压模具内,主挤压模具包括两个可以开合的模具本体9、模套8和填充压头6,两个所述模具本体9闭合时,内部形成模腔,所述模腔与后续制备的空心管坯的外轮廓相适配,所述模腔包括圆锥台形腔体和设置在所述圆锥台形腔体外侧的管嘴腔体,所述圆台形腔体与所述预成型坯料7相适配;所述模套8为环形件,所述模套8可以为多个,且所述模套8套在两个所述模具本体9的外周,所述填充压头6包括压头本体6-1,所述压头本体6-1的下端面设有第一定位锥台6-2,所述压头本体6-1的外轮廓与所述模腔的上开口相适配;主挤压模具的模套中心线与水压机压杆之间的定位预先通过冷调保证同心;
准备好填充压头,并利用水压机的压杆压入填充压头6,并向下施力,如图5和图6所示,直至圆柱形坯料周向的间隙被填充满为止,即将圆锥台形腔体与所述圆柱形坯料之间的周向间隙填充满,形成预成型坯料7,预成型坯料7的上端面形成第一定位锥孔14,并将填充压头移走,如图6所示;
步骤3、制备空心管坯;
利用主冲子10和接力冲子11在预成型坯料7的中心挤压出中心孔,形成空心管坯,所述空心管坯包括管体和设置在所述管体上的所述管嘴;具体步骤如下:
1)在预成型坯料的上端面上抛洒润滑粉,例如玻璃或其它无机高温润滑材料,然后采用主冲子10和接力冲子11对坯料进行挤压;
所述主冲子10的结构,如图11所示,所述主冲子10包括主冲子本体,所述主冲子本体的下端面设有与所述第一定位锥孔14相适配的第二定位锥台10-1,所述主冲子本体的上端面上设有第二定位锥孔10-2,当主冲子挤压进主管道的中心后,将接力冲子11装入,并进行挤压;所述接力冲子11包括接力冲子本体,所述接力冲子本体的下端面上设有第三定位锥台,上端面设有第三定位锥孔,且所述第一定位锥台、第二定位锥台和第三定位锥台的尺寸一致,所述第一定位锥孔、第二定位锥孔和第三定位锥孔的尺寸一致;
所述主冲子本体的下端面焊接有镍基高温合金层,所述镍基高温合金层的厚度在6-10mm之间,所述主冲子本体的外径大于所述接力冲子本体的外径;
首先将主冲子压紧所述预成型坯料7的上端面,第二定位锥台10-1插入第一定位锥孔14,利用水压机的压杆挤压主冲子,待主冲子进入坯料后,移开压杆,在主冲子的上端安装第一个接力冲子11,第三定位锥台插入第二定位锥孔10-2,然后继续利用压杆进行挤压,直至主冲子的下端与管嘴腔体的下端相对应时,停止挤压,此时形成带管嘴的管坯,所述管嘴包括实际管嘴和冗余管嘴,所述冗余管嘴与所述实际管嘴关于所述管体的中心轴线对称,所述实际管嘴包括两个实际直管嘴2和一个实际斜管嘴3,两个所述实际直管嘴,分别记为第一实际直管嘴2-1和第二实际直管嘴2-2;所述冗余管嘴包括一个与所述实际斜管嘴3对称设置的冗余斜管嘴4,以及两个冗余直管嘴,所述冗余直管嘴包括第一冗余直管嘴5-1和第二冗余直管嘴5-2,所述第一冗余直管嘴5-1和第二冗余直管嘴5-2分别与所述第一实际直管嘴2-1和第二实际直管2-2嘴关于所述圆柱体轴线对称,如图7所示;
2)将模具本体和带管嘴的管坯一起从模套中顶出,然后分开两个模具本体9,并取出带管嘴的管坯,并保持主冲子10和接力冲子11不动;
3)将坯料放入接续挤压装置12内,继续对接力冲子11进行施力,在主冲子的下端面距离所述带管嘴的管坯的下端面的尺寸为10mm左右时停止挤压,形成反挤压管坯,如图8和图9所示。
4)取出步骤3)中的反挤压管坯,将其放入落料装置13内,继续对接力冲子11施力,直至得到通透的空心管坯,如图10所示。
步骤4、对管嘴两侧的管体进行拔长,得到锻件,如图2和图3所示;
在拔长前,将空心管坯回炉加热,炉内温度加热至1050~1100℃之间,在实际管嘴和冗余管嘴部位包裹保温棉,以保障在加热过程中实际管嘴和冗余管嘴处的温度不高于1050度;
取出加热好的挤压管坯,串入拔长芯棒,使用上平下V或上下圆弧砧对管嘴两侧的部位实施拔长。
步骤5、去除冗余管嘴,采用气割的方式去除冗余管嘴。
步骤6、在冷却后,机加工去除余量,得到实际制备的主管道。
本发明还涉及一种带有管嘴的核电用主管道,包括主管道本体、斜管嘴和直管嘴,所述斜管嘴和所述直管嘴分别设置在所述主管道本体的外周,所述斜管嘴和所述直管嘴连为一体结构。
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 (8)

1.一种带有管嘴的核电用主管道的挤压成型方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤1、准备挤压用设备:准备主挤压模具、接续挤压装置和落料装置;
步骤2、制备预成型坯料;
将圆柱形坯料放入主挤压模具内,通过主挤压模具挤压成预成型坯料;
步骤3、制备空心管坯;
利用接力冲子在预成型坯料的中心挤压出中心孔,形成空心管坯,所述空心管坯包括管体和设置在所述管体上的管嘴,所述管嘴包括实际管嘴和冗余管嘴,所述冗余管嘴与所述实际管嘴关于所述管体的中心轴线对称,所述实际管嘴包括实际斜管嘴和实际直管嘴,所述实际斜管嘴和所述实际直管嘴连为一体结构;
步骤4、制备锻件;
对管嘴两侧的管体进行拔长,得到锻件;
步骤5、去除锻件上的冗余管嘴,采用气割的方式去除冗余管嘴。
2.根据权利要求1所述的带有管嘴的核电用主管道的挤压成型方法,其特征在于,步骤1中,主挤压模具包括两个可以开合的模具本体、模套和填充压头,两个所述模具本体闭合时,内部形成模腔,所述模腔与所述空心管坯的外轮廓相适配,所述模腔包括圆锥台形腔体和设置在所述圆锥台形腔体外侧的管嘴腔体,所述圆锥台形腔体与所述预成型坯料相适配;所述模套为环形件,且所述模套套在两个所述模具本体的外周,所述填充压头包括压头本体,所述压头本体的下端面设有第一定位锥台,所述压头本体的外轮廓与所述模腔的上开口相适配。
3.根据权利要求2所述的带有管嘴的核电用主管道的挤压成型方法,其特征在于,步骤1中,准备挤压用设备的具体方法如下:将主挤压模具,接续挤压装置、落料装置,沿水压机台面的行走方向依次摆放到位。
4.根据权利要求2所述的带有管嘴的核电用主管道的挤压成型方法,其特征在于,步骤2中,制备预成型坯料的具体方法如下:利用水压机的压杆压住填充压头,利用填充压头对圆柱形坯料进行挤压,直至圆柱形坯料将模腔中的圆锥台形腔体的周向间隙充满,形成预成型坯料,所述预成型坯料的上端面形成第一定位锥孔,然后,将填充压头移走。
5.根据权利要求4所述的带有管嘴的核电用主管道的挤压成型方法,其特征在于,步骤3中,具体包括如下步骤:
1)采用主冲子和接力冲子继续对预成型坯料进行挤压,所述主冲子包括主冲子本体,所述主冲子本体的下端面设有与所述第一定位锥孔相适配的第二定位锥台,所述主冲子本体的上端面上设有第二定位锥孔,当主冲子挤压进主管道的中心后,将接力冲子装入,并进行挤压;所述接力冲子包括接力冲子本体,所述接力冲子本体的下端面上设有第三定位锥台,上端面设有第三定位锥孔,且所述第一定位锥台、第二定位锥台和第三定位锥台的尺寸一致,所述第一定位锥孔、第二定位锥孔和第三定位锥孔的尺寸一致;
首先将主冲子压紧所述预成型坯料上端面,第二定位锥台插入第一定位锥孔,利用水压机的压杆挤压主冲子,待主冲子进入预成型坯料后,移开压杆,在主冲子的上端安装第一个接力冲子,第三定位锥台插入第二定位锥孔,然后继续利用压杆进行挤压,直至主冲子的下端与管嘴腔体的下端相对应时,停止挤压,形成带管嘴的管坯;
2)将模具本体和带管嘴的管坯一起从模套中顶出,然后分开两个模具本体,并取出带管嘴的管坯,并保持主冲子和接力冲子不动;
3)将带管嘴的管坯放入接续挤压装置内,继续对接力冲子进行施力,在主冲子的下端面距离所述带管嘴的管坯的下端面的尺寸为1~20mm之间时,停止挤压,形成反挤压管坯;
4)取出步骤3)中的反挤压管坯,将其放入落料装置内,继续对接力冲子施力,直至得到通透的空心管坯。
6.根据权利要求5所述的带有管嘴的核电用主管道的挤压成型方法,其特征在于,步骤4中,在拔长前,将空心管坯回炉加热,加热时,炉温控制在1050~1100℃之间,在实际管嘴和冗余管嘴部位包裹保温棉。
7.根据权利要求6所述的带有管嘴的核电用主管道的挤压成型方法,其特征在于,步骤4中,取出加热好的空心管坯,串入拔长芯棒,使用上平下V或上下圆弧砧对管嘴两侧的部位实施拔长。
8.根据权利要求5所述的带有管嘴的核电用主管道的挤压成型方法,其特征在于,所述主冲子本体的下端面焊接有镍基高温合金层,所述镍基高温合金层的厚度在6-10mm之间,所述主冲子本体的外径大于所述接力冲子本体的外径。
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