CN109092922A - 一种大口径厚壁管铸挤复合成形模具型腔的设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大口径厚壁管铸挤复合成形模具型腔的设计方法，属于大口径厚壁管铸挤复合成形技术领域。本发明解决铸挤复合成形大口径厚壁管工艺中存在的成形件微观组织不均的技术问题。本发明的技术方案是：一种大口径厚壁管铸挤复合成形模具型腔的设计方法，其中：包括以下步骤：1)、确定挤压模型腔参数；2)、确定芯棒截面过渡位置，保证管件内外壁同时结束塑性变形；3)、确定芯棒过渡部分尺寸参数。本发明具有成本低、强度高、塑韧性好、生产效率高、管件内壁及整体性能优异等优点。

Description

一种大口径厚壁管铸挤复合成形模具型腔的设计方法

技术领域

本发明属于大口径厚壁管铸挤复合成形技术领域，特别是涉及一种大口径厚壁管铸挤复合成形模具型腔的设计方法。

背景技术

大口径厚壁无缝管是火电、核电、国防和船舶等行业的重要大型零部件。随着我国大型超临界火电机组、核电机组、石油化工、航空航天、船舶、高铁和军工等行业的快速发展，对大口径厚壁管的需求日益增加。

在使用传统热挤压模具生产铸挤复合成形大口径厚壁管时，由于管壁，特别是内壁，在成形过程中变形量小、管件内外壁金属流速差异大，所得成形管件难以满足火电机组、核电机组、船舶等领域对大口径厚壁管的性能要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种大口径厚壁管铸挤复合成形模具型腔的设计方法，解决铸挤复合成形大口径厚壁管工艺中存在的成形件微观组织不均的技术问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种大口径厚壁管铸挤复合成形模具型腔的设计方法，包括以下步骤：

1)、确定挤压模型腔参数，其中包括：挤压模锥面半角角度α、定径带长度h、挤压模锥面与定径带处过渡圆角半径R1、挤压模锥面与挤压筒壁过渡圆角半径R2；

其中所述挤压模锥面半角角度α的取值范围为：45～90°，所述挤压模锥面半角角度满足挤压力最小原则；所述定径带长度h的取值范围为钢管外径尺寸的8～12％；所述挤压模锥面与定径带处过渡圆角半径R1与挤压模锥面与挤压筒壁过渡圆角半径R2的和小于2/L，L为挤压模锥台面的母线长度；

2)、确定芯棒截面过渡位置，保证管件内外壁同时结束塑性变形；

3)、确定芯棒过渡部分尺寸参数，其中包括：芯棒小截面半径L1、芯棒大截面半径L、芯棒过渡圆角R3、芯棒过渡圆角R4、过渡锥面锥角角度α₁；

其中芯棒小截面半径与大截面半径之比L1/L的取值范围为：0.5～0.75；当L1/L在0.5～0.6范围内时，芯棒过渡圆角R3、R4的取值范围为挤压模锥面与定径带处过渡圆角半径R1的0.5～1倍，且R3≤R4≤1.2R3；当L1/L在0.6～0.75范围内时，芯棒过渡圆角R3、R4的取值范围为挤压模锥面与定径带处过渡圆角半径R1的0.25～0.5倍，且R3≤R4≤1.5R3；过渡锥面锥角角度α₁与挤压模锥面半角角度α相同。

本发明通过对挤压模型腔参数、芯棒截面过渡位置和芯棒过渡部分尺寸参数的确定，宏观上可降低挤压力峰值，并且成形后的管件更加平直；微观上可使得管件内部组织更加均匀紧密，有效降低晶粒粗大、疏松、气孔等缺陷出现几率。与现有技术相比，使用本发明所生产的管件具有成本低、强度高、塑韧性好、管件内壁及整体性能优异等优点。

附图说明

图1是传统热挤压模具的结构示意图；

图2是本发明的模具设计结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细描述。

实施例1

如图1和图2所示，图中包括挤压凹模1、坯料2、芯棒3、挤压筒4和凸模5，以成形管件尺寸φ720mm×100mm(壁厚)为例，一种大口径厚壁管铸挤复合成形模具型腔的设计方法，包括以下步骤：

1)、确定挤压模型腔参数，其中包括：挤压模锥面半角角度α为54°、定径带长度h为85mm、挤压模锥面与定径带处过渡圆角半径R1为150mm、挤压模锥面与挤压筒壁过渡圆角半径R2为160mm；

2)、确定芯棒截面过渡位置，保证管件内外壁同时结束塑性变形；

3)、确定芯棒过渡部分尺寸参数，其中包括：芯棒小截面半径与大截面半径之比L1/L为0.5、芯棒过渡圆角R3选取挤压模锥面与定径带处过渡圆角半径R1的0.9倍，即R3＝0.9R1＝135mm、芯棒过渡圆角R4选取挤压模锥面与定径带处过渡圆角半径R1的1倍，即R4＝R1＝150mm、过渡锥面锥角角度α₁为54°。

实施例2

如图1和图2所示，图中包括挤压凹模1、坯料2、芯棒3、挤压筒4和凸模5，以成形管件尺寸φ1067mm×52mm(壁厚)为例，一种大口径厚壁管铸挤复合成形模具型腔的设计方法，包括以下步骤：

1)、确定挤压模型腔参数，其中包括：挤压模锥面半角角度α为53°、定径带长度h为128mm、挤压模锥面与定径带处过渡圆角半径R1为160mm、挤压模锥面与挤压筒壁过渡圆角半径R2为160mm；

2)、确定芯棒截面过渡位置，保证管件内外壁同时结束塑性变形；

3)、确定芯棒过渡部分尺寸参数，其中包括：芯棒小截面半径与大截面半径之比L1/L为0.6、芯棒过渡圆角R3选取挤压模锥面与定径带处过渡圆角半径R1的0.5倍，即R3＝0.5R1＝80mm、芯棒过渡圆角R4选取挤压模锥面与定径带处过渡圆角半径R1的0.6倍，即R4＝0.6R1＝96mm、过渡锥面锥角角度α₁为53°。

实施例3

如图1和图2所示，图中包括挤压凹模1、坯料2、芯棒3、挤压筒4和凸模5，以成形管件尺寸φ1300mm×85mm(壁厚)为例，一种大口径厚壁管铸挤复合成形模具型腔的设计方法，包括以下步骤：

1)、确定挤压模型腔参数，其中包括：挤压模锥面半角角度α为55°、定径带长度h为140mm、挤压模锥面与定径带处过渡圆角半径R1为170mm、挤压模锥面与挤压筒壁过渡圆角半径R2为160mm；

2)、确定芯棒截面过渡位置，保证管件内外壁同时结束塑性变形；

3)、确定芯棒过渡部分尺寸参数，其中包括：芯棒小截面半径与大截面半径之比L1/L为0.75、芯棒过渡圆角R3选取挤压模锥面与定径带处过渡圆角半径R1的0.3倍，即R3＝0.3R1＝51mm、芯棒过渡圆角R4选取挤压模锥面与定径带处过渡圆角半径R1的0.4倍，即R4＝0.4R1＝68mm、过渡锥面锥角角度α₁为55°。

本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于前述的细节，而应在权利要求所限定的范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的变化和改型都应为权利要求所涵盖。

Claims (1)

1.一种大口径厚壁管铸挤复合成形模具型腔的设计方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)、确定挤压模型腔参数，其中包括：挤压模锥面半角角度α、定径带长度h、挤压模锥面与定径带处过渡圆角半径R1、挤压模锥面与挤压筒壁过渡圆角半径R2；

其中所述挤压模锥面半角角度α的取值范围为：45～90°，所述挤压模锥面半角角度满足挤压力最小原则；所述定径带长度h的取值范围为钢管外径尺寸的8～12％；所述挤压模锥面与定径带处过渡圆角半径R1与挤压模锥面与挤压筒壁过渡圆角半径R2的和小于2/L，L为挤压模锥台面的母线长度；

2)、确定芯棒截面过渡位置，保证管件内外壁同时结束塑性变形；

3)、确定芯棒过渡部分尺寸参数，其中包括：芯棒小截面半径L1、芯棒大截面半径L、芯棒过渡圆角R3、芯棒过渡圆角R4、过渡锥面锥角角度α₁；

其中芯棒小截面半径与大截面半径之比L1/L的取值范围为：0.5～0.75；当L1/L在0.5～0.6范围内时，芯棒过渡圆角R3、R4的取值范围为挤压模锥面与定径带处过渡圆角半径R1的0.5～1倍，且R3≤R4≤1.2R3；当L1/L在0.6～0.75范围内时，芯棒过渡圆角R3、R4的取值范围为挤压模锥面与定径带处过渡圆角半径R1的0.25～0.5倍，且R3≤R4≤1.5R3；过渡锥面锥角角度α₁与挤压模锥面半角角度α相同。