CN110216233B - 一种厚壁无缝弯头的生产方法 - Google Patents

Abstract

一种厚壁无缝弯头的生产方法，如下步骤：下料：采用与弯头同规格的无缝钢管为母材切割坯料，坯料的两端面对称切割为角度为α的斜面；加热：将坯料加热至860‑1050℃；墩粗：将加热后的坯料置于斜料墩粗工装上，加压墩粗坯料，坯料在墩粗过程中外周长和壁厚尺寸增加，同时发生预弯；压扁：对墩粗后的坯料在垂直预弯中心平面的方向施力压扁；压型：将压扁的坯料置入弯头模具中，坯料在弯头模具中空心挤压成弯头。本发明可采用同规格无缝钢管为母材下料，材料利用率提高到0.85，相比现有的热压工艺可以节约原材料10％左右；本发明摒弃现有技术的多道挤压，改善简化了工艺过程，提高了生产效率，节约了原材料，经济效益明显。

Description

一种厚壁无缝弯头的生产方法

技术领域

本发明涉及一种弯头加工技术，特别是壁厚与直径之比≥0.08的厚壁无缝弯头的生产方法。

背景技术

弯头在管路系统是一种重要的部件目前，管路系统改变方向处多采用弯头焊接直管的方法来实现。目前，生产无缝弯头的方法主要有中频推扩和热压两种，受芯头材料和生产工艺的限制，壁厚与口径之比≥0.08的厚壁弯头，使用中频推扩就失去经济型和先进性，对于壁厚与口径之比≥0.1以上的的厚壁弯头，中频推扩工艺就彻底失去优势。所以生产壁厚与口径之比≥0.08的厚壁弯头一般采用热压工艺。现有的热压工艺生产口径之比≥0.08的厚壁弯头，需要采用大一级外径(公称)的坯料(如压制406的弯头需使用426的坯料)，先经过大一级的模具预弯，预弯过程还要使用芯模11和两端的爪子10，如图11所示；最后一道模压采用空心挤压整形，通过直径上的压缩，来保证坯料充满模具。上述方法存有材料利用率较低(小于0.78)，操作难度大(芯模等工装必须在管坯约1000℃时放入和取出)，生产效率低下等问题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种可提高材料利用率且简化加工过程的厚壁无缝弯头的生产方法，以及用于实施所述方法的斜料墩粗工装。

本发明所述问题是以下述技术方案实现的：

一种厚壁无缝弯头的生产方法，包括如下步骤：

a、下料：采用与弯头同规格的无缝钢管为母材切割坯料，坯料的两端面对称切割为角度为α的斜面，以坯料最长处尺寸的L为基准进行斜面切割，L＝(弯头外弧长度)*1.06；

b、加热：将坯料加热至860-1050℃；

c、墩粗：将加热后的坯料置于斜料墩粗工装上，加压墩粗坯料，坯料在墩粗过程中外周长和壁厚尺寸增加，同时发生预弯，墩粗压下量为(0.08-0.11)L；

d、压扁：对墩粗后的坯料在垂直预弯中心平面的方向施力压扁，至坯料截面的短轴长度等于坯料的原始直径；

e、压型：将压扁的坯料置入弯头模具中，坯料在弯头模具中空心挤压成弯头。

上述厚壁无缝弯头的生产方法，所述斜料墩粗工装由上下对称设置的墩粗上模和墩粗下模构成，墩粗上模连接压机的活动梁上压头，墩粗下模固定在压机的工作台上，所述墩粗上模设有倾斜的上模压板，上模压板相对水平方向的夹角为β，β大于α；上模压板上设有圆弧形的内弧限制模块和外弧限制模块，内弧限制模块的外弧面曲率半径R1≤母材内孔半径，外弧限制模块的内弧面曲率半径R2≥大于等于母材外圆半径，内弧限制模块弯凸方向对应上模压板的低端，外弧限制模块弯凸方向对应上模压板的高端；所述墩粗下模设有倾斜的下模压板，下模压板相对水平方向的夹角为β，下模压板上设有圆弧形的内弧限制模块和外弧限制模块，内弧限制模块弯凸方向对应下模压板的高端，外弧限制模块弯凸方向对应下模压板的低端，上模板上内弧限制模块、外弧限制模块的定位中心与下模板上内弧限制模块、外弧限制模块的定位中心同轴。

上述厚壁无缝弯头的生产方法，所述α角为20°，β＝α+(4-6)°。

上述厚壁无缝弯头的生产方法，内弧限制模块外弧面的定位尺寸A1按照下式确定：A1＝(D÷2-t)÷cosβ；外弧限制模块的内弧面的定位尺寸A2按照下式确定：A2＝(D÷2)÷cosβ，式中D为母材外径，t为母材壁厚。

上述厚壁无缝弯头的生产方法，内弧限制模块的弧长所对应的圆心角为120°，外弧限制模块的弧长所对应的圆心角为120°。

上述厚壁无缝弯头的生产方法，上模压板经连接筋板连接水平设置的上模安装板，下模压板经连接筋板连接水平设置的下模安装板。

本发明克服了现有技术的不足，可采用与成品弯头同直径的无缝钢管为坯料，通过斜坯料墩粗工序，使毛坯在直径和壁厚增加并同时产生预期的预弯效果，然后再经压扁处理后，空心压制成型。本发明可采用同规格无缝钢管为母材下料，材料利用率提高到0.85，相比现有的热压工艺可以节约原材料10％左右；本发明制作过程采用斜形端面下料、墩粗预弯处理、压扁以及在弯头模具中空心挤压等工序，摒弃现有技术的多道挤压、挤压需要借助于芯模和抓子的方法，改善简化了工艺过程，提高了生产效率，节约了原材料，经济效益明显。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1是斜坯料的示意图；

图2是坯料在斜料墩粗工装上墩粗前的示意图；

图3是坯料在斜料墩粗工装上墩粗后的示意图；

图4斜料墩粗工装的结构示意图；

图5是图4中墩粗上模的A向视图；

图6是图4中墩粗上模的B向视图；

图7是墩粗上模的立体图；

图8是坯料压扁的示意图；

图9是坯料空心压型的示意图；

图10是弯头产品件的示意图；

图11是现有技术压型的示意图。

图中各标号清单为：1、上模安装板，2、连接筋板，3、上模压板，4、下模压板，5、下模安装板，6、内弧限制模块，7、外弧限制模块，8、弯头模具上模，9、弯头模具下模，10、爪子，11、芯模。

具体实施方式

以下结合附图对本发明予以详述：

(1)、下料：参看图1，本发明采用与弯头同规格的无缝钢管为母材切割坯料，坯料的两端面对称切割为角度为α的斜面，试验表明α取20°是一个适于墩粗加工的角度。下料是以坯料最长处尺寸的L为基准进行斜面切割，L＝(成品弯头外弧长度)*1.06。

(2)、加热：切割好的坯料加热至860-1050℃；

(3)、墩粗：参看图2、图3，将加热后的坯料置于斜料墩粗工装上，加压墩粗坯料。在墩粗过程中坯料的短边处先受压变形，逐渐到全截面受压，随变形坯料的外周长和壁厚尺寸都会增加，同时坯料向长边方向发生预弯。墩粗压下量控制在(0.08-0.11)L。

(4)、压扁：参看图8，对墩粗后的坯料以垂直预弯中心平面的方向施力压扁，至坯料截面的短轴长度等于原坯料直径。压扁可以保证经模压空心挤压整形过程，通过直径上的压缩，产生动力带动弯头中段与模具外弧侧和弯头两端内弧侧与模具帖实，使坯料充满模具，进而保证最终的弯头所有截面上的形状满足图纸要求。

(5)、压型：参看图9，将压扁的坯料置入弯头模具下模9中居中放置，无需使用芯模和抓子，弯头模具上模8下压坯料，空心挤压即可形成如图10所示的弯头。压扁后的坯料若温度低于860℃时需要再次加热至860-1050℃再进行压型。

本发明重点改进体现在斜料墩粗工序，斜料墩粗工序要在特别设计的斜料墩粗工装上实施。参看图4-图7，所述斜料墩粗工装由上下对称设置的墩粗上模和墩粗下模构成，墩粗上模连接压机的活动梁上压头，墩粗下模固定在压机的工作台上。墩粗上模设有倾斜的上模压板3，上模压板相对水平方向的夹角为β，β要大于α，以保证在墩粗过程坯料短边处先受压变形。β与α关系为：β＝α+(4-6)°。上模压板上固定圆弧形的内弧限制模块6和外弧限制模块7，内弧限制模块的外弧面曲率半径R1≤母材内孔半径，外弧限制模块的内弧面曲率半径R2≥大于等于母材外圆半径。墩粗过程内弧限制模块限制坯料的内弧，内弧限制模块弯凸方向对应上模压板的低端；外弧限制模块限制坯料的外弧，外弧限制模块弯凸方向与内弧限制模块相反，对应上模压板的高端。墩粗下模设有倾斜的下模压板4，下模压板相对水平方向的夹角同为β，倾斜方向相反。下模压板上同样固定圆弧形的内弧限制模块6和外弧限制模块7，下模压板内弧限制模块弯凸方向对应下模压板的高端，外弧限制模块弯凸方向对应下模压板的低端。上模板上内弧限制模块、外弧限制模块的定位中心O点与下模板上内弧限制模块、外弧限制模块的定位中心同轴。如图6所示，确定定位中心O点，则内弧限制模块外弧面的定位尺寸A1按照下式确定：A1＝(D÷2-t)÷cosβ；外弧限制模块的内弧面的定位尺寸A2按照下式确定：A2＝(D÷2)÷cosβ，式中D为母材外径，t为母材壁厚。内弧限制模块的弧长所对应的圆心角为120°，外弧限制模块的弧长所对应的圆心角为120°。如图5、图7所示，上模压板3经三块连接筋板2连接水平设置的上模安装板1，下模压板4经三块连接筋板2连接水平设置的下模安装板5。

以下给出一个具体的实施例：

加工φ406×40 1D的90°弯头，取φ406×40无缝钢管为母材，按照端斜面α为20°切割坯料，L＝((弯头弯曲半径+弯头外径/2)*π/2+弯头直段长度)*1.06)＝((406+406/2)*π/2+25)*1.06＝1040mm。分别选用φ325×40钢管和φ508×50钢管制作圆心角为120°的内弧限制模块和外弧限制模块，内弧限制模块、外弧限制模块的边角需制作R10的园倒角。斜料墩粗工装的上模压板、下模压板的β取25°。内弧限制模块的定位尺寸A1＝(D÷2-t)÷cosβ＝179.85mm，外弧限制模块的定位尺寸A2＝(D÷2)÷cosβ＝223.98mm。将内弧限制模块、外弧限制模块按照定位尺寸安装到上模压板和下模压板上，位于上模压板的内弧限制模块、外弧限制模块与位于下模压板上的内弧限制模块、外弧限制模块的位置上下对应。加热坯料至950℃，将加热后的坯料置于斜料墩粗工装进行墩粗处理，墩粗压下量为85mm。墩粗后坯料最大外周长约为1356mm，最大壁厚在坯料中部内弧侧，尺寸为约为43-45mm。对墩粗后的坯料进行压扁处理。

Claims (5)

1.一种厚壁无缝弯头的生产方法，其特征在于：包括如下步骤：

a、下料：采用与弯头同规格的无缝钢管为母材切割坯料，坯料的两端面对称切割为角度为α的斜面，以坯料最长处尺寸的L为基准进行斜面切割，L＝(弯头外弧长度)*1.06；

b、加热：将坯料加热至860-1050℃；

c、墩粗：将加热后的坯料置于斜料墩粗工装上，加压墩粗坯料，坯料在墩粗过程中外周长和壁厚尺寸增加，同时发生预弯，墩粗压下量为(0.08-0.11)L；

d、压扁：对墩粗后的坯料在垂直预弯中心平面的方向施力压扁，至坯料截面的短轴长度等于坯料的原始直径；

e、压型：将压扁的坯料置入弯头模具中，坯料在弯头模具中空心挤压成弯头；

所述斜料墩粗工装由上下对称设置的墩粗上模和墩粗下模构成，墩粗上模连接压机的活动上梁压头，墩粗下模固定在压机的工作台上，所述墩粗上模设有倾斜的上模压板(3)，上模压板相对水平方向的夹角为β，β大于α；上模压板上设有圆弧形的内弧限制模块(6)和外弧限制模块(7)，内弧限制模块的外弧面曲率半径R1≤母材内孔半径，外弧限制模块的内弧面曲率半径R2≥大于等于母材外圆半径，内弧限制模块弯凸方向对应上模压板的低端，外弧限制模块弯凸方向对应上模压板的高端；所述墩粗下模设有倾斜的下模压板(4)，下模压板相对水平方向的夹角为β，下模压板上设有圆弧形的内弧限制模块(6)和外弧限制模块(7)，内弧限制模块弯凸方向对应下模压板的高端，外弧限制模块弯凸方向对应下模压板的低端，上模板上内弧限制模块、外弧限制模块的定位中心与下模板上内弧限制模块、外弧限制模块的定位中心同轴。

2.根据权利要求1所述的厚壁无缝弯头的生产方法，其特征在于：所述α角为20°，β＝α+(4-6)°。

3.根据权利要求2所述的厚壁无缝弯头的生产方法，其特征在于：内弧限制模块外弧面的定位尺寸A1按照下式确定：A1＝(D÷2-t)÷cosβ；外弧限制模块的内弧面的定位尺寸A2按照下式确定：A2＝(D÷2)÷cosβ，式中D为母材外径，t为母材壁厚。

4.根据权利要求3所述的厚壁无缝弯头的生产方法，其特征在于：内弧限制模块的弧长所对应的圆心角为120°，外弧限制模块的弧长所对应的圆心角为120°。

5.根据权利要求4所述的厚壁无缝弯头的生产方法，其特征在于：上模压板经连接筋板连接水平设置的上模安装板，下模压板经连接筋板连接水平设置的下模安装板。

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