CN111673022B

CN111673022B - 一种铜镍合金凸缘轧制成型方法

Info

Publication number: CN111673022B
Application number: CN202010564580.2A
Authority: CN
Inventors: 刘乐乐; 韩茂盛; 苑伟; 付利国; 张林林; 韩广
Original assignee: 725th Research Institute of CSIC
Current assignee: 725th Research Institute of CSIC
Priority date: 2020-06-19
Filing date: 2020-06-19
Publication date: 2022-06-10
Anticipated expiration: 2040-06-19
Also published as: CN111673022A

Abstract

本发明公开了一种铜镍合金凸缘轧制成型方法，所述铜镍合金凸缘包括小径段及位于小径段下方的大径段，其轧制成型方法包括如下步骤：下料、加热、锻造、胎模成型、一次回炉、冲孔、马架扩孔、二次回炉、轧制成型、机加工最终得到成品凸缘。采用本发明的轧制成型方法制备的小径段公称外径为DN600~DN900的铜镍合金凸缘产品达到了各项技术指标的要求，由于减少了机加工切削余量，提高了原材料的利用率70%以上，同时由于减少了机加工量，提高了生产效率，降低了生产成本。

Description

一种铜镍合金凸缘轧制成型方法

技术领域

本发明涉及金属材料加工工艺制造方法领域，具体的说是一种铜镍合金凸缘轧制成型方法。

背景技术

铜镍合金以其优良的耐海水腐蚀性能、抗海生物污损及其良好的冷热加工性能而广泛应用于各类船舶和海洋平台的海水管路系统中。各类船舶和海洋工程平台的海水管路系统是输送消防、冷却海水等的重要系统，其中凸缘产品是该类管路系统中重要的连接附件之一。

目前铜镍合金凸缘多采用棒材或厚壁管材坯料热挤压成型的生产工艺，受模具及液压设备能力限制，尺寸较大的(小径段公称外径为DN600～DN900)凸缘无法直接挤压成型，只能采用铸锭锻坯后，再用轧环机扩孔得到矩形截面的坯料，再通过机加工的形式获得成品凸缘，此加工工艺机加工切削量大，材料利用率低，以小径段公称外径为DN700的凸缘为例，所需的单件铸锭下料重量为378Kg，而成品重量为84Kg，材料利用率仅为22％左右。

因此，亟需寻找一种新的成型工艺以提高小径段公称外径为DN600～DN900的铜镍合金凸缘产品的材料利用率，降低生产成本。

发明内容

为了解决现有技术中的不足，本发明提供一种铜镍合金凸缘轧制成型方法，通过该方法能够制备出小径段公称外径为DN600～DN900mm的铜镍合金凸缘产品，且大大减少了机加工的切削加工量，提高了材料利用率，节约了生产成本。

为了实现上述目的，本发明采用的具体方案为：

一种铜镍合金凸缘轧制成型方法，一体成型的铜镍合金凸缘包括小径段及位于小径段下方的大径段，其轧制成型方法包括如下步骤：

步骤一、下料：计算坯料尺寸，用切割装置将选取的铜镍合金铸锭切割成直径D'为295～440mm、高度H'为180～250mm的圆柱体形的坯料；

步骤二、加热：将步骤一制得的坯料置于加热炉中，随炉升温至950～980℃并保温，保温时间t满足：t＝D′/120+1.0；

步骤三、锻造：采用空气锻锤将步骤二加热后的坯料沿轴向镦拔至少3次，并将坯料滚圆成高度与外径比值小于3的圆柱体锻坯，保证锻造比大于3；

步骤四、胎模成型：调整液压机，将上模固定在液压机压杆的下端，将胎模固定在液压机工作台上，所述胎模中部设有上大下小的台阶状模腔，将步骤三得到的圆柱体锻坯下部置于胎模中直径较大的上模腔内；控制上模下行对圆柱体锻坯进行压制成型，得到台阶状坯料；定义台阶状模腔中直径较大的上模腔的内径为D1、高度为H1，直径较小的下模腔的内径为D2、高度为H2，则D1＝D/3+(20～30)mm，H1＝h+(10～20)mm，D2＝Dw/3+(20～30)mm，H2＝H+(20～30)mm，其中，D为成品凸缘的大径段外径，h为成品凸缘的大径段高度，Dw为成品凸缘小径段的外径，H为小径段的高度；

步骤五、一次回炉：将步骤四得到的台阶状坯料置于加热炉中，加热至950～980℃并保温1～2h；

步骤六、冲孔：在步骤五加热后的台阶状坯料安装在钻床上，并在台阶状坯料的中心位置加工直径为150mm的中心孔；

步骤七、马架扩孔：将步骤六得到的带有中心孔的台阶状坯料置于马架上，利用空气锻锤将坯料的外径和内径均扩大一倍；

步骤八、二次回炉：将步骤七得到的坯料置于加热炉中，加热至950～980℃并保温0.5～1h；

步骤九、轧制成型：将步骤八回炉加热后的坯料套在轧环机上的芯辊上，轧环机的两个锥辊分别沿坯料的上下端面夹持坯料，碾压辊与芯辊相互配合进行坯料径向的轧制成型以得到凸缘毛坯；碾压辊上设有一圈台阶状凹槽，台阶状凹槽包括用于大径段成型的凹槽I和用于小径段成型的凹槽II，凹槽I的深度C1满足：C1＝(D-d)/2+(10～15)mm，高度H3满足H3＝h+(10～20)mm；凹槽II的深度C2满足：C2＝(Dw-d)/2+(10～15)mm，高度H4满足H4＝H+(20～30)mm，其中d为成品凸缘中心孔的直径；

步骤十、机加工：将步骤九得到的凸缘毛坯按照目标尺寸和表面粗糙度的要求进行机加工，得到成品凸缘。

进一步地，所述成品凸缘的小径段公称外径为DN600mm～DN900mm。

进一步地，步骤一中，坯料的重量M₁与成品凸缘的重量M₂之间满足：M₁＝(2～2.5)×M₂。

进一步地，步骤九中，所述轧环机为立式轧环机。

进一步地，所述碾压辊包括主辊以及固定在主辊外表面的轧环模具，所述轧环模具上设有台阶状凹槽，轧环模具的外径尺寸为700～1200mm。

有益效果：

采用本发明的轧制成型方法制备的小径段公称外径为DN600～DN900的铜镍合金凸缘产品达到了各项技术指标的要求，由于减少了机加工切削余量，提高了原材料的利用率70％以上，同时由于减少了机加工量，提高了生产效率，降低了生产成本。

附图说明

图1是本发明中铜镍合金凸缘产品的示意图；

图2是将坯料置于胎模中成型前的示意图；

图3是在胎模中成型台阶状坯料的示意图；

图4是台阶状坯料冲孔后的示意图；

图5是台阶状坯料扩孔后的示意图；

图6是扩孔后的台阶状坯料轧制成型示意图；

图7是轧制成型后得到的凸缘毛坯的示意图。

图示标记：1、上模，2、胎模，3、锥辊，4、芯辊，5、轧环模具，6、主辊。

具体实施方式

下面将结合具体实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

一种铜镍合金凸缘轧制成型方法，铜镍合金凸缘的小径段公称外径为DN600～DN900，请参考图1，成品凸缘包括小径段及位于小径段下方的大径段；成品凸缘的大径段外径为D，大径段的高度为h；小径段的外径为Dw，小径段的高度为H，中心孔的直径为d，其轧制成型方法包括如下步骤：

步骤二、加热：将步骤一制得的坯料置于加热炉中，随炉升温至950～980℃并保温，保温时间满足：t＝D′/120+1.0，(D'为坯料的直径，单位mm；t为保温时间，单位h)

步骤四、胎模成型：请参考图2和图3，调整液压机，将上模1固定在液压机压杆的下端，将胎模2固定在液压机工作台上，所述胎模2中部设有上大下小的台阶状模腔，将步骤三得到的圆柱体锻坯下部置于胎模2中直径较大的上模腔内；控制上模1下行对圆柱体锻坯进行压制成型，得到台阶状坯料；定义台阶状模腔中直径较大的上模腔的内径为D1、高度为H1，直径较小的下模腔的内径为D2、高度为H2，则D1＝D/3+(20～30)mm，H1＝h+(10～20)mm，D2＝Dw/3+(20～30)mm，H2＝H+(20～30)mm，其中，D为成品凸缘的大径段外径，h为成品凸缘的大径段高度，Dw为成品凸缘小径段的外径，H为小径段的高度；坯料的重量M₁与成品凸缘的重量M₂之间满足：M₁＝(2～2.5)×M₂；

步骤六、冲孔：请参考图4，在步骤五加热后的台阶状坯料安装在钻床上，并在台阶状坯料的中心位置加工直径为150mm的中心孔；

步骤七、马架扩孔：将步骤六得到的带有中心孔的台阶状坯料置于马架上，利用空气锻锤将坯料的外径和内径均扩大一倍，请参考图5；

步骤九、轧制成型：请参考图6和图7，将步骤八回炉加热后的坯料套在立式轧环机上的芯辊4上，轧环机的两个锥辊3分别沿坯料的上下端面夹持坯料，碾压辊与芯辊4相互配合进行坯料径向的轧制成型以得到凸缘毛坯；碾压辊上设有一圈台阶状凹槽，台阶状凹槽包括用于大径段成型的凹槽I和用于小径段成型的凹槽II，凹槽I的深度C1满足：C1＝(D-d)/2+(10～15)，高度H3满足H3＝h+(10～20)mm；凹槽II的深度C2满足：C2＝(Dw-d)/2+(10～15)mm，高度H4满足H4＝H+(20～30)mm，其中d为成品凸缘中心孔的直径；

所述碾压辊包括主辊6以及固定在主辊6外表面的轧环模具5，所述轧环模具5上设有台阶状凹槽，轧环模具的外径尺寸为700～1200mm。

本发明在生产铜镍合金凸缘的过程中需用到以下设备：电阻加热炉、空气锻锤、液压成型机、立式轧环机。

具体实施例

一种铜镍合金凸缘，成品凸缘的大径段外径D为800mm，大径段的高度h为19mm；小径段的外径Dw为719mm，小径段的高度H为180mm，中心孔d的直径为680mm，其轧制成型方法包括如下步骤：

步骤一、下料：将Φ410铸锭用锯床锯成长度为180mm的坯料，单件下料重量为211kg；

步骤二、加热：将坯料放于电阻加热炉内，随炉升温至950～980℃，保温4.5h；

步骤三、锻造：采用空气锻锤沿轴向镦拔3次以上，并滚圆成为高度与外径比值小于3的圆柱体锻坯，保证锻造比大于3；

步骤四、胎模成型：调整液压机，将上模1固定在液压机压杆的下端，将胎模2固定在液压机工作台上，所述胎模2中部设有上大下小的台阶状模腔，将步骤三得到的圆柱体锻坯下部置于胎模2中直径较大的上模腔内；控制上模1下行对圆柱体锻坯进行压制成型，得到台阶状坯料；其中台阶状模腔中直径较大的上模腔的内径为D1为295mm，高度H1为35mm；直径较小的下模腔的内径D2为265mm，高度H2为205mm；

步骤五、第一次回炉：将成型的台阶坯料回炉保温，加热温度950～980℃，保温1.5h；

步骤八、第二次回炉：将带有中心孔的台阶坯料回炉保温，加热温度950～980℃，保温0.75h；

步骤九、轧制成型：将步骤八回炉加热后的坯料套在轧环机上的芯辊4上，轧环机的两个锥辊3分别沿坯料的上下端面夹持坯料，芯辊4与轧环模具5相互配合进行坯料径向的轧制成型以得到凸缘毛坯；所述轧环模具5上设有台阶状凹槽，轧环模具5的外径尺寸为830mm，台阶状凹槽中凹槽I的深度C1为72mm，高度为H3为35mm；凹槽II的深度C2为32mm，高度H4为205mm；

机加工：轧制成型后的毛坯按照标准尺寸和表面粗糙度的要求进行机加工，成为满足要求的凸缘成品。

本发明设计了轧环模具和工艺路线，原工艺要求单件下料重量为378kg，凸缘的成品重量为83kg，原材料利用率为22％，通过使用带中心孔的台阶状坯料轧制成型后，下料重量减为212kg，原材料利用率39％，材料利用率提高了77％，经济效益非常明显。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非随本发明作任何形式上的限制。凡根据本发明的实质所做的等效变换或修饰，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种铜镍合金凸缘轧制成型方法，其特征在于，一体成型的铜镍合金凸缘包括小径段及位于小径段下方的大径段，小径段的公称外径为DN600mm～DN900mm，其轧制成型方法包括如下步骤：

步骤二、加热：将步骤一制得的坯料置于加热炉中，随炉升温至950～980℃并保温，保温时间t满足：t＝D'/120+1.0h；

步骤三、锻造：采用空气锻锤将步骤二加热后的坯料沿轴向镦拔至少3次，并将坯料滚圆成高度与外径比值小于3的圆柱体锻坯，并保证锻造比大于3；

步骤四、胎模成型：调整液压机，将上模固定在液压机压杆的下端，将胎模固定在液压机工作台上，所述胎模中部设有上大下小的台阶状模腔，将步骤三得到的圆柱体锻坯置于台阶状模腔中直径较大的上模腔内；控制上模下行对圆柱体锻坯进行压制成型，得到台阶状坯料；定义台阶状模腔中直径较大的上模腔的内径为D1、高度为H1，直径较小的下模腔的内径为D2、高度为H2，则D1＝D/3+(20～30)mm，H1＝h+(10～20)mm，D2＝Dw/3+(20～30)mm，H2＝H+(20～30)mm，其中，D为成品凸缘的大径段外径，h为成品凸缘的大径段高度，Dw为成品凸缘小径段的外径，H为小径段的高度；

步骤九、轧制成型：将步骤八回炉加热后的坯料套在轧环机的芯辊上，轧环机的两个锥辊分别沿坯料的上下端面夹持坯料，碾压辊与芯辊相互配合进行坯料径向的轧制成型以得到凸缘毛坯；碾压辊上设有一圈台阶状凹槽，台阶状凹槽包括用于大径段成型的凹槽I和用于小径段成型的凹槽II，凹槽I的深度C1满足：C1＝(D-d)/2+(10～15)mm，高度H3满足H3＝h+(10～20)mm；凹槽II的深度C2满足：C2＝(Dw-d)/2+(10～15)mm，高度H4满足H4＝H+(20～30)mm，其中d为成品凸缘中心孔的直径；

2.根据权利要求1所述的一种铜镍合金凸缘轧制成型方法，其特征在于：步骤一中，坯料的重量M₁与成品凸缘的重量M₂之间满足：M₁＝(2～2.5)*M₂。

3.根据权利要求1所述的一种铜镍合金凸缘轧制成型方法，其特征在于：步骤九中，所述轧环机为立式轧环机。

4.根据权利要求3所述的一种铜镍合金凸缘轧制成型方法，其特征在于：所述碾压辊包括主辊以及固定在主辊外表面的轧环模具，所述轧环模具上设有台阶状凹槽，轧环模具的外径尺寸为700～1200mm。