CN112404340B

CN112404340B - 三片式法兰球阀阀盖辗扩锻造成形工艺

Info

Publication number: CN112404340B
Application number: CN202011147513.7A
Authority: CN
Inventors: 周亚夫; 吴克成; 杨柳
Original assignee: Sichuan Hongxin Energy Equipment Manufacturing Co ltd
Current assignee: SICHUAN KAITZ VALVE Manufacturing CO LTD
Priority date: 2020-10-23
Filing date: 2020-10-23
Publication date: 2022-06-10
Anticipated expiration: 2040-10-23
Also published as: CN112404340A

Abstract

本发明公开了一种三片式法兰球阀阀盖辗扩锻造成形工艺，包括下料、加热及镦粗；制坯及冲连皮；辗扩成形；制坯及冲连皮使坯件中心的锥形深盲孔变成中心通孔；辗扩模中，芯辊穿过坯件的部分由从下到上依次相连的下圆柱段、上大下小的锥形过渡段和上圆柱段组成，主辊部分包括上盖圈，上盖圈下端面凸出隔圈的部分是由下锥面和上锥面组成的双锥面，下锥面与水平面的夹角为5°＜α≤8°，上锥面与水平面的夹角为35°＜β≤42°，坯件的下端面位于下盖圈的锥形面的高度范围内，坯件的上端面位于上盖圈的上锥面的高度范围内。使辗扩成形后的坯件上法兰带有台阶，内孔靠近上法兰的一端带有锥度，从而减少后续机加量，并降低材料成本，提高锻件质量。

Description

三片式法兰球阀阀盖辗扩锻造成形工艺

技术领域

本发明涉及锻造成形工艺技术领域，具体涉及一种三片式法兰球阀阀盖辗扩锻造成形工艺。

背景技术

辗扩是环形毛坯在辗压辊和芯辊构成的孔型中逐步扩大直径并成形，制成所需环形件的旋转锻造方法，又称扩孔或辗环。

图1所示为中、大型三片式法兰球阀阀盖的零件图，其上法兰盘上带有台阶，内孔上端带有阶梯孔。图2所示为常规设计的中、大型三片式法兰球阀阀盖通过辗扩锻造成形后的毛坯图。辗扩模辗扩的阀盖锻件上法兰盘没有台阶，是一个整体的平面；同时，内孔也是一个直孔。

现目前，三片式法兰球阀阀盖辗扩锻造成形工序如图3所示。主要包括(一)下料、加热及镦粗；(二)制坯及冲连皮；(三)辗扩成形工序，其中制坯及冲连皮完成的坯件内孔为直孔，辗扩成形后的坯件上法兰盘为平面，内孔仍是直孔。在辗扩成形中采用的辗扩模如图4所示。

辗扩模由主辊部分、芯辊8和扩孔机上锥辊9和扩孔机下锥辊7组成。芯辊8用于套装坯件，芯辊8上穿过坯件的部分为圆柱段。扩孔机上锥辊9和扩孔机下锥辊7分别设置在芯辊8轴线的一侧用于压在坯件的上下端面。主辊部分设置在芯辊8轴线的另一侧并结合芯辊8用于对坯件进行辗扩，主辊部分包括主辊轴1，以及从下到上依次同轴套装在主辊轴1上的下盖圈2、隔圈3、中圈4、隔圈3，并通过压紧圈6压紧固定；下盖圈2、中圈4的直径大于隔圈3直径，下盖圈2上端面、中圈4的上下端面凸出隔圈3的部分均为锥形面，坯件的下端面位于下盖圈2的锥形面的高度范围内，坯件的上端面位于压紧圈6外。

虽然模具结构本身相对简单，但是中、大型三片式法兰球阀阀盖辗扩模的使用寿命长，除芯辊外，一副模具的使用寿命在4万件以上，高的可达10万件。芯辊的使用寿命在4000件左右，因此，模具费用平摊到每一件锻件毛坯上的成本差价非常小，几乎可以忽略不计。但是，常规设计的中、大型三片式法兰球阀阀盖辗扩成形后的锻件，由于上法兰盘没有台阶，内孔靠近上法兰盘的一端没有锥度，导致后续的机械加工成本较高，坯件下料时的材料成本也增加了很多。

发明内容

本发明旨在提供一种适用于三片式法兰球阀阀盖辗扩锻造的成形工艺，能使辗扩成形后的坯件的上法兰带有台阶，内孔靠近上法兰盘的一端带有锥度，从而减少后续机加量，并降低材料成本。

为此，本发明所采用的技术方案为：一种三片式法兰球阀阀盖辗扩锻造成形工艺，包括以下步骤：

(一)下料、加热及镦粗；(二)制坯及冲连皮；(三)辗扩成形；

步骤(二)中，将镦粗后的坯件放入制坯下模组件中，并通过带有上大下小的锥形冲孔冲头在坯件中心冲制锥形深盲孔；将坯件取出翻转180°后再次放入制坯下模组件中，并通过连皮冲头冲掉连皮层，使坯件中心的锥形深盲孔变成中心通孔；

步骤(三)中，将坯件放入辗扩模中进行辗扩成形；

所述辗扩模包括主辊部分、芯辊和扩孔机上锥辊和扩孔机下锥辊，所述芯辊用于套装坯件，芯辊上穿过坯件的部分由从下到上依次相连的下圆柱段、上大下小的锥形过渡段和上圆柱段组成，扩孔机上锥辊和扩孔机下锥辊分别设置在芯辊轴线的一侧用于压在坯件的上下端面，所述主辊部分设置在芯辊轴线的另一侧并结合芯辊用于对坯件进行辗扩，主辊部分包括主辊轴，以及从下到上依次同轴套装在主辊轴上的下盖圈、隔圈、中圈、隔圈和上盖圈，并通过压紧圈压紧固定；所述下盖圈、中圈、上盖圈的直径大于隔圈直径，下盖圈上端面、中圈的上下端面凸出隔圈的部分均为锥形面，上盖圈下端面凸出隔圈的部分是由下锥面和上锥面组成的双锥面，所述下锥面与水平面的夹角为5°＜α≤8°，上锥面与水平面的夹角为35°＜β≤42°，所述锥形过渡段的夹角γ≤64°，所述坯件的下端面位于下盖圈的锥形面的高度范围内，坯件的上端面位于上盖圈的上锥面的高度范围内；

经辗扩模辗扩成形后的坯件带有上下法兰盘和中心通孔，且中心通孔靠上法兰盘的一端带有锥度，上法兰盘带有台阶。

作为上述方案的优选，步骤(三)中，使用卧式数控带轴向轧制的扩孔机，将坯件放置在扩孔机工作台上，芯辊套入坯件内孔内，主辊部分旋转，芯辊、扩孔机上锥辊和扩孔机下锥辊同时向主辊部分移动，同时扩孔机上锥辊向下移动到位后，坯件在芯辊与主辊部分的共同作用下，内孔、外圆逐步扩大，坯件的总高度由扩孔机上锥辊下移保证，待坯件所有尺寸及形状达到要求后，扩孔机上锥辊、扩孔机下锥辊、芯辊退回原始位置，取出坯件，完成辗扩成形。

进一步优选为，步骤(一)和步骤(二)中，共用三工位双工作台2000吨锻造液压机，将坯件放置在第一工位的1号工作台上，1号工作台移动进入第二工位进行镦粗、去氧化皮；完成后夹持坯件，1号工作台移动至第三工位，2号工作台移动至第二工位进入工作位置；2号工作台上安装有制坯下模组件，坯件放入制坯下模组件中，冲孔冲头移动到第二工位中心位置，下行在坯件中心冲制锥形深盲孔，冲孔冲头复位；顶出坯件，夹持坯件翻转180°后放入制坯下模组件，连皮冲头移动到第二工位中心位置，下行冲掉连皮层，连皮冲头复位；2号工作台移动至第三工位，顶出坯件，取走坯件；循环进入下一坯件的镦粗、制坯及冲连皮。

进一步优选为，步骤(一)中，下料采用带锯床，按下料工序要求的规格、尺寸、精度进行；加热采用蓄热式天然气加热炉。

本发明的有益效果：本工艺的主要特点是将阀盖的上端法兰台阶及内孔的上端锥度在扩孔时一次性辗扩成形，并在制坯时提前成形锥形内孔；通过在辗扩模中增加带双锥面的上盖圈，控制辗扩过程中的关键参数(包括双锥面的角度、芯辊的结构以及坯件上下端面与上盖圈、下盖圈的锥形面的高度关系等)，使工艺可行性高，提高辗扩锻件的质量。该类阀盖，生产数量大，优化后的工艺设计及模具设计，极大地减少了机加量和材料成本，能带来巨大的经济效益。

附图说明

图1为三片式法兰球阀阀盖的零件图。

图2为传统的三片式法兰球阀阀盖通过辗扩锻造成形后的坯件图。

图3为传统的三片式法兰球阀阀盖辗扩锻造成形工序图。

图4为传统的三片式法兰球阀阀盖的辗扩模。

图5为本发明的三片式法兰球阀阀盖通过辗扩锻造成形后的坯件图。

图6为本发明的三片式法兰球阀阀盖辗扩锻造成形工序图。

图7为本发明的三片式法兰球阀阀盖辗扩锻造成形的制坯模。

图8为本发明的三片式法兰球阀阀盖辗扩锻造成形的辗扩模。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图，对本发明作进一步说明：

如图1所示的三片式法兰球阀阀盖的零件，其典型的结构特点为带有上下法兰盘，上法兰盘带有台阶，内孔上端为阶梯孔。首先需要锻造出如图5所示的三片式法兰球阀阀盖坯件，再进行机加。

如图5所示的三片式法兰球阀阀盖坯件，所采用的辗扩锻造成形工艺，包括以下步骤：(一)下料、加热及镦粗；(二)制坯及冲连皮；(三)辗扩成形，如图6所示。图5所示的三片式法兰球阀阀盖坯件，带有上下法兰盘和中心通孔，且中心通孔靠上法兰盘的一端带有锥度，上法兰盘带有台阶。

步骤(一)中，下料采用带锯床，按下料工序要求的规格、尺寸、精度进行。加热采用蓄热式天然气加热炉，严格按照加热工艺文件执行，确保升温、控温、不锈钢加热时的分段升温、保温要求等与工艺文件高度一致。加热至锻造温度后，进行镦粗。但不限于带锯床，也可以采用圆锯床。加热不限于蓄热式天然气加热炉，也可以是电加热炉等。

如图7所示，制坯和冲连皮共用一套模具，包括制坯下模组件10、冲孔冲头11和连皮冲头12。

步骤(二)中，将镦粗后的坯件放入制坯下模组件10中，并通过带有上大下小的锥形冲孔冲头11在坯件中心冲制锥形深盲孔；将坯件取出翻转180°后再次放入制坯下模组件10中，并通过连皮冲头12冲掉连皮层，使坯件中心的锥形深盲孔变成中心通孔，为后续辗扩成形做准备。

如图8所示，辗扩模主要由主辊部分、芯辊8和扩孔机上锥辊9和扩孔机下锥辊7组成。芯辊8用于套装坯件，芯辊8上穿过坯件的部分由从下到上依次相连的下圆柱段8a、上大下小的锥形过渡段8b和上圆柱段8c组成。扩孔机上锥辊9和扩孔机下锥辊7分别设置在芯辊8轴线的一侧用于压在坯件的上下端面。主辊部分设置在芯辊8轴线的另一侧，并结合芯辊8用于对坯件进行辗扩。芯辊8中部增设了一段带锥度的台阶段，以吻合坯件的内孔结构。

主辊部分主要由主辊轴1，以及从下到上依次同轴套装在主辊轴1上的下盖圈2、隔圈3、中圈4、隔圈3和上盖圈5组成，并通过压紧圈6压紧固定。下盖圈2、中圈4、上盖圈5的直径大于隔圈3直径，下盖圈2上端面、中圈4的上下端面凸出隔圈3的部分均为锥形面。上盖圈5下端面凸出隔圈3的部分是由下锥面5b和上锥面5a组成的双锥面，下锥面5b与水平面的夹角为5°＜α≤8°，上锥面5a与水平面的夹角为35°＜β≤42°，锥形过渡段8b的夹角γ≤64°。坯件的下端面位于下盖圈2的锥形面的高度范围内，坯件的上端面位于上盖圈5的上锥面5a的高度范围内。

优选为，下锥面5b与水平面的夹角为α为5°，上锥面5a与水平面的夹角β为42°。芯辊8的上圆柱段8c伸入坯件内的高度为10mm，锥形过渡段8b的夹角γ为40°。夹角γ由最终产品结构而确定，根据数字模拟辗扩的结果，最大锥度角γ≤64°。下盖圈2上端面与水平面的夹角为3°。

经辗扩模辗扩成形后的坯件带有上下法兰盘和中心通孔，且中心通孔靠上法兰盘的一端带有锥度，上法兰盘带有台阶，如图5所示。

步骤(三)中，将坯件放入如图8所示的辗扩模中进行辗扩成形。

最好是，步骤(三)中，使用卧式数控带轴向轧制的扩孔机。将坯件放置在扩孔机工作台上，芯辊8套入坯件内孔内，主辊部分旋转，芯辊8、扩孔机上锥辊9和扩孔机下锥辊7同时向主辊部分移动，同时扩孔机上锥辊9向下移动到位后，坯件在芯辊8与主辊部分的共同作用下，内孔、外圆逐步扩大，坯件的总高度由扩孔机上锥辊9下移保证，待坯件所有尺寸及形状达到要求后，扩孔机上锥辊9、扩孔机下锥辊7、芯辊8退回原始位置，取出坯件，完成辗扩成形。

最好是，步骤(一)和步骤(二)中，共用三工位双工作台2000吨锻造液压机。三工位包括第一、第二、第三工位，第二工作为工作工位，位于压机中心位置。1号工作台上为平台，2号工作台上安装有制坯下模组件。

将坯件放置在第一工位的1号工作台上，1号工作台移动进入第二工位进行镦粗、去氧化皮；完成后夹持坯件，1号工作台移动至第三工位，2号工作台移动至第二工位进入工作位置；2号工作台上安装有制坯下模组件，坯件放入制坯下模组件中，冲孔冲头移动到第二工位中心位置，下行在坯件中心冲制锥形深盲孔，冲孔冲头复位；顶出坯件，夹持坯件翻转180°后放入制坯下模组件，连皮冲头移动到第二工位中心位置，下行冲掉连皮层，连皮冲头复位；2号工作台移动至第三工位，顶出坯件，取走坯件；循环进入下一坯件的镦粗、制坯及冲连皮。

辗扩成形后，机加之前还需要进行毛坯检验、热处理(调质，不锈钢材质为固溶处理)、综合检验、入库待转，在此不再赘述，本方法只对核心重要工步做说明。

该工艺方法与传统的工艺方法相比，由于模具改变，改进设计后的坯件下料重为406Kg，常规设计的坯件下料重为438.4Kg，优化设计后材料减重32.4Kg，节约材料7.4％，非常可观。

本发明中辗扩模设计的关键点：

(1)辗扩模的上盖圈的设计非常重要，上盖圈下端的双锥面设计是关键，关系到阀盖锻件上法兰盘上的台阶能否完美成形并不产生任何锻造(辗扩)缺陷。当上锥面5a与水平面的夹角β大于42°时，上盖圈对坯件的变形作用力过大，使坯件上端与上盖圈接触位置产生向上的轴向毛刺，再通过扩孔机上锥辊9的轧制作用，将毛刺辗压在上端面上，形成夹层。因此，该角度设计为42°或略小于42°。这种结构还有一个优点：对坯件的高度要求比较宽泛，只要坯件放置在扩孔机工作台的高度尺寸在该角度的垂直高度范围内即可，减轻制坯时坯件高度控制的操控能力，减小设备的精度控制要求及工人的技术水平的要求。当上盖圈5的下锥面5b与水平面的夹角为α小于5°时，由于β角所在的位置首先接触坯件，坯件的金属是沿B角度的方向流动，前期无法与上盖圈中的α角所在的锥面相接触，在最终成形时，该处产生一圈的环形凹槽，成为锻造(辗扩)缺陷。因此，上盖圈中的α需要设计成大于或等于5°。

(2)芯辊8的设计同样重要，重点是与坯件内孔的上部锥孔的上端对应的位置，即上圆柱段8c一定要有一小段伸入工件内形成直孔，这段直孔尺寸虽然很短，但在辗扩成形过程中，对辗扩的稳定性却起到了非常大的作用。由于内孔的锥度，使坯件在辗扩过程中产生一个轴向力，在实际生产过程中，由于辗扩时辗压模具的主辊部分、芯辊与坯件的接触面都很小，坯件在轴向力的作用下，会产生轴向跳动，从而导致锻造(辗扩)缺陷的产生。芯辊设计时，需要充分地考虑这些不利因素，使坯件在成形过程中上端内孔形成一段直孔，直孔部分只受径向力的作用，从而有效遏制坯件在辗扩过程中的跳动，避免由于坯件跳动产生的锻造(辗扩)缺陷。

Claims

1.一种三片式法兰球阀阀盖辗扩锻造成形工艺，包括以下步骤：

（一）下料、加热及镦粗；（二）制坯及冲连皮；（三）辗扩成形；其特征在于：

步骤（二）中，将镦粗后的坯件放入制坯下模组件（10）中，并通过带有上大下小的锥形冲孔冲头（11）在坯件中心冲制锥形深盲孔；将坯件取出翻转180°后再次放入制坯下模组件（10）中，并通过连皮冲头（12）冲掉连皮层，使坯件中心的锥形深盲孔变成中心通孔；

步骤（三）中，将坯件放入辗扩模中进行辗扩成形；

所述辗扩模包括主辊部分、芯辊（8）和扩孔机上锥辊（9）和扩孔机下锥辊（7），所述芯辊（8）用于套装坯件，芯辊（8）上穿过坯件的部分由从下到上依次相连的下圆柱段（8a）、上大下小的锥形过渡段（8b）和上圆柱段（8c）组成，扩孔机上锥辊（9）和扩孔机下锥辊（7）分别设置在芯辊（8）轴线的一侧用于压在坯件的上下端面，所述主辊部分设置在芯辊（8）轴线的另一侧并结合芯辊（8）用于对坯件进行辗扩，主辊部分包括主辊轴（1），以及从下到上依次同轴套装在主辊轴（1）上的下盖圈（2）、隔圈（3）、中圈（4）、隔圈（3）和上盖圈（5），并通过压紧圈（6）压紧固定；所述下盖圈（2）、中圈（4）、上盖圈（5）的直径大于隔圈（3）直径，下盖圈（2）上端面、中圈（4）的上下端面凸出隔圈（3）的部分均为锥形面，上盖圈（5）下端面凸出隔圈（3）的部分是由下锥面（5b）和上锥面（5a）组成的双锥面，所述下锥面（5b）与水平面的夹角为5°＜α≤8°，上锥面（5a）与水平面的夹角为35°＜β≤42°，所述锥形过渡段（8b）的夹角γ≤64°，所述坯件的下端面位于下盖圈（2）的锥形面的高度范围内，坯件的上端面位于上盖圈（5）的上锥面（5a）的高度范围内；

2.按照权利要求1所述的三片式法兰球阀阀盖辗扩锻造成形工艺，其特征在于：步骤（三）中，使用卧式数控带轴向轧制的扩孔机，将坯件放置在扩孔机工作台上，芯辊（8）套入坯件内孔内，主辊部分旋转，芯辊（8）、扩孔机上锥辊（9）和扩孔机下锥辊（7）同时向主辊部分移动，同时扩孔机上锥辊（9）向下移动到位后，坯件在芯辊（8）与主辊部分的共同作用下，内孔、外圆逐步扩大，坯件的总高度由扩孔机上锥辊（9）下移保证，待坯件所有尺寸及形状达到要求后，扩孔机上锥辊（9）、扩孔机下锥辊（7）、芯辊（8）退回原始位置，取出坯件，完成辗扩成形。

3.按照权利要求1或2所述的三片式法兰球阀阀盖辗扩锻造成形工艺，其特征在于：步骤（一）和步骤（二）中，共用三工位双工作台2000吨锻造液压机，将坯件放置在第一工位的1号工作台上，1号工作台移动进入第二工位进行镦粗、去氧化皮；完成后夹持坯件，1号工作台移动至第三工位，2号工作台移动至第二工位进入工作位置；2号工作台上安装有制坯下模组件，坯件放入制坯下模组件中，冲孔冲头移动到第二工位中心位置，下行在坯件中心冲制锥形深盲孔，冲孔冲头复位；顶出坯件，夹持坯件翻转180°后放入制坯下模组件，连皮冲头移动到第二工位中心位置，下行冲掉连皮层，连皮冲头复位；2号工作台移动至第三工位，顶出坯件，取走坯件；循环进入下一坯件的镦粗、制坯及冲连皮。

4.按照权利要求1所述的三片式法兰球阀阀盖辗扩锻造成形工艺，其特征在于：步骤（一）中，下料采用带锯床，按下料工序要求的规格、尺寸、精度进行；加热采用蓄热式天然气加热炉。