CN114012010A - 一种高压气瓶壳体整体热加工成型方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高压气瓶壳体整体热加工成型方法，该方法利用立式挤压机和径向锻造机，通过调整加工工序，改变材料变形方式，控制变形过程来实现深盲孔锻件锻造成型，高压气瓶壳体整体热加工成型方法，包括以下步骤：1）加热；2）除鳞；3）冲盲孔；4）穿芯棒；5）顶料；6）锻造；7）锻后热处理,本发明方法简单，操作方便，避免壳体增加焊接工序，同时节约原材料，降低原材料消耗，而且提高壳体锻件内部金属致密性，改善组织形态，使高压气瓶壳体在机械加工后尽可能保留连续的金属纤维组织，提升高压气瓶壳体力学性能，并提高高压气瓶壳体产品质量指标。

Description

一种高压气瓶壳体整体热加工成型方法
技术领域
本发明属于金属塑性成型技术领域，涉及一种可以实现恶劣工况下压力较高的高压气瓶壳体生产的高压气瓶壳体整体热加工成型方法。
背景技术
随着用户对高压气瓶壳体的整体产品质量和性能要求越来越高，产品结构由分体式结构向整体结构转变。高压气瓶壳体作为典型的盲孔类产品，由于该类产品盲孔深度大，形状结构特殊，传统的热加工方法根本无法实现整体成型。
通常此类高压气瓶壳体产品采用的成型方法：1）锻造为实心圆棒锻件，再通过钻孔、镗孔、车削等机械加工方式成型。2）将高压气瓶壳体分解为头部、体部、尾部等多个零部件分别进行锻造、机加工，再将各个部件通过焊接方式成型。
上述方法的不足之处：方法1）产品锻造过程内部质量不容易保证，机械加工掏空难度大，原材料浪费严重，加工时间长，机加工余量过大。并且，机加时高压气瓶壳体头部内侧和外侧均破坏了金属纤维，高压气瓶壳体头部是工况最恶劣的部位，机加工对产品性能造成了不利影响。方法2）高压气瓶分解锻造、机加工防范虽然降低了锻造和机加工难度，能够保留高压气瓶壳体头部金属纤维，但受焊接条件限制，材料焊缝位置性能指标远低于本体性能指标，在使用过程中焊缝位置最薄弱。受焊缝影响，此类方式生产的高压气瓶壳体仅可用于常规条件下压力较低的产品，无法实现用于恶劣工况下的压力较高的产品。
发明内容
本发明的目的在于克服传统成型方法生产高压气瓶壳体的不足而提供一种利用立式挤压机和径向锻造机，通过调整加工工序，改变材料变形方式，控制变形过程来实现超深盲孔锻件锻造成型，生产高压气瓶壳体的高压气瓶壳体整体热加工成型方法。
本发明的技术方案是这样实现的：一种高压气瓶壳体整体热加工成型方法，包括以下步骤：
步骤1）、加热：在锻造生产时，将坯料装入环形加热炉，连续升温至炉温1200℃～1270℃，加热8小时～12小时，将坯料加热至塑性变形温度；
步骤2）、除鳞：出炉后将坯料转运至除鳞机，端面和圆周除鳞，除鳞机压力≥15MPa；
步骤3）、冲盲孔：采用立式压机进行坯料冲盲孔。将坯料放入模具中，立式挤压机推动安装在前部的冲头向下运动，冲头冲入坯料内部，将坯料沿模具反向挤压，形成筒形盲孔坯料；冲头移动至程序设定高度后再返回初始位置，模具底部顶料装置将盲孔坯料顶出，完成冲盲孔过程。盲孔直径Φ250mm～Φ500mm，盲孔深度1000mm～1800mm，冲盲孔后坯料长度≥1200mm。
步骤4）、穿芯棒：M1操纵机加持坯料，将M1操纵机内部安装的芯棒穿入盲孔坯料内部，芯棒端部顶住坯料底部，M1操纵机向径向锻造机移动，将坯料推至径向锻造机的4个锻造锤头正中心位置的M1侧。
步骤5）、顶料：M2操纵机向径向锻造机移动至初始位置，将M2操纵机内部安装的顶针伸出，顶针端部顶住盲孔坯料底部。
步骤6）、锻造：采用径向锻造机锻造成型。M1向径向锻造机移动，将坯料推至径向锻造机锤头正中心，径向锻造机开始按程序锻造，坯料水平移动的同时沿轴线旋转，当坯料锻造后长度足够M2夹持时，M2夹持坯料开始拉打锻造，M1、M2、径向锻造机配合，根据设定的自动锻造程序进行定位和调整锻造尺寸，将坯料外径和内径锻小，长度锻长，完成高压气瓶壳体整体锻造成型。
步骤7）、锻后热处理：锻后空冷至室温，检查内外表面情况后再装炉热处理，锻件以≤70℃/h升温至880℃～930℃均温和保温2～5小时后正火空冷至200℃～400℃，再升温至650℃～700℃均温和保温2～5小时后回火空冷，完成高压气瓶壳体整体热加工成型过程。
所述高压气瓶壳体的坯料为模铸圆锭或电渣圆锭或连铸圆坯。
所述高压气瓶壳体为超深盲孔锻件，内孔深度与直径之比大于等于3。
所述步骤2）除鳞过程为除鳞机通过高压水来清除经过高温加热后的坯料表面氧化皮。
所述径向锻造机包含2个操纵机和1个锻造箱，锻造箱内在同一竖直平面上安装有4个锻造锤头，间隔90°均匀分布。锻造时由自动化系统程序控制，4个锤头同时调节锻造过程。
本发明的技术方案产生的积极效果如下：本发明方法简单，操作方便，采用立式挤压机和径向锻造机配合，通过调整加工工序，改变材料变形方式，控制变形过程来实现深盲孔锻件锻造，完成高压气瓶壳体整体热加工成型。本发明避免壳体增加焊接工序，同时节约原材料，降低原材料消耗，而且改善高压气瓶壳体头部内部金属组织、纤维量小，可使高压气瓶壳体在机械加工后尽可能保留连续的金属纤维组织，提高高压气瓶壳体力学性能，并提高高压气瓶壳体技战术指标。
附图说明
图1为高压气瓶壳体原始坯料的示意图。
图2为高压气瓶壳体冲盲孔后筒形盲孔坯料示意图。
图3为高压气瓶壳体锻造过程示意图。
图4为高压气瓶壳体整体热加工成型后锻件示意图。
图中标注为：L0、原始坯料长度；D0、原始坯料直径；L1、筒形盲孔坯料长度；D1、筒形盲孔坯料直径；L2、筒形盲孔坯料盲孔深度；D2、筒形盲孔坯料盲孔内径；L3、锻件总长度；D3、锻件大台阶直径；L4、锻件盲孔深度；D4、锻件盲孔内径；L5、锻件小台阶长度；D5、锻件大台阶长度；
1、M1操纵机；、2、芯棒；3、高压气瓶壳体锻件；4、径向锻造机锤头；5、顶针；6、M2操纵机。
具体实施方式
下面以具体实施例说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围不限于此。
实施例1：本实施例1的高压气瓶壳体的化学成分质量百分比为：C：0.32%，Si:1.18%，Mn:1.24%，Ni：1.45%，Cr：1.12%，P：0.014%，S：0.010%，Cu:0.18%,余量为Fe及其他不可避免的杂质，整体热加工成型时进行如下操作过程：
步骤1）、加热：在锻造生产时，将坯料装入环形加热炉，连续升温至炉温1250℃，加热10小时，将坯料加热至塑性变形温度；
步骤2）、除鳞：出炉后将坯料通过轨道转运至除鳞机，端面和圆周除鳞，除鳞机压力20MPa；
步骤3）、冲盲孔：采用立式压机进行坯料冲盲孔。将坯料放入模具中，立式挤压机推动安装在前部的冲头向下运动，冲头冲入坯料内部，将坯料沿模具反向挤压，形成筒形盲孔坯料；冲头移动至程序设定高度后再返回初始位置，模具底部顶料装置将盲孔坯料顶出，完成冲盲孔过程。盲孔直径Φ330mm，盲孔深度1600mm，冲盲孔后坯料长度1975mm。
步骤4）、穿芯棒：M1操纵机加持坯料，将M1操纵机内部安装的芯棒穿入盲孔坯料内部1600mm，芯棒端部顶住坯料底部，M1操纵机向径向锻造机移动，将坯料推至径向锻造机的4个锻造锤头正中心位置的M1侧。
步骤5）、顶料：M2操纵机向径向锻造机移动至初始位置，将M2操纵机内部安装的顶针伸出，顶针端部顶住盲孔坯料底部。
步骤6）、锻造：采用径向锻造机锻造成型。M1向径向锻造机移动，将坯料推至径向锻造机锤头正中心，径向锻造机开始按程序锻造，将坯料盲孔端锻造至直径为Φ200mm,长度750mm时，M2夹持直径为Φ200mm的坯料开始拉打锻造，M1、M2、径向锻造机配合，根据设定的自动锻造程序进行定位和调整锻造尺寸，将坯料盲孔端头部圆弧面锻出，坯料体部外径锻至Φ320mm，坯料体部内径锻支Φ200mm，盲孔锻件长度3800mm，内孔深度3080mm，完成高压气瓶壳体整体锻造成型。
步骤7）、锻后热处理：锻后空冷至室温，检查内外表面情况后再装炉热处理，锻件以65℃/h升温至930℃±10℃均温和保温3小时后正火空冷至300℃±10℃，再升温至680℃±10℃均温和保温5小时后回火空冷，完成高压气瓶壳体整体热加工成型过程。
图2显示了高压气瓶壳体冲盲孔后筒形盲孔坯料形状。
图3显示了高压气瓶壳体锻造高压气瓶壳体大台阶时的锻造过程。
M1操纵机1加持高压气瓶壳体锻件3也称为坯料，将M1操纵机1内部安装的芯棒2穿入盲孔坯料内部1600mm，芯棒端部顶住坯料底部，M1操纵机1向径向锻造机移动，将坯料推至径向锻造机的4个锻造锤头正中心位置的M1侧。M2操纵机6向径向锻造机移动至初始位置，将M2操纵机内部安装的顶针5伸出，顶针5的端部顶住盲孔坯料底部。图中M1操纵机1向径向锻造机移动，将高压气瓶壳体锻件3推至径向锻造机锤头4的正中心，径向锻造机开始按程序锻造，将坯料盲孔端锻造至直径为Φ200mm,长度750mm时，M2操纵机6夹持直径为Φ200mm的坯料开始拉打锻造，M1、M2、径向锻造机配合，根据设定的自动锻造程序进行定位和调整锻造尺寸，将坯料盲孔端头部圆弧面锻出，坯料体部外径锻至Φ320mm，坯料体部内径锻支Φ200mm，盲孔锻件长度3800mm，内孔深度3080mm，完成高压气瓶壳体整体锻造成型。
图4显示了高压气瓶壳体整体热加工成型后锻件形状。

Claims (2)

1.一种高压气瓶壳体整体热加工成型方法，其特征在于,包括以下步骤：
步骤1）、加热：在锻造生产时，将坯料装入环形加热炉中，连续升温至炉温1200℃～1270℃，加热8小时～12小时，将坯料加热至塑性变形温度；
步骤2）、除鳞：出炉后将坯料转运至除鳞机，端面和圆周除鳞，除鳞机压力≥15MPa；
步骤3）、冲盲孔：采用立式压机进行坯料冲盲孔；将坯料放入模具中，立式挤压机推动安装在前部的冲头向下运动，冲头冲入坯料内部，将坯料沿模具反向挤压，形成筒形盲孔坯料；冲头移动至程序设定高度后再返回初始位置，模具底部顶料装置将盲孔坯料顶出，完成冲盲孔过程；
步骤4）、穿芯棒：M1操纵机加持坯料，将M1操纵机内部安装的芯棒穿入盲孔坯料内部，芯棒端部顶住坯料底部，M1操纵机向径向锻造机移动，将坯料推至径向锻造机的4个锻造锤头正中心位置的M1侧；
步骤5）、顶料：M2操纵机向径向锻造机移动至初始位置，将M2操纵机内部安装的顶针伸出，顶针端部顶住盲孔坯料底部；
步骤6）、锻造：采用径向锻造机锻造成型；M1向径向锻造机移动，将坯料推至径向锻造机锤头正中心，径向锻造机开始按程序锻造，当坯料锻造后长度足够M2夹持时，M2夹持坯料开始拉打锻造，M1、M2、径向锻造机配合，根据设定的自动锻造程序进行定位和调整锻造尺寸，将坯料外径和内径锻小，长度锻长，完成高压气瓶壳体整体锻造成型；
步骤7）、锻后热处理：锻后空冷至室温，检查内外表面情况后再装炉热处理，锻件以≤70℃/h升温至880℃～930℃均温和保温2～5小时后正火空冷至200℃～400℃，再升温至650℃～700℃均温和保温2～5小时后回火空冷，完成高压气瓶壳体整体热加工成型过程。
2. 根据权利要求1所述的一种高压气瓶壳体整体热加工成型方法，其特征在于, 所述步骤3）中的盲孔直径为Φ250mm～Φ500mm，盲孔深度为1000mm～1800mm，冲盲孔后坯料长度≥1200mm。
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