CN117600371A - 一种长颈法兰的锻造工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及锻造技术领域，尤其涉及一种长颈法兰的锻造工艺，包括：获取原料坯；对原料坯从长颈端冲阶梯孔，确定阶梯孔的大孔段的深度和阶梯孔的小孔段的直径，以形成初级坯；对初级坯的法兰段进行模锻形成法兰部，形成长颈法兰的法兰坯；对法兰部的法兰端面进行切削找平；对法兰部进行冲孔，形成贯通大孔段的通孔；使用拼合工装，将两个法兰端面找平并冲孔完成的法兰坯的法兰端面相贴拼合，形成拼合件；采用辗环设备对拼合件进行内孔成形，通过采用上述技术方案，通过二次锻造，使长颈法兰的法兰根部与长颈连接处的金属强度改善，能够改善根部的承压能力，并且带来更好的尺寸稳定性，提高了锻造精度，从而有效提高了长颈法兰的机械强度。

Description

一种长颈法兰的锻造工艺

技术领域

本发明涉及锻造技术领域，尤其涉及一种长颈法兰的锻造工艺。

背景技术

随着我国现代化建设程度的不断推进，管道工程技术的不断提升，原来管道连接部件长颈法兰无法满足当前工程建设要求，因此需要发明一种长颈法兰的锻造工艺。

目前常用的长颈法兰的锻造工艺为中国专利申请公开号：CN114700452A公开了一种法兰的高效锻造方法，涉及法兰锻造技术领域，包括以下步骤：S1，准备合金坯料，准备合格的合金坯料，并将合金坯料放置在一旁备用，准备锻造；S2，化学分析，首先通过化学分析仪器对所述合金坯料进行化学分析操作，进而确保其化学成分符合合金坯料的成分要求。本发明在锻造之前，通过化学分析步骤可以对合金胚料进行复核，从而确保其化学成分符合合金坯料的成分要求，进而保证法兰的质量，同时在制造的过程中，冷却步骤可以起到退火的效果，进而起到均匀组织、消除内应力、降低硬度、改善切削加工性能和冷塑性变形能力，方便了后续加工操作，最后通过车削加工可以去除法兰表面的毛刺，提高法兰的质量，避免毛刺影响使用效果。

但是，上述方法存在以下问题：长颈法兰在实际应用中整体抗压强度较低，锥颈连接处易产生弯曲，断裂的问题。

发明内容

为此，本发明提供一种长颈法兰的锻造工艺，用以克服现有技术中长颈法兰在实际应用中整体强度不高，锥颈连接处易产生弯曲，断裂的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种长颈法兰的锻造工艺，包括：

将棒状原料经切割、加热、镦粗、拔长，形成原料坯；

对所述原料坯从长颈端冲阶梯孔，根据长颈法兰的长颈段与法兰段的尺寸确定阶梯孔的大孔段的深度，根据长颈法兰的法兰段的锻造比及大孔段的深度确定阶梯孔的小孔段的直径，以形成长颈法兰的初级坯；

对所述初级坯的法兰段进行模锻形成法兰部，形成长颈法兰的法兰坯；

对所述法兰部的法兰端面进行切削找平；

对所述法兰部进行冲孔，以使所述法兰坯的内部形成贯通所述大孔段的通孔；

使用拼合工装，将两个法兰端面找平并冲孔完成的法兰坯的法兰端面相贴拼合，形成拼合件；

采用辗环设备对所述拼合件进行内孔成形，形成长颈法兰的内孔造型。

进一步地，所述阶梯孔包括大孔段和小孔段，其中：

所述大孔段位于所述原料坯的长颈段内部，所述小孔段位于所述法兰段内部；

所述大孔段的大孔轴心与所述小孔段的小孔轴心共轴且大孔孔径大于小孔孔径。

进一步地，在对所述初级坯的法兰段进行所述模锻的步骤包括：

在成形模具中固定所述长颈段，并对所述法兰段进行一次模锻；

根据所述一次模锻后的法兰端的孔径，确定二次模锻前是否进行扩孔；

若进行扩孔，则根据一次模锻后所述法兰段的尺寸与长颈法兰的法兰坯的尺寸确定扩孔孔径，并在扩孔后对所述法兰段进行二次模锻形成法兰部；

若无需扩孔，则在一次模锻后继续对所述法兰段进行二次模锻形成法兰部。

进一步地，所述成形模具包括：

长颈成形部，其设置在所述成形模具的下方，用以成形长颈部；

法兰成形部，其设置在所述成形模具的上方，用以成形法兰部；

过渡部，其与所述长颈成形部和所述法兰成形部相连，用以成形所述长颈部和所述法兰部的连接件。

进一步地，所述成形模具还包括设置在所述成形模具内部并与所述大孔端孔径配合的芯棒且芯棒高度小于所述大孔段的深度。

进一步地，所述一次模锻的过程为将冲孔后的初级坯放入成形模具内，使用带有凹槽的镦粗板对初级坯进行压肩处理；

其中，所述凹槽外径大于所述原料坯的外径且凹槽外径小于法兰外径。

进一步地，所述拼合工装通过固定两个贴合的法兰端面的通孔形成以贴合面为对称面对称设置的所述拼合件，或固定两个法兰端面的外周形成以贴合面为对称面对称设置的所述拼合件。

进一步地，在对所述拼合件进行所述内孔成形的过程中，包括第一碾压处理和第二碾压处理，用以控制所述锥颈斜度在预设范围内；

所述内孔成形用以形成所述长颈法兰中法兰部与长颈部连接的根部的形状；

其中，所述锥颈斜度α由以下公式确定：，

式中，D1为根颈直径，D2为颈口直径，H为长颈的长度。

进一步地，所述第一碾压处理为将所述拼合件进行加热，使用对称设置的扩孔模具对所述拼合件的两个过渡部同时以相同碾压参数进行扩孔。

进一步地，所述第二碾压处理为将经过所述第一碾压处理的所述拼合件的长颈段的径向进行碾压塑形。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于，通过采用上述技术方案，改变传统法兰部锻造一次模锻的工艺，转为在对法兰部的锻造过程中采用二次模锻的工艺，通过二次锻造，使长颈法兰的法兰根部与长颈连接处的金属强度改善，提高了锻造强度，能够改善过渡部的承压能力，从而有效提高了长颈法兰过渡部的机械强度。

进一步地，碾环处理中对长颈法兰的法兰部与长颈部之间的过渡部采用扩孔模具进行扩孔处理，保证过渡部的锥颈斜度在科学范围内，能够提高过渡部的承压能力，从而有效提高了长颈法兰过渡部的机械强度。

附图说明

图1为本发明实施例长颈法兰的锻造工艺的锻造流程示意图；

图2为本发明实施例长颈法兰的结构示意图；

图3为本发明实施例成形模具的结构示意图；

图4为本发明实施例二次模锻的示意图；

图5为本发明实施例拼合工装的结构示意图。

其中：长颈部1；过渡部2；法兰部3；法兰成形部4；长颈成形部5；过渡部6；芯棒7；法兰坯8；碾环机9；颈口10；根颈11。

具体实施方式

为了使本发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1及图2所示；

将棒状原料经切割、加热、镦粗、拔长，形成原料坯；

对原料坯从长颈端冲阶梯孔，根据长颈法兰的长颈段与法兰段的尺寸确定阶梯孔的大孔段的深度，根据长颈法兰的法兰段的锻造比及大孔段的深度确定阶梯孔的小孔段的直径，以形成长颈法兰的初级坯；

对初级坯的法兰段进行模锻形成法兰部，形成长颈法兰的法兰坯；

对法兰部的法兰端面进行切削找平；

对法兰部进行冲孔，以使法兰坯的内部形成贯通大孔段的通孔；

使用拼合工装，将两个法兰端面找平并冲孔完成的法兰坯的法兰端面相贴拼合，形成拼合件；

采用辗环设备对拼合件进行内孔成形，形成长颈法兰的内孔造型。

本发明实施例通过采用上述技术方案，改变传统法兰部锻造一次模锻的工艺，转为在对法兰部的锻造过程中采用二次模锻的工艺，通过二次锻造，使长颈法兰的法兰根部与长颈连接处的金属强度改善，能够改善根部的承压能力，提高了锻造精度，从而有效提高了长颈法兰的机械强度。

具体而言，阶梯孔包括大孔段和小孔段，其中：

大孔段位于原料的长颈段内部，小孔段位于法兰段内部；

大孔段的大孔轴心与小孔段的小孔轴心共轴且大孔孔径大于小孔孔径。

在实施中，长颈法兰的长颈段的高度H，直径为D，法兰段的直径为d，高度为h，与阶梯孔大孔段的深度y的关系由以下公式确定：，

锻造比P由以下公式确定：,

式中，A₀为锻造后原料坯的横截面积，A为锻造前原料坯的横截面积；

优选的，选择锻造比为2.5~3.0。

小孔段直径d₂与锻造比P之间的关系由以下公式确定：，

式中d₁为原料坯直径，y为大孔段的深度，D为长颈段直径。

本发明实施例通过设置大孔段和小孔段，改变传统工艺中一次冲孔的过程，通过设置阶梯孔，提高了材料利用率的同时，由于大孔段用于制备后续长颈法兰的长颈部分，小孔段用于制造后续长颈法兰的法兰部分，小孔段保留的坯料更多，用于通过模锻形成后续的法兰部以及对应成形模具中过渡部的长颈部与法兰部的连接根部，锻造的过程可以改善材料的流动性，使法兰部及连接根部经过锻造后形成致密的内部组织，有利于后续模锻长颈法兰的法兰部过程中原料坯相互挤压的更加致密，提高长颈法兰的法兰部及连接根部的承压能力。

请参阅图3所示，提供一种用于模锻的成形模具包括：

长颈成形部5，其设置在成形模具的下方，用以成形长颈部；

法兰成形部4，其设置在成形模具的上方，用以成形法兰部；

过渡部6，其与长颈成形部5和法兰成形部4相连，用以成形长颈部和法兰部的连接件。

具体而言，成形模具还包括设置在成形模具内部并与大孔端孔径配合的芯棒7且芯棒7的高度小于大孔段的深度。

具体而言，一次模锻的过程为将冲孔后的初级坯放入成形模具内，使用带有凹槽的镦粗板对初级坯进行压肩处理；

其中，凹槽外径大于原料坯的外径且凹槽外径小于法兰外径。

优先的，在一个具体的实施例中，镦粗板为一个面积至少大于长颈法兰的法兰端面的尺寸的平板，镦粗板的凹槽设置为直径大于原料坯的外径，其可以使用现有技术中的任一种方式，在此不再赘述。

本发明实施例采用成形模具进行锻造可以提高生产效率并且提高尺寸精度，有助于降低生产成本，提高生产效率，确保了每个锻造产品的一致性和精度。相较于其他手工或半自动的锻造方法，它能够提供更高的质量稳定性。

本发明实施例设置芯棒7可以在锻造过程中形成长颈法兰的长颈段的中空结构，有助于引导金属在锻造过程中的流动，提高长颈段内壁的成形强度，芯棒高度小于大孔段的深度可确保原料坯充分填充模具的所有区域，减少气孔和缺陷的产生，芯棒高度小于大孔段深度可确保模锻过程中长颈法兰的法兰部的模锻得更加充分。

本发明实施例采用镦粗板对初级坯进行压肩处理有助于减少法兰坯的应力集中点，在肩部形成平坦的表面可以均匀分布载荷，降低零件在肩部区域的应力集中，从而提高零件的耐久性和寿命，压肩处理可以确保法兰坯边缘处的平整度和一致性。

请参阅图4所示，在对初级坯的法兰段进行模锻的步骤包括：

在成形模具中固定长颈段，并对法兰段进行一次模锻；

根据一次模锻后的法兰端的孔径，确定二次模锻前是否进行扩孔；

若进行扩孔，则根据一次模锻后法兰段的尺寸与长颈法兰的法兰坯的尺寸确定扩孔孔径，并在扩孔后对法兰段进行二次模锻形成法兰部；

若无需扩孔，则在一次模锻后继续对法兰段进行二次模锻形成法兰部。

在实施中，设定一次模锻后法兰段的外径X₁，所需长颈法兰的法兰部的外径为X₂，其比值，将Z与预设比值Z₀进行比较；

其中若Z＜Z₀，则需要进行扩孔处理，扩孔孔径d₃由以下公式确定：，

式中，H为长颈段高度，y为大孔段深度，n为法兰部的高度；

若Z≥Z0，则不需进行扩孔处理。

具体而言，拼合工装通过固定两个贴合的法兰端面的通孔形成以贴合面为对称面对称设置的拼合件，或固定两个法兰端面的外周形成以贴合面为对称面对称设置的拼合件。

在一个具体的实施例中，拼合工装可以是一个夹持两个贴合的法兰端面通孔的夹具，以使两个贴合的法兰端面形成稳定的固定连接，保证后续碾环处理中两个法兰端面不发生相对移动；

在另一个具体的实施例中，拼合工装可以是一个夹持两个贴合的法兰端面的外周的夹具，以使两个贴合的法兰端面的外周形成稳定的固定连接，保证后续碾环处理中两个法兰端面不发生相对移动；

可以理解的是，拼合件的两个贴合的法兰端面的轴线重合。

具体而言，在对拼合件进行内孔成形的过程中，包括第一碾压处理和第二碾压处理，用以控制锥颈斜度在预设范围内；

内孔成形用以形成长颈法兰中法兰部与长颈部连接的根部的形状；

其中，锥颈斜度α由以下公式确定：，

式中，D₁为根颈直径，D₂为颈口直径，H为长颈的长度。

本发明实施例通过改变传统长颈法兰逐一碾环的工艺，转为在碾环过程中采用拼合工装进行碾环处理，有效避免碾环过程中因长颈法兰已碾环的部分与未碾环的部分造成的形状、质量不均导致碾压受力不均匀，对称施加碾压力可以提高长颈法兰的长颈部和过渡部的成形精度。

本发明实施例碾环处理中对长颈法兰的法兰部与长颈部之间的过渡部采用扩孔模具进行扩孔处理，保证过渡部的锥颈斜度在科学范围内，能够提高过渡部的承压能力，从而有效提高了过渡部的机械强度。

在实施中，锥颈斜度α为过渡部切线与法兰轴线方向所夹锐角；优选的锥颈斜度的预设范围可以是5°≤α≤45°。

具体而言，第一碾压处理为将拼合件进行加热，使用对称设置的扩孔模具对拼合件的两个过渡部同时以相同碾压参数进行扩孔。

本发明实施例第一碾压处理通过对过渡部进行碾压塑形，提高了长颈法兰过渡部的抗压强度，较未碾压的过渡段的抗压强度能够提高10%左右。

具体而言，第二碾压处理为将经过第一碾压处理的拼合件的长颈段的径向进行碾压塑形。

本发明实施例第一碾压处理通过对长颈段的径向进行碾压塑形，提高了长颈法兰长颈段的抗压强度，较未碾压的长颈段的抗压强度提高12%左右。

请参阅图5所示，本发明实施例提供一种辗环设备，其通过设置在外侧的拼合工装夹持拼合件，内部通过对称设置的辊轧9，以通过同一次辗环，形成拼合件的两个长颈法兰的过渡部；

本发明实施例采用碾环设备工作步骤包括：

压延：拼合件进入辊轧机后，被置于一系列辊轧之间，辊轧9包括上辊和下辊，通过辊轧对拼合件进行压制延长；

形状调整：通过调整辊轧9的间隙和角度，上下辊的运动以及它们之间的压力和速度调整影响了长颈法兰的形变，可以改变长颈法兰过渡部的锥颈斜度和长颈段1的尺寸。

连续轧制：在连续经过一组组辊轧9后，形状和尺寸逐渐改变，直到达到所需的最终产品规格。

冷却：经过轧制后的长颈法兰通过冷却设备，如冷却液或空气冷却系统，以降低温度，固化金属结构。

剪切和分切：最后，得到的拼合工装可以通过切断机或切割机进行剪切和分切，以获得所需的长颈法兰。

可以理解的是，还可以通过设置有形成长颈法兰的长颈段的对称设置的轧辊，以通过同一次辗环，形成拼合件的两个长颈法兰的长颈段1，其具体设置方式可以使用现有技术中的任一种实现方式，在此不再赘述。

锻造可以使金属晶粒重新排列，增加晶界的位错，提高金属的塑性，消除或减小缺陷，使晶粒更加致密和有序，有助于改善金属的表面质量和内部结构，减少应力集中和微观裂纹的发生，提高金属的疲劳寿命；有助于提高金属的韧性，即其在受到冲击或振动负载时的抗裂纹扩展能力。

可以理解的是，本发明实施例中锻造过程中的金属的热处理部分适用于现有技术中的任一种方式，在此不做限定。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明；对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种长颈法兰的锻造工艺，其特征在于，包括：

将棒状原料经切割、加热、镦粗、拔长，形成原料坯；

对所述原料坯从长颈端冲阶梯孔，根据长颈法兰的长颈段与法兰段的尺寸确定阶梯孔的大孔段的深度，根据长颈法兰的法兰段的锻造比及大孔段的深度确定阶梯孔的小孔段的直径，以形成长颈法兰的初级坯；

对所述初级坯的法兰段进行模锻形成法兰部，形成长颈法兰的法兰坯；

对所述法兰部的法兰端面进行切削找平；

对所述法兰部进行冲孔，以使所述法兰坯的内部形成贯通所述大孔段的通孔；

使用拼合工装，将两个法兰端面找平并冲孔完成的法兰坯的法兰端面相贴拼合，形成拼合件；

采用辗环设备对所述拼合件进行内孔成形，形成长颈法兰的内孔造型。

2.根据权利要求1所述的长颈法兰的锻造工艺，其特征在于，所述阶梯孔包括大孔段和小孔段，其中：

所述大孔段位于所述原料坯的长颈段内部，所述小孔段位于所述法兰段内部；

所述大孔段的大孔轴心与所述小孔段的小孔轴心共轴且大孔孔径大于小孔孔径。

3.根据权利要求2所述的长颈法兰的锻造工艺，其特征在于，在对所述初级坯的法兰段进行所述模锻的步骤包括：

在成形模具中固定所述长颈段，并对所述法兰段进行一次模锻；

根据所述一次模锻后的法兰端的孔径，确定二次模锻前是否进行扩孔；

若进行扩孔，则根据一次模锻后所述法兰段的尺寸与长颈法兰的法兰坯的尺寸确定扩孔孔径，并在扩孔后对所述法兰段进行二次模锻形成法兰部；

若无需扩孔，则在一次模锻后继续对所述法兰段进行二次模锻形成法兰部。

4.根据权利要求3所述的长颈法兰的锻造工艺，其特征在于，所述成形模具包括：

长颈成形部，其设置在所述成形模具的下方，用以形成所述长颈法兰的长颈部；

法兰成形部，其设置在所述成形模具的上方，用以形成所述长颈法兰的法兰部；

过渡部，其与所述长颈成形部和所述法兰成形部相连，用以形成所述长颈部和所述法兰部的连接部；

其中，所述连接部至少包括所述长颈法兰中法兰部与长颈部连接的根部。

5.根据权利要求4所述的长颈法兰的锻造工艺，其特征在于，所述成形模具还包括设置在所述成形模具内部并与所述大孔段孔径配合的芯棒且芯棒高度小于所述大孔段的深度。

6.根据权利要求5所述的长颈法兰的锻造工艺，其特征在于，所述一次模锻的过程为将冲孔后的初级坯放入成形模具内，使用带有凹槽的镦粗板对初级坯进行压肩处理；

其中，所述凹槽外径大于所述原料坯的外径且凹槽外径小于法兰外径。

7.根据权利要求6所述的长颈法兰的锻造工艺，其特征在于，所述拼合工装通过固定两个贴合的法兰端面的通孔形成以贴合面为对称面对称设置的所述拼合件，或固定两个法兰端面的外周形成以贴合面为对称面对称设置的所述拼合件。

8.根据权利要求7所述的长颈法兰的锻造工艺，其特征在于，在对所述拼合件进行所述内孔成形的过程中，包括第一碾压处理和第二碾压处理，用以控制锥颈斜度在预设范围内；

其中，所述内孔成形用以形成所述长颈法兰中法兰部与长颈部连接的根部的形状；

所述锥颈斜度α由以下公式确定：，

式中，D₁为长颈法兰的根颈直径，D₂为长颈法兰的颈口直径，H为长颈的长度。

9.根据权利要求8所述的长颈法兰的锻造工艺，其特征在于，所述第一碾压处理为将所述拼合件进行加热，使用对称设置的扩孔模具对所述拼合件的两个过渡部同时以相同碾压参数进行扩孔。

10.根据权利要求9所述的长颈法兰的锻造工艺，其特征在于，所述第二碾压处理为将经过所述第一碾压处理的所述拼合件的长颈段的径向进行碾压塑形。