CN1907594A - 一种复合压力容器内衬半壳体毛坯模锻成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及压力容器制造技术，具体为一种复合压力容器内衬半壳体毛坯模锻成型方法。采用一个阴模和至少两个形状、直径不同的冲头分道次进行反挤变形，每一道次冲头对毛坯的作用面积大致相同，且在设备能力范围内；第一道次和第二道次，在毛坯近似等温的条件下进行；第三道以后，需要对毛坯的底部预先降温处理。本发明不同于常规半球形壳体的模锻成型采用一阴模一冲头的形式，而是采用一个阴模和多个直径、形状不同的冲头分道次进行反挤变形；本发明提供的方法可以用较小吨位的压机实现大容积复合压力容器内衬半壳体毛坯模锻成型，节省大量的模具费和试验费，有利于高可靠性大容积复合压力容器内衬的前期研制工作的开展。

Description

一种复合压力容器内衬半壳体毛坯模锻成型方法

技术领域：

本发明涉及压力容器制造技术，具体为一种复合压力容器内衬半壳体毛坯模锻成型方法。

技术背景：

复合压力容器，已广泛用于航天，航空，军事，医疗，登山，化工，煤炭等领域。由于复合压力容器具有重量轻，性能高的特点，国际上已在航天发射中用复合压力容器代替常规的金属压力容器，极大地降低航天飞行器的发射成本。大容积复合压力容器对提高航天飞机、空间站等大型飞行器结构的安全可靠性、减轻结构重量是非常明显的，是小容积复合压力容器无法替代的。

复合压力容器内衬处在朔性应变状态下工作。内衬中存在的缺陷严重影响复合压力容器的性能，并成为压力容器的疲劳裂纹源和失效源。内衬内外表面高的光洁度，能提高压力容器的疲劳裂纹萌生寿命。以往研制复合压力容器内衬往往采用冲压成形、旋压成形等方法。它们的共同特点是压力容器内衬无焊缝，但是，内衬的内外表面不同程度地存在裂纹、划伤等缺陷。特别是，压力容器内衬收口时，颈部内表面金属自由流动产生的微小裂纹和皱折，对大容积复合压力容器的疲劳寿命和爆破压力损害极大。目前发达国家在研制大容积球形、扁球形压力容器内衬时，采用模锻—机加工—焊接—热处理的生产工艺，来保证压力容器内衬的安全可靠性。该方法虽然必须用焊接方法焊接组装压力容器内衬，但是模锻成形可提高压力容器内衬的整体性能，机加工可以使压力容器内衬内外表面无缺陷并实现压力容器薄壁内衬结构优化曲线，改善压力容器内衬的应力分布，能大大提高疲劳寿命和爆破压力。然而，用该方法研制大容积复合压力容器内衬通常需用巨型压机设备(以65升球形内衬为例，需要7000吨左右压机)及模具进行内衬半壳体毛坯的模锻成型，因此研制初期投入的费用极高，起步很难。

发明内容：

本发明提供了一种复合压力容器内衬半壳体毛坯模锻成型方法，采用多道次不等温反挤方法，可以用较小吨位的压机实现大容积复合压力容器内衬半壳体毛坯模锻成型。

本发明的技术方案是：

一种复合压力容器内衬半壳体毛坯模锻成型方法，采用一个阴模和至少两个形状、直径不同的冲头分道次进行反挤变形，每一道次冲头对毛坯的作用面积相同，且在设备能力范围内；第一道次和第二道次，在毛坯等温的条件下进行；第三道以后，需要对毛坯的底部预先降温处理。

所述第二道以后的冲头直径为变直径的，从第二道冲头开始，每道冲头头部的直径都小于前一道冲头的工作段直径，而且逐渐光滑过渡到工作段。

所述的复合压力容器内衬半壳体毛坯模锻成型方法，具体步骤如下：

(1)将阴模和一道冲头安装到压机上，涂润滑剂，预热到250-300℃温度，然后将加热到成型温度的金属坯料从加热炉中取出，放入阴模中，对正；

(2)将一道冲头压入坯料，再抬起一道冲头，将坯料取出回炉保温，完成第一道变形，冲头直径小于坯料直径；

(3)将一道冲头卸下，换装二道冲头，重复1、2步骤完成第二道变形，第二道冲头直径大于第一道冲头直径；

(4)换装三道冲头，润滑、预热同步骤1，然后将坯料从炉中取出，先将坯料底部浸入冷却介质中进行局部降温，温度降至100-200℃，再放入阴模中，对正；三道冲头压下，抬起，完成第三道变形，第三道冲头直径大于第二道冲头直径；

(5)根据需要，按步骤4继续进行第四道、第五道至更多道次的变形，最终获得要求的压力容器内衬半壳体毛坯。

所述步骤2中，冲头直径与坯料直径的比例关系为0.3-0.8；第二道变形以后的每一道冲头直径与前一道冲头直径的比例关系为1.1-1.5。

所述复合压力容器的容积为20-200升，冲头压力为300-10000吨。

本发明的优点及有益效果如下：

1、本发明不同于常规半球形壳体的模锻成型采用一阴模一冲头的形式，而是采用一个阴模和多个直径、形状不同的冲头分道次进行反挤变形；本发明提供的方法可以用较小吨位的压机实现大容积复合压力容器内衬半壳体毛坯模锻成型，节省大量的模具费和试验费，有利于高可靠性大容积复合压力容器内衬的前期研制工作的开展。

2、本发明每一道次冲头对毛坯的作用面积大致相同，且在设备能力范围内。第一道次和第二道次，毛坯高度较小，不存在底部皱褶问题，在毛坯近似等温的条件下进行。第三道以后，毛坯高度较高，刚性减小，不足以支撑冲头压力的垂直分量，需要对毛坯的底部预先降温处理，增加刚性，防止出现褶皱。

附图说明

图1a-b为常规半球形壳体的模锻成型示意图。

图2a-e为多道次不等温反挤成型示意图。

图中，1阴模；2毛坯金属原材料；3料垫；4冲头；5内衬半壳体毛坯；6一道冲头；7二道冲头；8三道冲头；9四道冲头。

具体实施方式：

如图2a-e所示，本发明一种复合压力容器内衬半壳体毛坯模锻成型方法包括：

1、一个阴模和至少两个形状、直径不同的冲头，本实例阴模直径为467mm，深度为550mm，冲头数量为4个，本实施例冲头压力为900吨；

2、首先将阴模和一道冲头6安装到压机上，涂润滑剂，预热到一定温度，然后将加热到成型温度的金属坯料(本实施例为铝)从加热炉中取出，放入阴模中，对正。本实施例中，润滑剂采用油性石墨，阴模和一道冲头预热温度为250℃左右；

3、将一道冲头压入坯料，再抬起，将坯料取出回炉保温，完成第一道变形，冲头直径为220mm，坯料直径为300mm；

4、将一道冲头卸下，换装二道冲头7，重复2、3步骤完成第二道变形，冲头直径为305mm；

5、换装三道冲头8，润滑、预热同步骤2，然后将坯料从炉中取出，先将坯料底部短暂地(时间为15秒)浸入冷却介质(本实例为潮湿锯末)中进行局部降温，温度降至150℃左右；再放入阴模中，对正。三道冲头压下，抬起，完成第三道变形，冲头直径为370mm；

6、换装四道冲头9，按步骤5进行第四道变形，冲头直径为420mm；

最终，获得壁厚为23mm、外径为467mm、深度为＞350mm的压力容器内衬半壳体毛坯。

若需要，按步骤5继续进行第五道、第六道等多道次的变形。

如图1a-b所示，常规半球形壳体的模锻成型采用一阴模1、一冲头4的形式，通过冲头4一次性将料垫3上方的毛坯金属原材料2模锻成型，形成内衬半壳体毛坯；这种方法制造内衬毛坯需要使用大型或巨型压机设备，因此研制初期投入的费用极高，起步很难。

Claims (5)

1、一种复合压力容器内衬半壳体毛坯模锻成型方法，其特征在于采用一个阴模和至少两个形状、直径不同的冲头分道次进行反挤变形，每一道次冲头对毛坯的作用面积相同，且在设备能力范围内；第一道次和第二道次，在毛坯等温的条件下进行；第三道以后，需要对毛坯的底部预先降温处理。

2、按照权利要求1所述的复合压力容器内衬半壳体毛坯模锻成型方法，其特征在于：所述第二道以后的冲头直径为变直径的，从第二道冲头开始，每道冲头头部的直径都小于前一道冲头的工作段直径，而且逐渐光滑过渡到工作段。

3、按照权利要求1所述的复合压力容器内衬半壳体毛坯模锻成型方法，其特征在于具体步骤如下：

(1)将阴模和一道冲头安装到压机上，涂润滑剂，预热到250-300℃温度，然后将加热到成型温度的金属坯料从加热炉中取出，放入阴模中，对正；

(2)将一道冲头压入坯料，再抬起一道冲头，将坯料取出回炉保温，完成第一道变形，冲头直径小于坯料直径；

(3)将一道冲头卸下，换装二道冲头，重复1、2步骤完成第二道变形，第二道冲头直径大于第一道冲头直径；

(4)换装三道冲头，润滑、预热同步骤1，然后将坯料从炉中取出，先将坯料底部浸入冷却介质中进行局部降温，温度降至100-200℃，再放入阴模中，对正；三道冲头压下，抬起，完成第三道变形，第三道冲头直径大于第二道冲头直径；

(5)根据需要，按步骤4继续进行第四道、第五道至更多道次的变形，最终获得要求的压力容器内衬半壳体毛坯。

4、按照权利要求3所述的复合压力容器内衬半壳体毛坯模锻成型方法，其特征在于：所述步骤2中，冲头直径与坯料直径的比例关系为0.3-0.8；第二道变形以后的每一道冲头直径与前一道冲头直径的比例关系为1.1-1.5。

5、按照权利要求1所述的复合压力容器内衬半壳体毛坯模锻成型方法，其特征在于：所述复合压力容器的容积为20-200升，冲头压力为300-10000吨。