一种大型厚壁筒形坯料热旋压成形封头的方法
【专利摘要】本发明公开了一种大型厚壁筒形坯料热旋压成形封头的方法，适用于壁厚大于80mm，直径大于4000mm的大型封头锻件整体制造。主要工艺步骤如下：1)将筒形坯料变形段加热至奥氏体转变温度以上；2)将坯料装卡、固定至旋压机上；3)坯料随旋压机主轴自转，内、外辊轮配合进行多道次热旋压，通过调整内外辊轮辊缝间隙和运动轨迹控制封头锻件的壁厚尺寸和形状。本发明避免了用压机锻造饼形坯料的工序，以及将饼形坯料在模具中冲压成形的传统工序，不需要制备专用冲压模具，适用于大型封头锻件整体制造。
【专利说明】一种大型厚壁筒形坯料热旋压成形封头的方法【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种大型厚壁筒形坯料热旋压成形封头的工艺方法，尤其适用于壁厚大于80mm，直径大于4000mm的超大型封头锻件的整体制造，属于大型铸锻件制造【技术领域】。
【背景技术】
[0002]随着石油化工和核电行业的迅速发展，大型压力容器的规格逐渐增大。作为大型压力容器关键件之一的封头属于大型厚壁件，其尺寸随压力容器规格的增大而增大，制造难度也随之增大。目前，大型厚壁封头锻件常用的制造工艺主要包括以下步骤：（I)利用压机，采用自由锻方式制备圆饼形坯料；（2)将圆饼形坯料进行机加工；（3)将机加工后的圆饼形坯料在专用模具中冲压成形。针对不同规格的封头，该传统工艺需要配备专用冲压辅具，辅具通用性不强，制造成本高。并且，由于压机工作空间有限，可锻造成圆饼形坯料的最大直径受现有压机工作空间的制约。即采用冲压工艺锻造封头，若所需饼形坯料直径超出了现有压机的工作范围，则无法实现大型厚壁封头的整体锻造，成为制约大型厚壁封头锻件整体制造的瓶颈。
【发明内容】
[0003]为了解决大型厚壁封头锻件整体锻造成形困难的问题，本发明提供了一种采用大型厚壁筒形坯料热旋压成形封头的工艺方法，适用于壁厚大于80mm，直径大于4000mm的大型封头锻件的整体制造。通过这种方法加工的封头，整体性好，变形力小。技术方案如下：
[0004]一种大型厚壁筒形坯料热旋压成形封头的方法，包括将所述筒形坯料加热的步骤和使用旋压机对筒形坯料壁进行热旋压整体成形的步骤。
[0005]所述加热是指加热到奥氏体转变温度以上。
[0006]所述热旋压指多道次热旋`压。
[0007]配合所述多道次热旋压，所述加热的步骤为多火次加热，即当坯料温度降低至可行性变形温度之下时，便对坯料进行加热，而后继续进行旋压。
[0008]具体通过以下步骤实现：
[0009]I)将一段筒形坯料沿长度划分为装卡段和收口变形段，仅将收口变形段加热至奥氏体转变温度以上；
[0010]2)对收口变形段加热至奥氏体转变温度之后，将所述装卡段装卡到旋压机夹具上，保持筒形坯料的中心线与旋压机主轴中心线重合，将旋压机的内、外辊轮分别置于筒壁内、外两侧旋压起点处；
[0011]3)在坯料和辊轮安装到位后，启动旋压机，使筒形坯料随旋压机主轴自转，而后使内、外辊轮沿预设的旋压轨迹方向进给并自转，内、外辊轮配合进行热旋压整体成形。
[0012]步骤3)中，内、外辊轮配合进行多道次热旋压成形。
[0013]所述内、外辊轮与坯料接触的旋压面为圆弧面。[0014]并且每一道次热旋压时，辊轮是从收口变形段的大端向收口端方向，沿旋压轨迹进给，并且旋压起点逐渐靠近所述装卡段，旋压起点每次轴向移动量在100?210mm之间。
[0015]热旋压时，通过调整内、外辊轮的辊缝间隙控制封头的壁厚，通过调整辊轮的旋压轨迹控制封头的形状。
[0016]所述装卡段可作为压力容器直段筒体的一部分，完成封头与部分直段筒体的整体成形，减少拼接焊缝。
[0017]本发明可以加工壁厚大于80mm,直径大于4000mm的大型封头。
[0018]本发明与传统采用冲压工艺制造大型厚壁封头锻件相比，存在以下优点：
[0019](I)本发明将成形封头锻件的坯料由圆饼形坯料改为筒形坯料，摆脱了压机工作空间对可成形圆饼形坯料直径尺寸的限制，扩大了可成形整体封头锻件的尺寸规格。
[0020](2)本发明不需要制备冲压模具，减少了冲压模具摆放空间和制造成本。
[0021](3)本发明采用筒形坯料热旋压制造封头锻件可以完成封头与压力容器部分直段筒体的整体成形，减少拼接焊缝，提高压力容器设备运行的稳定性。
[0022](4)本发明实施热旋压工艺时，可以采用不同的辊轮旋压轨迹，可以实现不同规格、不同形状封头锻件的无模整体制造，达到节能降耗的目的。
[0023]综上所述，本发明特别适用于大型厚壁封头锻件的整体锻造。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图I为筒形坯料示意图；
[0025]图2为采用旋压机进行筒形坯料热旋压成形封头锻件的示意图；
[0026]图3为筒形坯料多道次热旋压工艺示意图；
[0027]图4为带直段的整体封头示意图。
【具体实施方式】
[0028]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明。
[0029]本发明采用大型厚壁筒形坯料热旋压成形封头的工艺方法，通过以下步骤实现：
[0030]( I)准备一段外径为D，内径为d，壁厚为t的厚壁筒形坯料，其中，D >Φ 4000mm, t=0. 5 (D-d) > 80mm，并对坯料沿长度划分为装卡段I和收口变形段2。
[0031](2)仅将筒形坯料的收口变形段2 —端进行加热，加热至奥氏体转变温度Ac3以上。
[0032](3)对收口变形段2加热到Ac3之后，将装卡段I装卡至旋压机夹具3上，保持筒形坯料的中心线与旋压机主轴中心线重合，如图2所示。将旋压机的内、外辊轮4、5分别置于筒形坯料的筒壁内、外两侧。
[0033]辊轮是回转体，既可以在回转驱动装置的带动下绕自己的回转中心旋转，也可以在进给装置的驱动下沿既定的轨迹移动。筒形坯料夹设在内辊轮4和外辊轮5之间，通过辊轮的旋压成形，每道次旋压时，首先使两个辊轮靠近坯料的筒壁内、外侧，调整辊轮至旋压起点，而后按预设的旋压轨迹开始旋压。通过调整内、外辊轮的辊缝间隙和运动轨迹控制封头锻件的壁厚尺寸和形状，其中，调整内外辊轮间隙用于控制封头锻件的壁厚尺寸，调整辊轮运动轨迹用于控制封头锻件的形状。辊轮与坯料接触的旋压面为圆弧面，这样可以避免旋压时辊轮对锻件表面造成啃伤，有利于提高封头锻件表面的光滑程度，提高旋压质量。
[0034](4)在坯料和辊轮安装到位后，启动旋压机，使筒形坯料随旋压机主轴自转（图2中所示运动①)，内、外辊轮沿旋压轨迹进给（图2中所示运动②)的同时自转（图2中所示运动③)。[0035]由于大型封头尺寸大，壁厚，在旋压过程中，往往需要内、外辊轮配合进行多道次热旋压。图3为筒形坯料多道次热旋压成形封头锻件的示意图，旋压时，辊轮的旋压起点位于高温收口变形段2的大端(接近低温装卡段I 一端)，辊轮从变形段大端向收口端沿旋压轨迹逐渐进给(旋压轨迹的确定是根据具体封头锻件的外形尺寸通过软件模拟得出的)。每道次旋压完成后，重新调整辊轮至下一道次的旋压起点，继续进行旋压。图3所示的I、
2、3…η分别为旋压起点，起点按顺序逐渐靠近低温装卡段,旋压起点每次轴向移动量在100~210_之间，这样既可以节省旋压力，又可以保证成品件表面光滑成形。旋压轨迹I’、2’、3’…η’逐渐次接近封头形状。随着旋压道次的增多，筒形旋压坯料逐渐逼近封头锻件的形状。
[0036]采用筒形坯料热旋压制造超大型厚壁封头锻件时，坯料总变形量大，变形抗力大，有时不能在一火次、一道次内完成封头锻件成形过程，需要进行一火次、多道次热旋压，或多火次、多道次热旋压。配合多道次热旋压，可以增设多火次加热，以保证旋压温度，便于旋压成形。即旋压过程中当坯料温度降低至可行性变形温度之下时，需要对坯料重新进行加热，而后继续进行旋压。具体可行性变形温度、旋压火次根据坯料材料、大小、壁厚等参数具体确定。
[0037]目前，石油化工和核电行业所用大型压力容器制造过程中，首先分别锻出直段筒体和封头，而后将直段筒体和封头拼焊在一起。利用本工艺，筒形坯料装卡段I可以直接作为压力容器的部分直段筒体，而收口变形段2加工成为封头，完成封头与部分直段筒体的整体成形（见图4)，减少了拼接焊缝，有利于提高压力容器设备运行的稳定性。
[0038]采用不同的辊轮旋压轨迹进行热旋压，可以实现不同规格、不同形状封头锻件的无模制造，达到节能降耗的目的。
[0039]上述实施例仅例举了大型厚壁封头锻件的加工，对于小型薄壁件同样也是可行的，但往往由于小型薄壁件壁薄，只采用外部一个辊轮热旋压即可实现，只有对于那些用外部一个辊轮热旋压不能实现的大型、厚壁件的成形才会使用此方法。值得说明的是，凡未脱离本发明技术方案内容或依据本发明核心技术所作的任何简单修改、等同替换或等效变换形成的技术方案，均应在本发明保护范围之内。
【权利要求】
1.一种大型厚壁筒形坯料热旋压成形封头的方法，其特征在于，包括将所述筒形坯料加热的步骤和使用旋压机对筒形坯料壁进行热旋压整体成形的步骤。
2.根据权利要求I所述的大型厚壁筒形坯料热旋压成形封头的方法，其特征在于，所述加热是指加热到奥氏体转变温度以上。
3.根据权利要求I所述的大型厚壁筒形坯料热旋压成形封头的方法，其特征在于，所述热旋压指多道次热旋压。
4.根据权利要求2或3所述的大型厚壁筒形坯料热旋压成形封头的方法，其特征在于，配合所述多道次热旋压，所述加热的步骤为多火次加热，即当坯料温度降低至可行性变形温度之下时，便对坯料进行加热，而后继续进行旋压。
5.根据权利要求I或2或3所述的大型厚壁筒形坯料热旋压成形封头的方法，其特征在于，具体通过以下步骤实现： 1)将一段筒形坯料沿长度划分为装卡段和收口变形段，仅将收口变形段加热至奥氏体转变温度以上； 2)对收口变形段加热至奥氏体转变温度之后，将所述装卡段装卡到旋压机夹具上，保持筒形坯料的中心线与旋压机主轴中心线重合，将旋压机的内、外辊轮分别置于筒壁内、夕卜两侧旋压起点处； 3)在坯料和辊轮安装到位后，启动旋压机，使筒形坯料随旋压机主轴自转，而后使内、外辊轮沿预设的旋压轨迹方向进给并自转，内、外辊轮配合进行热旋压整体成形。
6.根据权利要求5所述的大型厚壁筒形坯料热旋压成形封头的方法，其特征在于，步骤3)中，内、外辊轮配合进行多道次热旋压成形。
7.根据权利要求5或6所述的大型厚壁筒形坯料热旋压成形封头的方法，其特征在于，所述内、外辊轮与坯料接触的旋压面为圆弧面。
8.根据权利要求5或6或7所述的大型厚壁筒形坯料热旋压成形封头的方法，其特征在于，热旋压时，辊轮是从收口变形段的大端向收口端方向，沿旋压轨迹进给，对于多道次旋压，起点逐渐次靠近所述装卡段，每次轴向移动量在100?210mm之间。
9.根据权利要求6所述的大型厚壁筒形坯料热旋压成形封头的方法，其特征在于，配合多道次热旋压，增设多火次加热，即在旋压过程中当坯料温度降低至可行性变形温度之下时，对坯料重新进行加热，而后继续进行旋压。
10.根据权利要求5所述的大型厚壁筒形坯料热旋压成形封头的方法，其特征在于，所述装卡段与压力容器直段筒体整体成形，作为直段筒体的一部分。
【文档编号】B21D22/14GK103691789SQ201310660819
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年12月6日 优先权日:2013年12月6日
【发明者】吴生富, 赵玲玲, 刘颖, 刘凯泉 申请人:天津重型装备工程研究有限公司, 中国第一重型机械股份公司