核电水室整体顶盖的塑性成形工艺及其所用智能锻造压机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种核电用封头、三通、阀体、法兰，或其他高端重型装备用的封头、三通、阀体、法兰的塑性成形工艺及其快速成型装备，特别涉及一种核电水室整体顶盖的塑性成形工艺及其所用智能锻造压机。
【背景技术】
[0002]现如今，全球核电工业已进入了一个高速发展时期，为了改善能源结构，各工业发达国家和发展中国家都在积极致力于核电的发展。目前的核电产业已经发展到第三代核电技术，即采用AP1000核能电站。该核电站的装备中，其关键部件(包括压力容器、蒸汽发生器等)全部采用锻件制造。传统自由锻核电锻造工艺，由于锻造精度低，形成很大加工余量；成形能力差，大量的结构无法成形，需靠“敷料”来简化锻件，因而增加了锻件重量；更为重要的是，为保正“锻透”，保证各种自由锻工艺规范的执行，必件采用数倍于锻件重量的钢锭，材料浪费十分严重。这些关键部件不仅尺寸巨大，而且外形也较为复杂，因此这种大型锻件的制造是核电站制造中的一大难题。蒸汽发生器中的水室整体顶盖(如图1所示)，由于其尺寸巨大，外形复杂，品质要求高，现有技术制造周期长，加工成本高，效率低下。
【发明内容】
[0003]为了弥补以上不足，本发明提供了一种核电水室整体顶盖的塑性成形工艺及其所用智能锻造压机，该核电水室整体顶盖的塑性成形工艺及其所用智能锻造压机锻造精度高、节省材料、无需专用模具、锻造柔性高、加工成本低。
[0004]本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是:一种核电水室整体顶盖的塑性成形工艺，具体步骤如下:
[0005]步骤一:对锻件进行三维建模并采用有限元分析软件对模型进行塑性变形的数字模拟，得到智能锻造前后锻件的几何尺寸值；
[0006]步骤二:使用大型LCD (激光熔覆沉积)近净成形，得到步骤一所模拟的智能锻造前的锻件尺寸外形；
[0007]步骤三:顶部弧面智能塑性成形:将LCD成形的坯料定位在支撑装置上，智能锻造压机启动，主缸垂直向上运动推动坯料与智能锻压机智能主压头接触挤压，智能主压头挤压坯料进行塑性锻造成形，同时旋转工作台带动坯料在水平面内沿主缸的轴心作旋转运动，从而完成水室整体顶盖顶部弧面的塑性锻造成形，在锻造过程中，传感系统直接或间接实时反馈坯料温度、压头挤压力大小和坯料金属流动位移数据给智能锻造压机的控制系统，控制系统根据传感系统反馈的数据控制智能塑性成形液压机施力，同时控制旋转工作台的转动速度来改变压头的施力特征，所述施力特征包括压头压入高温金属坯料形成的分布作用力的分布形态、大小总值、施加方位；
[0008]步骤四:圆柱侧面环形智能塑性成形:水室整体顶盖顶部弧面塑性锻造成形完成以后，主缸继续垂直向上运动一定距离，从而推动智能锻造压机的活动横梁、移动工作台、旋转工作台、模具和坯料锻件一起垂直向上运动，与此同时主压头与主缸同步向上运动(保证已经完成的水室整体顶盖顶部弧面的尺寸不变)，主缸运动到位的同时，四个水平机架的支撑液压缸向下运动一定距离，使水平缸到达加工位置，智能辅助压头伸出顶住水室整体顶盖圆柱面侧面的内表面，水平缸顶杆向前运动推动坯料与智能锻压机智能辅助压头接触挤压，智能辅助压头和水平缸顶杆上的模具挤压坯料进行塑性锻造成形，同时旋转工作台带动坯料在水平面内沿主缸的轴心作旋转运动，从而完成水室整体顶盖圆柱侧面的塑性锻造成形，在锻造过程中，传感系统直接或间接实时反馈坯料温度、压头挤压力大小和坯料金属流动位移数据给控制系统，控制系统根据传感系统反馈的数据控制智能塑性成形液压机施力，同时控制旋转工作台的转动速度来改变压头的施力特征，所述施力特征包括压头压入高温金属坯料形成的分布作用力的分布形态、大小总值、施加方位。
[0009]作为发明的进一步改进，在步骤三和步骤四中在挤压坯料进行塑性锻造成形的同时对接触部位局部加热。
[0010]一种智能锻造压机，包括垂直机架、水平机架、活动横梁、移动工作台、旋转工作台、主工作缸、水平工作缸、支撑缸、智能主压头、智能辅助压头、传感系统和控制系统，所述垂直机架固定安装于地面，主工作缸的缸体固定安装于垂直机架下端梁上，其活塞杆能够纵向伸缩，活动横梁能够沿纵向滑动设于垂直机架内，活动横梁与主工作缸的活塞杆相连接，移动工作台固定安装于活动横梁上，旋转工作台能够绕竖直的轴转动定位于移动工作台上，水平机架纵向能够滑动套设于垂直家家上，支撑缸的缸体与垂直机架固连，支撑缸的活塞杆与水平机架固连，至少一个水平工作缸固定安装于水平机架上，智能主压头纵向能够伸缩固定定位于垂直机架上，至少一个智能辅助压头沿水平方向能够伸缩固定定位垂直机架上，且各个智能辅助压头恰能够与水平机架上各个水平工作缸的活塞杆一一对应，各个传感系统分别安装于智能主压头和智能辅助压头上并能感应到锻件温度、压头对锻件的压力和锻件金属流动位移数据并传信于控制系统，控制系统控制旋转工作台、主工作缸、水平工作缸、支撑缸、智能主压头和智能辅助压头动作。
[0011]作为发明的进一步改进，还设有上砧子固定板和上砧子，所述上砧子固定板固定安装于垂直机架上端梁上，上砧子能够沿水平方向滑动安装于上砧子固定板上，智能主压头和智能辅助压头分别固定安装于上砧子上。
[0012]作为发明的进一步改进，所述水平工作缸的活塞杆端部固定安装有水平砧子。
[0013]作为发明的进一步改进，所述水平工作缸的数量为4个，均匀分布于水平机架上，且各个水平工作缸活塞杆能够与各个智能辅助压头联动保持一一同轴正对的位置状态。
[0014]作为发明的进一步改进，所述智能主压头挤压面与工件顶部弧面一致，且棱边分别形成有楔入角。
[0015]作为发明的进一步改进，所述垂直机架水平机架均为预应力钢丝缠绕机架。
[0016]作为发明的进一步改进，所述旋转工作台由步进系统带动作步进旋转。
[0017]作为发明的进一步改进，所述旋转工作台上还设有用于定位锻件的支撑装置。
[0018]本发明的有益技术效果是:本发明采用大型IXD工艺和智能锻压机创造性的结合，使锻件锻透，锻件的变形均匀，能够将水室整体顶盖锻件从头到尾获得整体压实，使水室整体顶盖锻件晶粒细匀，组织不偏析，性能稳定，满足核电容器的各项技术指标，从而得到锻造精度高、节省材料、加工周期短、锻造柔性高、加工成本低的水室整体顶盖，它摒弃了模锻以型腔控制和保证锻件的结构和精度的传统方法，在大型LCD近净成形的基础上，通过智能锻压机改变施力特征，从而控制金属的流向，完成锻造成形。
【附图说明】
[0019]图1为本发明所锻造的水室整体顶盖立体图；
[0020]图2为本发明的智能锻造压机主视图；
[0021]图3为本发明智能锻造压机俯视图。
【具体实施方式】
[0022]实施例:一种核电水室整体顶盖的塑性成形工艺，具体步骤如下:
[0023]步骤一:对锻件进行三维建模并采用有限元分析软件对模型进行塑性变形的数字模拟，得到智能锻造前后锻件的几何尺寸值；
[0024]步骤二:使用大型LCD (激光熔覆沉积)近净成形，得到步骤一所模拟的智能锻造前的锻件尺寸外形；
[0025]步骤三:顶部弧面智能塑性成形:将LCD成形的坯料定位在支撑装置上，智能锻造压机启动，主缸垂直向上运动推动坯料与智能锻压机智能主压头3接触挤压，智能主压头3挤压坯料进行塑性锻造成形，同时旋转工作台5带动坯料在水平面内沿主缸的轴心作旋转运动，从而完成水室整体顶盖顶部弧面的塑性锻造成形，在锻造过程中，传感系统直接或间接实时反馈坯料温度、压头挤压力大小和坯料金属流动位移数据给智能锻造压机的控制系统，控制系统根据传感系统反馈的数据控制智能塑性成形液压机施力，同时控制旋转工作台5的转动速度来改变压头的施力特征，所述施力特征包括压头压入高温金属坯料形成的分布作用力的分布形态、大小总值、施加方位；
[0026]步骤四:圆柱侧面环形智能塑性成形:水室整体顶盖顶部弧面塑性锻造成形完成以后，主缸继续垂直向上运动一定距离，从而推动智能锻造压机的活动横梁14、移动工作台13、旋转工作台5、模具和坯料锻件一起垂直向上运动，与此同时主压头与主缸同步向上运动(保证已经完成的水室整体顶盖顶部弧面的尺寸不变)，主缸运动到位的同时，四个水平机架6的支撑液压缸向下运动一定距离，使水平缸到达加工位置，智能辅助压头4伸出顶住水室整体顶盖圆柱面侧面的内表面，水平缸顶杆向前运动推动坯料与智能锻压机智能辅助压头4接触挤，智能辅助压头4和水平缸顶杆上的模具挤压坯料进行塑性锻造成形，同时旋转工作台5带动坯料在水平面内沿主缸的轴心作旋转运动，从而完成水室整体顶盖圆柱侧面的塑性锻造成形，在锻造过程中，传感系统直接或间接实时反馈坯料温度、压头挤压力大小和坯料金属流动位移数据给控制系统，控制系统根据传感系统反馈的数据控制智能塑性成形液压机施力，同时控制旋转工作台5的转动速度来改变压头的施力特征，所述施力特征包括压头压入高温金属坯料形成的分布作用力的分布形态、大小总值、施加方位。
[0027]通过将大型IXD工艺和智能锻压机相结合，先通过IXD工艺制造高精度的坯料，然后采用智能锻压机对坯料进行智能锻压成型，锻件的变形均匀，能够将水室整体顶盖锻件从头到尾获得整体压实，使水室整体顶盖锻件晶粒细匀，组织不偏析，性能稳定，满足核电容器的各项技术指标，从而得到锻造精度高、节省材料、加工周期短、锻造柔性高、加工成本低的水室整体顶盖，它摒弃了模锻以型腔控制和保证锻件的结构和精度的传统方法，在大型LCD近净成形的基础上，通过智能锻压机改变施力特征，从而控制金属的流向，完成锻造成形。
[0028]在步骤三和步骤四中在挤压坯料进行塑性锻造成形的同时对接触