一种大型板制双焊缝三通的成形方法及成形装置的制造方法
【专利摘要】一种大型板制双焊缝三通的成形方法及成形装置，其主要是：选取与三通壁厚相同的板坯作为原材料，利用DYNAFORM软件将三通展开，得到合理的坯料尺寸，用切割机下料；加工坯料圆弧边段横截面要求的坡口尺寸；成形三通支管部分；成形三通主管部分；利用焊机焊合管坯内弧开口处；利用切割机切除三通主管两端以及支管端部多余坯料，并按三通规格要求加工端面后即可得到合格的三通零件。采用本发明获得的三通产品壁厚均匀，主管与支管过渡圆滑，成形质量高；支管肩台部分会出现增厚现象，提高三通管件薄弱部分的强度，提高使用寿命；无需加热，模具简单，材料利用率高，降低了产品成本，同时提高了生产环境。
【专利说明】
一种大型板制双焊缝三通的成形方法及成形装置
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种金属塑性加工方法及成形装置。
【背景技术】
[0002]三通管件主要用于主干线与支线分支的连接处，尤其是大型三通管件在油气输送管道以及电力运输管道中的需求量越来越大。目前大型三通的主要成形方法主要包括热压成形和焊制成形两种。
[0003]热压成形是以无缝管或焊管为坯管，经多次加热和压拔成形为三通管件。多次加热不仅浪费能源，还会改变坯管组织，使其机械性能降低；多次压拔则会导致局部表面损伤，支管管壁减薄;若坯管采用焊管，焊缝经多次加热和挤压，会使焊缝韧性降低，甚至出现裂纹。
[0004]焊制成形的三通管径最高可达2000mm，成形范围较大。但是焊制三通主管与支管连接处的内壁有尖角突出，影响了管内介质的流动性能；同时，主管与支管由环形焊缝连接，极易出现应力集中，降低管件质量，因此在高温高压条件下的使用受到限制;除此之外，焊制三通的生产效率较低，材料利用率也较低。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种可避免多次加热和压拔对坯管组织性能产生影响和避免焊接的焊缝应力集中导致管件损坏的大型板制三通的成形方法及成形装置。
[0006]—、本发明的成形方法步骤如下:
[0007]1.下料
[0008]选取与产品三通管件材质和壁厚相同的板坯作为原材料，坯料的形状利用DYNAFORM软件自带的BSE(板料尺寸计算)功能将三通展开，得到合理的坯料尺寸，用切割机下料。
[0009]2.加工坡口
[0010]将坯料装卡在机床上，通过刀具与坯料的相对运动加工出坯料圆弧边段横截面要求的坡口尺寸。
[0011]3.支管成形
[0012]将坯料放在凹模I上，通过定位销定位，使坯料中心线与凹模中心线对齐。凸模I与上模板通过螺钉联接，上模板通过现有技术与压机横梁相连。凸模I的型面尺寸与沿三通肩部焊缝所在平面展开主管下部圆截面后的内壁型面尺寸相同，凸模I与凹模I的单边间隙为(1-1.l)t，t为三通壁厚。凹模I与下模板通过螺钉联接，下模板上设有与现有技术相同的与压机工作台相连的机构。凹模I的特征在于型面尺寸与沿三通肩部焊缝所在平面展开主管下部圆截面后的外壁尺寸相同。滑块带动凸模压下，成形三通支管部分。
[0013]4.主管成形
[0014]将支管成形管坯置于凹模Π内。凸模Π安装在吊环中，并通过现有技术与压机横梁相连。凸模Π的型面尺寸与三通主管内壁尺寸相同。凹模Π与下模板通过螺钉联接，下模板上设有与现有技术相同的与压机工作台相连的机构。凹模Π的型面尺寸与三通主管外壁尺寸相同。滑块带动凸模压下，成形三通主管部分。同时，支管两半圆形截面合并。最后采用辅助装置将凸模Π从吊环中拉出，采用压机顶杆将三通管坯顶出。
[0015]5.焊接
[0016]将主管成形后管坯内弧开口处用焊机焊合，三通焊缝为两条，每条均由支管侧面的焊缝和与其相连的主管背部焊缝组成。
[0017]6.切除余料
[0018]将三通主管两端以及支管端部多余的坯料用切割机切除，并按三通规格要求加工端面后即可得到合格的三通零件。
[0019]二、本发明的成型模具如下:
[0020]1、支管成型模具
[0021 ] I)凸模I顶面为平面，底面中部为平面，其余部分与支管成型坯料形状对应，即主体近似呈倒梯形体，其有两个平行且与顶面垂直的直侧面，与该两直侧面相邻的另两个侧面为弧面也是梯形体的两个腰，该两个腰的外形尺寸均等于1/4主管内弧面尺寸，两个腰的长度等于主管长度，两个腰之间的底面长度等于主管1/2内周长。所述梯形体的两个腰中部各设一个与其圆滑过渡并连为一体的凸块，该凸块为半个圆柱体，其外尺寸与支管的内尺寸相对应。
[0022]2)凹模I内设与凸模I对应的四周及顶面均为开口的凹槽。
[0023]2、主管成型模具
[0024]I)凸模II为外径等于主管内径的圆柱体，其两端各设一个径向通孔，通孔内可设有为吊环限位的插件。吊环为一对，其下部设有内径与凸模外径对应的通孔，两吊环的通孔分别套在凸模两侧并位于径向通孔内侧，两吊环的间距大于主管长度。
[0025]2)凹模II是两竖直壁下面与一个半圆柱面底组成的上开口 U形槽，两竖直壁间距=主管内径+2*坯料壁厚，半圆柱面底的半径=主管半径+坯料壁厚，所述凹模II的长度大于主管长度并小于两吊环间距。凸模Π的型面尺寸与三通主管内壁尺寸相同，凹模Π的型面尺寸与三通主管外壁尺寸相同。
[0026]本发明与现有技术相比具有以下优点:
[0027]1.采用本发明获得的产品壁厚均匀，成形质量高。
[0028]2.三通管件的主管与支管过渡圆滑，改善了介质的流通性。
[0029]3.支管肩台部分会出现增厚现象，提高三通管件薄弱部分的强度，提高使用寿命。
[0030]4.无需加热，管坯组织均匀，能源消耗少。
[0031 ] 5.模具简单，便于操作，同时提高了生产环境。
[0032]6.材料利用率高，降低了产品成本。
【附图说明】
[0033]图1为本发明成形三通主视示意简图。
[0034]图2为本发明成形三通左视示意简图。
[0035]图3为本发明成形三通俯视示意简图。
[0036]图4为本发明支管成形模具主视示意简图。
[0037]图5为本发明支管成形模具左视示意简图。
[0038]图6为本发明支管成形模具俯视示意简图。
[0039]图7为本发明主管成形模具主视示意简图。
[0040]图8为本发明主管成形模具左视示意简图。
[0041 ]图9为本发明主管成形模具俯视示意简图。
[0042]图10为本发明坯料示意图。
[0043]图11为本发明支管成形后坯料示意简图。
[0044]图12为本发明支管成形过程所用模具立体示意简图。
[0045]图13为本发明主管成形过程所用模具立体示意简图。
[0046]图中:1.三通主体;2.焊缝I;3.焊缝II;4.凸模I;5.凹模I;6.吊环;7.凸模Π;8.凹模Π ;9.坯料;10.支管成形管坯。
【具体实施方式】
[0047]在图4、5、6所示的支管成形模具主视、左视、俯视及图12所示的立体示意简图中，支管成型模具其凸模14顶面为平面，底面中部为平面，其余部分与支管成型坯料形状对应，即主体近似呈倒梯形体，其有两个平行且与顶面垂直的直侧面，与该两直侧面相邻的另两个侧面为弧面也是梯形体的两个腰，该两个腰的外形尺寸均等于1/4主管内弧面尺寸，两个腰的长度等于主管长度，两个腰之间的底面长度等于主管1/2内周长。所述梯形体的两个腰中部各设一个与其圆滑过渡并连为一体的凸块，该凸块为半个圆柱体，其外尺寸与支管的内尺寸相对应。凹模15内设与凸模I对应的四周及顶面均为开口的凹槽。
[0048]在图7、8、9所示的支管成形模具主视、左视、俯视及图13所示的立体示意简图中，主管成型模具其凸模117为外径等于主管内径的圆柱体，其两端各设一个径向通孔，通孔内可设有为吊环6限位的插件。吊环为一对，其下部设有内径与凸模外径对应的通孔，两吊环的通孔分别套在凸模两侧并位于径向通孔内侧，两吊环的间距大于主管长度。凹模118是两竖直壁下面与一个半圆柱面底组成的上开口 U形槽，两竖直壁间距=主管内径+2*坯料壁厚，半圆柱面底的半径=主管半径+坯料壁厚，所述凹模II的长度大于主管长度并小于两吊环间距。实施例
[0049]以生产材料Q235，公称直径D = 800mm、支管高度M = 700mm、主管长度2C= 1600mm、厚度t = 25mm的三通为例对本发明进行说明。
[0050]选取厚度为25mm的Q235板料作为原材料，以三通件为模型，利用DYNAFORM软件反算坯料9形状，如图10所示，用切割机下料。将下好的坯料装卡在机床上，通过刀具与坯料的相对运动加工出坯料两短边横截面要求的坡口，坡口为Y型坡口，尺寸为1X 15mm。将坯料坡口朝下放置在凹模I上，通过定位销定位，使坯料中心线与凹模中心线对齐，如图12所示。凹模I与下模板通过螺钉联接，下模板上设有与现有技术相同的与压机工作台相连的机构。凹模I的型面尺寸与沿三通肩部焊缝所在平面展开主管下部圆截面后的外壁尺寸相同；凸模I与上模板通过螺钉联接，上模板通过现有技术安装在压力机滑块上，滑块带动凸模I压下，成形三通支管部分。凸凹模型面尺寸与沿三通肩部焊缝所在平面展开主管下部圆截面后的内外壁型面尺寸相同，凸模I与凹模I的单边间隙为27mm，得支管成形管坯10，如图11所示。更换模具，将凹模Π固定在压机工作台，将支管成形管坯置于凹模Π内，如图13所示。凸模Π安装在吊环中，并通过现有技术与压机横梁及滑块相连。凸模Π的型面尺寸与三通主管内壁尺寸相同。凹模Π与下模板通过螺钉联接，下模板上设有与现有技术相同的与压机工作台相连的机构。凹模Π的型面尺寸与三通主管外壁尺寸相同。滑块带动凸模压下，成形三通主管部分。同时，支管两半圆形截面合并。凸凹模型面尺寸与三通主管内外壁型面尺寸相同，凸模Π与凹模Π的单边间隙为27mm。最后采用辅助装置将凸模Π从吊环中拉出，采用压机顶杆将三通管坯顶出。将三通管坯的两条焊缝2和3用焊机焊合，三通焊缝为两条，每条均由支管侧面的焊缝和与其相连的主管背部焊缝组成。将三通主管两端以及支管端部多余的坯料用切割机切除，并按三通规格要求加工端面后即可得到合格的三通I零件如图1、图2和图3所示。
【主权项】
1.一种大型板制双焊缝三通的成形方法，其特征在于: (1)下料:选取与产品三通管件材质和壁厚相同的板坯作为原材料，坯料的形状利用DYNAFORM软件自带的BSE(板料尺寸计算)功能将三通展开，得到合理的坯料尺寸，用切割机下料； (2)加工坡口:通过刀具与坯料的相对运动加工出坯料圆弧边段横截面要求的坡口尺寸； (3)支管成形:将坯料放在凹模I上，使坯料中心线与凹模中心线对齐，凸模I与凹模I的单边间隙为(1-1.l)t，t为三通壁厚，滑块带动凸模压下，成形三通支管部分； (4)主管成形:将支管成形管坯置于凹模Π内，凸模Π安装在吊环中，滑块带动凸模压下，成形三通主管部分，同时，支管两半圆形截面合并，最后采用辅助装置将凸模Π从吊环中拉出，采用压机顶杆将三通管坯顶出； (5)焊接:将主管成形后管坯内弧开口处用焊机焊合； (6)切除余料:按三通规格要求加工端面后即可得到合格的三通零件。2.根据权利要求1所述的大型板制双焊缝三通的成形方法，其特征在于:三通焊缝为两条，每条均由支管侧面的焊缝和与其相连的主管背部焊缝组成。3.权利要求1的大型板制双焊缝三通的成形方法的成型装置，其特征在于: (1)支管成型模具 1)凸模I顶面为平面，底面中部为平面，其余部分与支管成型坯料形状对应，即主体近似呈倒梯形体，其有两个平行且与顶面垂直的直侧面，与该两直侧面相邻的另两个侧面为弧面也是梯形体的两个腰，该两个腰的外形尺寸均等于1/4主管内弧面尺寸，两个腰的长度等于主管长度，两个腰之间的底面长度等于主管1/2内周长，所述梯形体的两个腰中部各设一个与其圆滑过渡并连为一体的凸块，该凸块为半个圆柱体，其外尺寸与支管的内尺寸相对应； 2)凹模I内设与凸模I对应的四周及顶面均为开口的凹槽； (2)主管成型模具 1)凸模II为外径等于主管内径的圆柱体，其两端各设一个径向通孔，通孔内可设有为吊环限位的插件。吊环为一对，其下部设有内径与凸模外径对应的通孔，两吊环的通孔分别套在凸模两侧并位于径向通孔内侧，两吊环的间距大于主管长度； 2)凹模II是两竖直壁下面与一个半圆柱面底组成的上开口U形槽，两竖直壁间距=主管内径+2*坯料壁厚，半圆柱面底的半径=主管半径+坯料壁厚，所述凹模II的长度大于主管长度并小于两吊环间距，凸模Π的型面尺寸与三通主管内壁尺寸相同，凹模Π的型面尺寸与三通主管外壁尺寸相同。
【文档编号】B21C37/29GK106077132SQ201610532021
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年7月7日
【发明人】赵军, 王春鸽, 曹宏强
【申请人】燕山大学