一种高法兰变壁厚的厚壁封头整体锻造方法

摘要

本发明公开了一种高法兰变壁厚的厚壁封头整体锻造方法，该方法包括以下步骤：首先根据目标封头的相关数据，通过计算确定锻造用毛坯形状尺寸及模具形状尺寸，并制造出相应模具，将钢锭加热到锻造温度后经镦粗拔长获得与计算相符的圆柱形坯料，将其放在设定的凹模与筒模内，用圆形平板镦粗变形至设定高度，将镦粗后坯料重新加热后再放回凹模与筒模内，改用回转形冲头对其进行冲挤变形，再将冲挤后坯料重新加热并放回凹模与筒模内，分别使用环形内压圈、环形外压圈对冲挤后坯料的上端金属进行压缩变形至设定高度，从而达到锻件要求尺寸。本发明采用模内成形，所得锻件形状规整、性能良好；该方法工艺流程简短，对锻造设备无特殊要求，便于推广应用。

说明书

技术领域

本发明属于厚壁封头锻造成形技术领域，涉及一种高法兰变壁厚的厚壁封头整体锻造方法。

背景技术

目前，国内外大型高法兰厚壁封头整体锻造的方法主要有两种，一是通过对预成形坯进行热拉深直接成形；二是利用模具的旋转对钢锭进行局部加载逐渐成形。

这两种锻造方法各有利弊：热拉深成形时，首先要设计制造(自由锻+机加工)出具有特定形状尺寸(高法兰特征)的预成形坯，再利用模具对预成形坯进行热拉深成形出封头。该方法虽然可以直接成形封头球面部分，但是需要精确设计、分配预成形坯壁厚，特别是当目标封头壁厚差异较大时，拉深过程中坯料内部不同壁厚区域金属变形能力不同，极易在球面部分产生“起皱”现象，导致尺寸不足，而且拉深过程中，材料处于显著的拉应力状态，极易在封头顶部出现壁厚过量减薄的缺陷。

模具旋转锻造时，直接将钢锭置于特定形状的凹(凸)模中，利用设计好的窄砧对位于凹(凸)模内的钢锭进行局部压制，每压一砧凹(凸)模带动钢锭旋转一定角度，连续往复可以分别形成封头的球面及法兰。该方法通过局部加载成形，虽然能在一定程度上降低载荷，但是工艺过程冗长、火次较多，不利于晶粒组织细匀化。而且局部加载引起的非均匀变形还会在坯料内部引起附加应力，存在损伤开裂的风险。同时该方法只能在具备回转工作台的锻压设备上完成。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种高法兰变壁厚的厚壁封头整体锻造方法。首先根据目标封头的相关数据，通过计算确定锻造用毛坯形状尺寸及模具形状尺寸，并制造出相应模具，将钢锭加热后经镦粗拔长锻造获得与计算相符的圆柱形坯料，将其放在设定的凹模与筒模内使用圆形平板镦粗变形至设定高度，将镦粗后坯料重新加热后再放回凹模与筒模内，改用回转形冲头对其进行冲挤变形，再将冲挤后坯料重新加热并放回凹模与筒模内，再分别使用环形内压圈、环形外压圈对冲挤变形后的坯料上端面金属进行压缩变形至设定高度，从而达到锻件要求尺寸。

其具体技术方案为：

一种高法兰变壁厚的厚壁封头整体锻造方法，包括以下步骤：

步骤1、根据目标封头的相关数据，通过计算确定锻造用毛坯形状、尺寸及模具形状尺寸，并制造出相应的凹模、筒模、回转形冲头、环形内压圈、环形外压圈。

步骤2、将钢锭加热至1250±20℃，进行反复镦粗拔长锻造，消除钢锭内部铸态缺陷，并锻制成圆柱形坯料，具体尺寸满足步骤1中所确定的毛坯尺寸要求。

步骤3、将成形用凹模连同与其装配在一起的筒模放置到压机平台上，将加热到锻造温度的圆柱形坯料装入凹模及筒模内，并使得坯料轴线与凹模轴线重合，再将镦粗用圆形平板置于坯料上，开动压机通过圆形平板对圆柱形坯料进行压缩，直至圆形平板上表面达到设定高度，得到镦粗后的坯料。

步骤4、将镦粗后的坯料重新加热到锻造温度后放入凹模及筒模内，将冲挤用回转形冲头放置于镦粗后的坯料上，并使得坯料轴线与凹模轴线及冲挤冲头轴线重合，开动压机，通过冲挤用回转形冲头对镦粗后的坯料进行冲挤，使得坯料下方金属完全充满凹模，而坯料侧面金属与筒模充分接触，直至冲挤用回转形冲头上表面达到设定高度，完成冲挤过程得到冲挤后的坯料。

步骤5、将冲挤后的坯料重新加热到锻造温度后放入凹模及筒模内，将环形内压圈放置于冲挤后的坯料上，开动压机，通过环形内压圈对冲挤后的坯料上端内侧金属施压，直至环形内压圈上表面达到设定高度。抬起压机活动横梁，将环形内压圈取走，再将环形外压圈放置于冲挤后的坯料上，再次启动压机，通过环形外压圈对冲挤后的坯料上端外侧金属施压，直至环形外压圈的上表面达到设定高度。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、与热拉深工艺相比，由于采用钢锭直接锻造，无需机加工切削来获得预成形坯，缩短了工艺过程。

2、与模具旋转锻造相比，采用了整体加载方式，工艺过程缩短、加热次数减少，从而提高了生产效率，而且无需回转工作台，对锻造设备无特殊要求。

3、与现有工艺相比，采用本方法时，由于坯料始终处于模内约束状态，所得锻件外形规整。而且变形过程中坯料大部分区域处于三向压应力状态，可有效防止锻造裂纹的产生，又能避免拉应力引起的壁厚过量减薄等问题。

4、采用本方法实现了高法兰变壁厚厚壁封头的一体化制造，因此锻件内部各处金属纤维流线连续，有利于产品力学性能的综合提高。

附图说明

图1为高法兰变壁厚厚壁封头结构示意图。

图2圆柱形坯料在凹模及筒模内进行镦粗变形的示意图，左半部为镦粗前示意图，右半部为镦粗后示意图。

图3为坯料在凹模及筒模内进行冲挤变形的示意图，左半部为冲挤变形前示意图，右半部为冲挤变形终了示意图。

图4为坯料位于凹模及筒模内，通过环形内压圈对法兰部分进行压缩变形的示意图，左半部为环形内压圈施压前示意图，右半部为环形内压圈施压后示意图。

图5为坯料位于凹模及筒模内，通过环形外压圈对法兰部分进行压缩变形的示意图，左半部为环形外压圈施压前示意图，右半部为环形外压圈施压后示意图。

图中：

1—凹模 2—筒模

3—圆柱形坯料 4—圆形平板

5-镦粗后坯料6—冲挤用回转形冲头

7—冲挤后坯料 8—环形内压圈

9—环形外压圈。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方案对本发明的技术方案作进一步详细地说明。

一种高法兰变壁厚的厚壁封头整体锻造方法，包括以下步骤：

1、根据图1所示目标封头的相关数据，通过计算确定锻造用毛坯形状尺寸及模具形状尺寸，并制造凹模1、筒模2、冲挤用回转形冲头6、环形内压圈8、环形外压圈9。

2.将钢锭加热至1250±20℃，进行反复镦粗拔长锻造，消除钢锭内部铸态缺陷，并锻制成圆柱形坯料3。

3.将成形用凹模1连同与其装配在一起的筒模2放置到压机平台上，将加热到锻造温度的圆柱形坯料3装入凹模1及筒模2内，并使得圆柱形坯料3轴线与凹模1轴线重合，再将镦粗用圆形平板4置于圆柱形坯料3上，开动压机通过圆形平板4对圆柱形坯料3进行压缩，直至圆形平板4上表面达到设定高度H1，得到镦粗后的坯料5。

4、将镦粗后的坯料5重新加热到锻造温度后放入凹模1及筒模2内，将冲挤用回转形冲头6放置于镦粗后的坯料5上，并使得镦粗后坯料5轴线与凹模1轴线及冲挤用回转形冲头6轴线重合，开动压机，通过冲挤用回转形冲头6对镦粗后的坯料5进行冲挤，使得镦粗后坯料5下方金属完全充满凹模1，而镦粗后坯料5侧面金属与筒模2充分接触，直至冲挤用回转形冲头6上表面达到设定高度H2，完成冲挤过程得到冲挤后的坯料7。

5.将冲挤后的坯料7重新加热到锻造温度后放入凹模1及筒模2内，将环形内压圈8放置于冲挤后的坯料7上，开动压机，通过环形内压圈8对冲挤后的坯料7上端内侧金属施压，直至环形内压圈8上表面达到设定高度H3。抬起压机活动横梁，将环形内压圈8取走，再将环形外压圈9放置于冲挤后的坯料7上，再次启动压机，通过环形外压圈9对冲挤后的坯料7上端外侧金属施压，直至环形外压圈9的上表面达到设定高度H4。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。