核反應堆一體化下封頭整體仿形鍛造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種核反應堆一體化下封頭整體仿形鍛造方法，屬于鍛造成形【技術領域】，步驟一：根據(jù)需要加工的封頭圖紙的要求確定封頭開口端外徑、內(nèi)徑為，封頭外球頂總高度，內(nèi)半圓球面半徑；步驟二：制作用于旋轉(zhuǎn)鍛造的專用錘頭；步驟三：制作模具上、下模和下模底墊；步驟四：在鍛造前，在水壓機工作臺面上安裝下模，用水壓機活動橫梁壓上平板對坯料進行鐓粗；步驟五：在水壓機工作臺面上依次安裝下模底墊、下模、上模和專用錘頭；在工作臺最下方擺放下模底墊，上擺放下模和上模，上模在下模的上方，水壓機活動橫梁連接專用錘頭，保證所有模具對中，旋轉(zhuǎn)鍛造后測量坯料尺寸，合格后即可制得一體化下封頭產(chǎn)品。
【專利說明】核反應堆一體化下封頭整體仿形鍛造方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種核反應堆一體化下封頭整體仿形鍛造方法，具體地說是一種帶非對稱非等高接管的超大厚壁封頭一體化鍛造成形方法，屬于鍛造成形【技術領域】。

【背景技術】
[0002]為減少焊縫與在役檢查工作量，提高設備使用壽命，核電用封頭均采用整體設計結(jié)構，即封頭與接管不再采用焊接結(jié)構，而是直接設計為一體化結(jié)構形式。由于一體化下封頭外表面上的多個接管位置不對稱，管口朝向不同，高度不等，所以這種封頭的鍛造成形多采用包羅覆蓋式自由鍛工藝方法，即將封頭外球半徑擴大，將外表面所有接管包羅其中，鍛成一個非常厚的球形封頭，然后用機械方法去除多余敷料，成形各個接管。自由鍛成形方法雖然簡單，但材料利用率低，制造周期長，接管處纖維流線不連續(xù)，鍛件變形不均勻不充分，產(chǎn)品內(nèi)部質(zhì)量不好，均質(zhì)性差。采用胎模鍛造可直接成形各個接管，克服上述自由鍛成形的諸多缺點，但由于一體化下封頭鍛件外形尺寸與壁厚均很大，鍛件重量近200噸，因此胎模鍛所需成形力也非常大。經(jīng)計算，采用胎模鍛成形上述一體化下封頭鍛件需要10萬噸大型壓機，目前世界上還沒有這種大型壓機。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服上述技術上的不足，本發(fā)明的目的在于提供了一種核反應堆一體化下封頭整體仿形鍛造方法，該發(fā)明方法能在15000噸壓機上鍛造成形帶高接管的一體化超大型厚壁封頭。
[0004]本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是:本發(fā)明核反應堆帶非對稱非等高接管的超大厚壁一體化下封頭整體仿形鍛造方法其加工步驟為:
在胎模鍛前，采用自由鍛工藝制坯，保證坯料鍛透壓實，然后進行胎模鍛造成形，具體鍛造方法步驟如下:
步驟一:
根據(jù)需要加工的封頭圖紙的要求確定封頭開口端外徑為D1，內(nèi)徑為D2，封頭外球頂總高度為H2，內(nèi)半圓球面半徑為SR1，封頭內(nèi)球頂球心距上端高度H3，內(nèi)半圓球底到封頭開口平面總高度為HlJP:內(nèi)半圓球半徑SR1+H3 ;封頭外球面半徑SR2，封頭外球頭底部凸臺直徑為D5，封頭底部平臺寬度H4，封頭外球頭上外緣均布分別設有3個管嘴，分別為1#、2#、3#管嘴，1#管嘴直徑為D3，2#、3#管嘴直徑相同為D4 ；
步驟二:
制作錘頭:制作用于旋轉(zhuǎn)鍛造的專用錘頭，專用錘頭根據(jù)下封頭內(nèi)球面半徑SRl和封頭內(nèi)球頂總高Hl的尺寸制造，其中專用錘頭的高度H5即為:Hl+300mm，錘頭球面半徑為SR1、錘頭上頂面的長度與封頭開口端內(nèi)徑相同為D2 ；
步驟三:
預制模具: 制作模具下模:下模的結(jié)構形狀是一個凹字形的圓餅類，主要作用是鍛造一體化下封頭鍛件的外球面及1#、2#、3#接管，下模按封頭開口端外徑D1、封頭外球面半徑SR2、封頭外球頂總高H2、封頭1#接管直徑D3、封頭2#和3#接管直徑D4、封頭底部凸臺直徑D5、封頭底部平臺寬度H4的尺寸制造，下模外側(cè)設有下模吊耳，下模底端中間設有凸臺凹模，下?？偢逪6=H2 - H10+100mm，下模內(nèi)球面球心距上端面距離H7=350 mm，HlO為上模總高=700mm、上端內(nèi)徑為 D6=Dl-2XH10Xtg5°、下端外徑為 D9=D6_2XH6Xtg5° +2X350 mm、下模壁厚 350 mm ;上端止口內(nèi)徑 D7=D6+530mm，止口外徑 D8=D6+730mm ；
制作模具上模:
上模按封頭開口端外徑Dl的尺寸制造并與下模匹配，其中上模外徑D10=Dl+700、下端內(nèi)徑 D6=Dl-2XH7Xtg5°，下端外徑 Dll=D6+500mm，上模總高 H10=700 ；
制作模具下模底墊:下模底墊按封頭底部凸臺直徑D5和下模下端外徑D9尺寸制造并與下模匹配，下模底墊外徑D14=D9+220、下模底墊內(nèi)凹臺直徑D13=D9+20、下模底墊凸臺直徑D12=D5-10、下模底墊凸臺高度為50mm、下模底墊總高度為450mm ；
步驟四:
鍛造預制坯料時，來料尺寸Φ 4250mm X 2400mm,在鍛造前，在水壓機工作臺面上安裝下模，坯料在加熱爐溫度1250°C ±20°C，將坯料垂直吊至下模中，用水壓機活動橫梁壓上平板對坯料進行鐓粗，在下模內(nèi)鐓粗至坯料上端面與下模上端面平齊時停止，坯料在下模內(nèi)鐓粗總壓下行程為Λ H=1260mm ；
步驟五:
在鍛造前，在水壓機工作臺面上依次安裝下模底墊、下模、上模和專用錘頭；在工作臺最下方擺放下模底墊，上擺放下模和上模，上模在下模的上方，水壓機活動橫梁連接專用錘頭，保證所有模具對中。坯料在加熱爐溫度1250°C ±20°C，將步驟四鍛造后的坯料吊至下模和上模內(nèi)，對坯料進行旋轉(zhuǎn)鍛造，當坯料上端面距上模上端面平齊、專用錘頭最大行程1500mm時，停止旋轉(zhuǎn)鍛造，測量坯料尺寸，合格后即可制得一體化下封頭產(chǎn)品。
[0005]本發(fā)明的有益效果是:本方法根據(jù)鍛件的形狀結(jié)構，將接管1、接管2、接管3和大型厚壁封頭合成一體，通過合理設計模具，采用整體鐓粗和分步旋轉(zhuǎn)多道次壓下等多種成形方式的組合，在較小設備15000噸壓機上，實現(xiàn)了帶非對稱非等高接管的超大型厚壁一體化封頭整體仿形鍛造，滿足一體化下封頭鍛件精加工尺寸要求，提高材料利用率，縮短制造周期，三個接管處纖維流線連續(xù)，保證鍛件變形充分且均勻，產(chǎn)品內(nèi)部質(zhì)量得到改善，均質(zhì)性好，提高了核反應堆的安全性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]圖1是本發(fā)明核反應堆一體化下封頭的外形結(jié)構示意圖。
[0007]圖2是本發(fā)明核反應堆一體化下封頭的結(jié)構剖視示意圖。
[0008]圖3是本發(fā)明核反應堆一體化下封頭的結(jié)構俯視示意圖。
[0009]圖4是本發(fā)明旋轉(zhuǎn)鍛造專用錘頭結(jié)構示意圖。
[0010]圖5是本發(fā)明旋轉(zhuǎn)鍛造專用錘頭側(cè)視結(jié)構示意圖。
[0011]圖6是本發(fā)明核反應堆一體化下封頭整體仿形鍛造方法下模的結(jié)構示意圖。
[0012]圖7是本發(fā)明核反應堆一體化下封頭整體仿形鍛造方法下模的俯視結(jié)構示意圖。
[0013]圖8是本發(fā)明核反應堆一體化下封頭整體仿形鍛造方法旋轉(zhuǎn)鍛造上模的結(jié)構示意圖。
[0014]圖9是本發(fā)明核反應堆一體化下封頭整體仿形鍛造方法旋轉(zhuǎn)鍛造上模俯視結(jié)構示意圖。
[0015]圖10是本發(fā)明核反應堆一體化下封頭整體仿形鍛造方法旋轉(zhuǎn)鍛造下模底墊的結(jié)構示意圖。
[0016]圖中:1、封頭，2、1#管嘴，3、2#管嘴，4、3#管嘴，5、專用錘頭，6、錘頭球面，7、下模，
8、凸臺凹模，9、下模吊耳，10、上模，11、下底模，12、下底模凸臺，13、下模底墊內(nèi)凹臺。

【具體實施方式】
[0017]本發(fā)明核反應堆帶非對稱非等高接管的超大厚壁一體化下封頭整體仿形鍛造方法其加工步驟為:
在胎模鍛前，采用自由鍛工藝制坯，保證坯料鍛透壓實，然后進行胎模鍛造成形，具體鍛造方法步驟如下:
步驟一:
核電用封頭其結(jié)構如圖1、圖2、圖3所示，根據(jù)需要加工的封頭I圖紙的要求確定封頭開口端外徑為D1，內(nèi)徑為D2，封頭外球頂總高度為H2，內(nèi)半圓球面半徑為SR1，封頭內(nèi)球頂球心距上端高度H3，內(nèi)半圓球底到封頭開口平面總高度為H1，即:內(nèi)半圓球半徑SR1+H3 ;封頭外球面半徑SR2，封頭外球頭底部凸臺直徑為D5，封頭底部平臺寬度H4，封頭外球頭上外緣均布分別設有3個管嘴，分別為1#管嘴2、2#管嘴3、3#管嘴4，1#管嘴直徑為D3，2#、3#管嘴直徑相同為D4;
步驟二:
制作錘頭:如圖4、圖5所示，制作用于旋轉(zhuǎn)鍛造的專用錘頭5，專用錘頭5根據(jù)下封頭內(nèi)球面半徑SRl和封頭內(nèi)球頂總高Hl的尺寸制造，其中專用錘頭5的高度H5即為:Hl+300mm，錘頭球面6半徑為SR1、錘頭上頂面的長度與封頭開口端內(nèi)徑相同為D2 ；
步驟三:
預制模具:
制作模具下模:如圖6、圖7所示，下模7的結(jié)構形狀是一個凹字形的圓餅類，主要作用是鍛造一體化下封頭鍛件的外球面及1#、2#、3#接管，下模按封頭開口端外徑D1、封頭外球面半徑SR2、封頭外球頂總高H2、封頭1#接管直徑D3、封頭2#和3#接管直徑D4、封頭底部凸臺直徑D5、封頭底部平臺寬度H4的尺寸制造，下模外側(cè)設有下模吊耳9，下模底端中間設有凸臺凹模8，下模7總高H6=H2 - H10+100mm，下模內(nèi)球面球心距上端面距離H7=350 mm，HlO為上?？偢?700 _、上端內(nèi)徑為D6=Dl_2XH10Xtg5°、下端外徑為D9=D6-2XH6Xtg5° +2X350 mm、下模壁厚 350 mm ;上端止口內(nèi)徑 D7=D6+530mm，止口外徑D8=D6+730mm ；
制作模具上模:
如圖8、圖9所示，上模10按封頭開口端外徑Dl的尺寸制造并與下模3匹配，其中上模10 外徑 D10=Dl+700、下端內(nèi)徑 D6=Dl-2 XH7 Xtg5°，下端外徑 Dll=D6+500mm，上模 10 總高H10=700mm ； 制作模具下模底墊:下模底墊11按封頭底部凸臺直徑D5和下模下端外徑D9尺寸制造并與下模匹配，下模底墊11外徑D14=D9+220、下模底墊內(nèi)凹臺13直徑D13=D9+20、下模底墊凸臺12直徑D12=D5-10，下模底墊凸臺12高度為50mm，下模底墊11總高度為450mm ;
步驟四:
鍛造預制坯料時，來料尺寸Φ4250mmX2400mm,在鍛造前，在水壓機工作臺面上安裝下模7，坯料在加熱爐溫度1250°C ±20°C，將坯料垂直吊至下模7中，用水壓機活動橫梁壓上平板對坯料進行鐓粗，在下模內(nèi)鐓粗至坯料上端面與下模上端面平齊時停止，坯料在下模內(nèi)鐓粗總壓下行程為Λ H=1260mm ；
步驟五:
在鍛造前，在水壓機工作臺面上依次安裝下模底墊11、下模7、上模10和專用錘頭5 ；在工作臺最下方擺放下模底墊11，上擺放下模7和上模10，上模10在下模7的上方，水壓機活動橫梁連接專用錘頭5，保證所有模具對中。坯料在加熱爐溫度1250°C ±20°C，將步驟四鍛造后的坯料吊至下模7和上模10內(nèi)，對坯料進行旋轉(zhuǎn)鍛造，當坯料上端面距上模上端面平齊、專用錘頭5最大行程1500_時，停止旋轉(zhuǎn)鍛造，測量坯料尺寸，合格后即可制得一體化下封頭產(chǎn)品。
【權利要求】
1.一種核反應堆一體化下封頭整體仿形鍛造方法，其特征是:在胎模鍛前，采用自由鍛工藝制坯，保證坯料鍛透壓實，然后進行胎模鍛造成形，具體鍛造方法步驟如下: 步驟一: 根據(jù)需要加工的封頭(I)圖紙的要求確定封頭開口端外徑為D1，內(nèi)徑為D2，封頭外球頂總高度為H2，內(nèi)半圓球面半徑為SRl，封頭內(nèi)球頂球心距上端高度H3，內(nèi)半圓球底到封頭開口平面總高度為HlJP:內(nèi)半圓球半徑SR1+H3 ;封頭外球面半徑SR2，封頭外球頭底部凸臺直徑為D5，封頭底部平臺寬度H4，封頭外球頭上外緣均布分別設有3個管嘴，分別為1#管嘴(2)、2#管嘴(3)、3#管嘴(4)，1#管嘴直徑為D3，2#、3#管嘴直徑相同為D4 ； 步驟二: 制作用于旋轉(zhuǎn)鍛造的專用錘頭(5)，專用錘頭(5)根據(jù)下封頭內(nèi)球面半徑SRl和封頭內(nèi)球頂總高Hl的尺寸制造，其中專用錘頭(5)的高度H5即為:Hl+300mm，錘頭球面(6)半徑為SR1、錘頭上頂面的長度與封頭開口端內(nèi)徑相同為D2 ； 步驟三: 預制模具: 制作模具下模:下模(7)的結(jié)構形狀是一個凹字形的圓餅類，主要作用是鍛造一體化下封頭鍛件的外球面及1#、2#、3#接管，下模按封頭開口端外徑D1、封頭外球面半徑SR2、封頭外球頂總高H2、封頭1#接管直徑D3、封頭2#和3#接管直徑D4、封頭底部凸臺直徑D5、封頭底部平臺寬度H4的尺寸制造，下模外側(cè)設有下模吊耳(9)，下模底端中間設有凸臺凹模(8)，下模(7)總高H6=H2 - H10+100mm，下模內(nèi)球面球心距上端面距離H7=350 mm，HlO為上?？偢?700 _、上端內(nèi)徑為D6=Dl_2XH10Xtg5°、下端外徑為D9=D6-2XH6Xtg5° +2X350 mm、下模壁厚 350 mm ;上端止口內(nèi)徑 D7=D6+530mm，止口外徑D8=D6+730mm ； 制作模具上模: 上模10按封頭開口端外徑Dl的尺寸制造并與下模(3)匹配，其中上模(10)外徑 D10=Dl+700、下端內(nèi)徑 D6=Dl-2XH7Xtg5°，下端外徑 Dll=D6+500mm，上模 10 總高H10=700mm ； 制作模具下模底墊:下模底墊11按封頭底部凸臺直徑D5和下模下端外徑D9尺寸制造并與下模匹配，下模底墊(11)外徑D14=D9+220、下模底墊內(nèi)凹臺(13 )直徑D13=D9+20、下模底墊凸臺12直徑D12=D5-10，下模底墊凸臺(12)高度為50mm，下模底墊(11)總高度為450mm ； 步驟四: 鍛造預制坯料時，來料尺寸Φ4250mmX2400mm,在鍛造前，在水壓機工作臺面上安裝下模(7)，坯料在加熱爐溫度1250°C ±20°C，將坯料垂直吊至下模(7)中，用水壓機活動橫梁壓上平板對坯料進行鐓粗，在下模內(nèi)鐓粗至坯料上端面與下模上端面平齊時停止，坯料在下模內(nèi)鐓粗總壓下行程為Λ H= 1260mm ； 步驟五: 在鍛造前，在水壓機工作臺面上依次安裝下模底墊(11)、下模(7)、上模(10)和專用錘頭(5);在工作臺最下方擺放下模底墊(11)，上擺放下模(7)和上模(10)，上模(10)在下模(7)的上方，水壓機活動橫梁連接專用錘頭(5)，保證所有模具對中。
2.坯料在加熱爐溫度1250°C ±20°C，將步驟四鍛造后的坯料吊至下模(7)和上模(10)內(nèi)，對坯料進行旋轉(zhuǎn)鍛造，當坯料上端面距上模上端面平齊、專用錘頭(5)最大行程1500mm時，停止旋轉(zhuǎn)鍛造，測量坯料尺寸，合格后即可制得一體化下封頭產(chǎn)品。
【文檔編號】B21J13/02GK104259362SQ201410561015
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年10月21日 優(yōu)先權日:2014年10月21日
【發(fā)明者】王寶忠, 劉凱泉, 劉穎, 郭義, 曲在文, 韓毅 申請人:中國第一重型機械股份公司