封頭鍛件整體成形下模及其鍛壓裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】一種核電基礎(chǔ)設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】的封頭鍛件整體成形下模及其鍛壓裝置，該裝置包括：球狀上凸模、帶有若干整體水嘴成形模腔的成形下模以及設(shè)置于成形下模上用于承載坯料的定位環(huán)；整體成形水嘴模腔設(shè)置于成形下模的球形模腔的底面，并與成形下模的外部裝置相連通。本實(shí)用新型解決了核電設(shè)備壓力容器封頭水嘴整體鍛造的關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)，同時(shí)有效減少熱沖壓時(shí)鍛件起皺和拉裂等問(wèn)題，使制件性能更加均勻。
【專(zhuān)利說(shuō)明】封頭鍛件整體成形下模及其鍛壓裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及的是一種大型鍛件鍛造【技術(shù)領(lǐng)域】的整體成形鍛壓裝置，具體是一種用于大型核反應(yīng)堆水室封頭鍛件整體成形下模及其鍛壓裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著核電能源工業(yè)的快速發(fā)展及經(jīng)濟(jì)建設(shè)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的需要，以AP1000和CAP1400為代表的核電設(shè)備技術(shù)開(kāi)發(fā)及應(yīng)用成為主要趨勢(shì)，對(duì)大型厚壁壓力容器關(guān)鍵部件的制造也提出高性能、運(yùn)轉(zhuǎn)周期長(zhǎng)、檢驗(yàn)維護(hù)便捷等更高更嚴(yán)格的要求。
[0003]為提高新一代核反應(yīng)堆壓力容器的安全性，傳統(tǒng)多焊縫壓力容器制造方法已不能滿(mǎn)足核電裝備運(yùn)行的性能要求和檢查的周期。因此，核電壓力容器上封頭中的水嘴必須采用整體鍛造，整體封頭的成形技術(shù)使壓力容器尺寸愈來(lái)愈大，同時(shí)對(duì)制件性能控制要求也更加苛刻。
[0004]大型核反應(yīng)堆水室上封頭是外徑大同時(shí)需要對(duì)水嘴同時(shí)成形的一體化設(shè)計(jì)，其中面展開(kāi)直徑很大，一般達(dá)到6500mm以上，同時(shí)還要保證其性能均勻，鍛造難度非常之大。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提出一種封頭鍛件整體成形下模及其鍛壓裝置，能夠用于制造外徑大帶水嘴整體成形的大型壓力容器的封頭。
[0006]本實(shí)用新型是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0007]本實(shí)用新型涉及一種封頭鍛件整體成形下模，為碗狀結(jié)構(gòu)，底部設(shè)有三個(gè)整體成形水嘴模腔；該整體成形水嘴模腔具體位于成形下模的球形模腔的底面，并與成形下模的外部裝置相連通。
[0008]所述的球形模腔的整體水嘴成形模腔為相貫圓臺(tái)體。
[0009]所述的球形模腔的直徑為封頭外部球徑與成形件材料始鍛溫度時(shí)達(dá)到的熱膨脹量及機(jī)械加工余量之和，其中:熱膨脹量計(jì)算公式為ALl = a XDlX AT，α熱膨脹系數(shù)，Dl為成形后封頭開(kāi)口直徑，AT為坯料裝爐溫度到始鍛溫度之差。
[0010]本實(shí)用新型涉及上述成形下模的鍛壓裝置，包括:球狀上凸模、所述成形下模以及設(shè)置于成形下模上用于承載坯料的定位環(huán)。
[0011]所述的定位環(huán)的上、下接觸面上均設(shè)有臺(tái)階結(jié)構(gòu)，其中:定位環(huán)的下接觸面與成形下模之間通過(guò)臺(tái)階結(jié)構(gòu)活動(dòng)安裝；上接觸面的臺(tái)階結(jié)構(gòu)用于承載坯料，其內(nèi)徑大于坯料直徑與材料始鍛溫度時(shí)達(dá)到的熱膨脹量之和。
[0012]所述的定位環(huán)的外側(cè)沿圓周方向相隔120°設(shè)置三個(gè)定位標(biāo)識(shí)，用于確定預(yù)制坯料凸起部位沿軸線(xiàn)方向中線(xiàn)與下模腔凹槽徑向方向中線(xiàn)是否重合。
[0013]技術(shù)效果
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型在熱沖壓成形過(guò)程使下模具水嘴成形的模腔充填穩(wěn)定并最終整體成形。
[0015]本實(shí)用新型熱沖壓成形后的大封頭鍛件能有效地控制產(chǎn)品形狀，壁厚尺寸均勻，大大減少機(jī)械加工余量，提高生產(chǎn)效率。成形過(guò)程時(shí)鍛件在模具內(nèi)受力狀態(tài)好，金屬流線(xiàn)分布合理，成形后組織均勻，為下一步熱處理提供整體性能穩(wěn)定的預(yù)制工件。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1a和圖1b分別為成品封頭機(jī)加工所需達(dá)到的形狀剖視圖及水嘴示意圖；
[0017]圖2為本實(shí)用新型上凸模三維示意圖；
[0018]圖3為本實(shí)用新型上凸模剖視圖；
[0019]圖4為本實(shí)用新型定位環(huán)三維示意圖；
[0020]圖5為本實(shí)用新型定位環(huán)剖面示意圖；
[0021]圖6為本實(shí)用新型成形下模三維示意圖；
[0022]圖7為本實(shí)用新型成形下模剖示圖；
[0023]圖8a和圖8b分別為預(yù)制坯料三維圖示意圖及剖視圖；
[0024]圖9為本實(shí)用新型整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖10為實(shí)施例成形過(guò)程示意圖；
[0026]圖11為包含機(jī)械加工尺寸所需的鍛件形狀示意圖；
[0027]圖中:1上凸模、2成形下模、3定位環(huán)、4整體水嘴成形模腔、5上臺(tái)階結(jié)構(gòu)、6下臺(tái)階結(jié)構(gòu)、7定位柱、8球形模腔、9還料及成形封頭10。

【具體實(shí)施方式】
[0028]下面對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明，本實(shí)施例在以本實(shí)用新型技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
[0029]實(shí)施例1
[0030]如圖9所示，本實(shí)施例模具包括:球狀上凸模1、帶有若干整體成形嘴口 4的成形下模2以及設(shè)置于成形下模2上用于承載坯料9的定位環(huán)3。
[0031]如圖2及圖3所示，所述的上凸模I的直徑為封頭直部球徑與成形件材料始鍛溫度時(shí)達(dá)到的熱膨脹量ALl之和；該上凸模I的有效沖壓深度等于封頭深度減去加工余量及底部厚度熱膨脹量。SRDl為上封頭的內(nèi)部球徑加上機(jī)加工余量并鍛件熱成形時(shí)熱膨脹量ALl,熱膨脹量計(jì)算公式為ALl = a XDlX ΔΤ,其中:α熱膨脹系數(shù),Dl為成形后封頭開(kāi)口直徑，AT為坯料9裝爐溫度到始鍛溫度之差，d0為的上凸模I底部直徑，Rdl為倒圓角量，H為連接重載油壓機(jī)壓頭時(shí)預(yù)留高度。
[0032]如圖4和圖5所示，所述的定位環(huán)3的上、下接觸面上均設(shè)有臺(tái)階結(jié)構(gòu)5、6，其中:定位環(huán)3的下接觸面與成形下模2之間活動(dòng)安裝；上接觸面的臺(tái)階結(jié)構(gòu)5用于承載坯料9，其內(nèi)徑大于坯料9直徑與材料始鍛溫度時(shí)達(dá)到的熱膨脹量ALO之和。
[0033]熱膨脹量計(jì)算公式為ALO = a XDpX AT，其中:α熱膨脹系數(shù)，Dp為預(yù)制坯料9中面展開(kāi)最大直徑，AT為坯料9裝爐溫度到始鍛溫度之差。
[0034]所述的定位環(huán)3的外側(cè)沿圓周方向相隔120°設(shè)有的三個(gè)定位柱7，用于標(biāo)識(shí)預(yù)制坯料9凸起部位沿軸線(xiàn)方向中線(xiàn)與下模2腔凹槽徑向方向中線(xiàn)是否重合。
[0035]圖5中，DHO為模腔8球面與端面開(kāi)口相切時(shí)形成的直徑，DHl為定位環(huán)3內(nèi)徑，其尺寸大于坯料9直徑加上坯料9加熱時(shí)的熱膨脹量，DH2為定位環(huán)3外徑，dh為定位柱7的直徑，Cl為易于上凸模脫模的類(lèi)似圓錐體結(jié)構(gòu)，即上臺(tái)階結(jié)構(gòu)5斜度，C2為定位環(huán)3圓錐體斜度面與成形下模2的模腔8模具部位斜面，即下臺(tái)階結(jié)構(gòu)6斜度面接觸固定時(shí)的圓臺(tái)體斜度。
[0036]所述的整體水嘴成形模腔4設(shè)置于成形下模2的球形模腔8的底面，并與成形下模2的外部裝置相連通。
[0037]如圖6及圖7所示，所述的成形下模2的球形模腔8的直徑為封頭外部球直徑Dl與成形件材料始鍛溫度時(shí)達(dá)到的熱膨脹量AL2及機(jī)械加工余量之和；
[0038]熱膨脹量計(jì)算公式為ALl = a XDlX AT，其中:α熱膨脹系數(shù)，Dl為成形后封頭開(kāi)口直徑，Λ T為坯料9裝爐溫度到始鍛溫度之差。
[0039]成形下模2的模腔8為成形凹模如圖9所示，成形下模2的內(nèi)部球直徑大于大封頭的外部球徑，優(yōu)選為大封頭外部球徑Dl加上坯料9本身的熱膨脹量和機(jī)械加工余量。
[0040]如圖10所示，所述的成形下模2的球形模腔8的整體水嘴成形模腔4為相貫圓臺(tái)體，其圓錐中心線(xiàn)距離模腔8中心線(xiàn)為L(zhǎng)I，圓臺(tái)體上直徑為DZ1，下直徑為DZ0。P點(diǎn)為模腔8圓球面剖面切點(diǎn)位置，K點(diǎn)為Cl夾角中心線(xiàn)方向設(shè)計(jì)水嘴尺寸加上機(jī)械加工余量后在剖面上的位置，夾角C7由剖面上PK線(xiàn)與底邊形成。整體成形水嘴模腔4的設(shè)計(jì)尺寸應(yīng)將圖1所示B處位置能完全包含，其余量尺寸Dk優(yōu)選大于水嘴外環(huán)直徑d2加上熱膨脹量和機(jī)械加工余量總和。
[0041]所述的成形預(yù)制坯料9機(jī)械加工后得到的外形如圖8所示，Dp為預(yù)制坯料9中面展開(kāi)時(shí)最大直徑，HO為坯料9厚度，C5為凸起圓體中心線(xiàn)與坯料9中心線(xiàn)夾角，Rd2為凸起圓體圓半徑，LAl與LA2分別為0203與0102所示距離。C6為坯料9增厚斜面形成夾角，Rd2,Rd3為凸起圓體倒圓角，均需達(dá)到光滑過(guò)度為宜。凸起坯料體積為設(shè)計(jì)水嘴體積的
1.15?1.25倍，其中心線(xiàn)位置如圖Sb所示，凸起部位的底部的投影面積與水嘴整體模腔底部投影面積近似相等。
[0042]本實(shí)施例用于生產(chǎn)制造大型核反應(yīng)堆水室大封頭鍛件，成形后鍛件尺寸滿(mǎn)足機(jī)械加工時(shí)所需形狀要求如圖11所示。
[0043]本實(shí)施例解決了大型核電設(shè)備壓力容器水室封頭水嘴整體鍛造的關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)，同時(shí)有效減少熱沖壓時(shí)鍛件起皺和拉裂等問(wèn)題，使制件性能更加均勻。
【權(quán)利要求】
1.一種封頭鍛件整體成形下模，其特征在于，為碗狀結(jié)構(gòu)，底部設(shè)有三個(gè)整體成形水嘴；該整體水嘴成形的模腔具體位于成形下模的球形模腔的底面，并與成形下模的外部裝置相連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的封頭鍛件整體成形下模，其特征是，所述的球形模腔的整體水嘴成形模腔為相貫圓臺(tái)體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的封頭鍛件整體成形下模，其特征是，所述的球形模腔的直徑為封頭外部球直徑與成形件材料始鍛溫度時(shí)達(dá)到的熱膨脹量及機(jī)械加工余量之和，其中:熱膨脹量計(jì)算公式為ALl = a XDlX AT，α熱膨脹系數(shù)，Dl為成形后封頭開(kāi)口直徑，ΔΤ為坯料裝爐溫度到始鍛溫度之差。
4.一種帶有上述任一權(quán)利要求所述成形下模的鍛壓裝置，其特征在于，包括:球狀上凸模、所述成形下模以及設(shè)置于成形下模上用于承載坯料的定位環(huán)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鍛壓裝置，其特征是，所述的定位環(huán)的上、下接觸面上均設(shè)有臺(tái)階結(jié)構(gòu)，其中:定位環(huán)的下接觸面與成形下模之間通過(guò)臺(tái)階結(jié)構(gòu)活動(dòng)安裝；上接觸面的臺(tái)階結(jié)構(gòu)用于承載坯料，其內(nèi)徑大于坯料直徑與材料始鍛溫度時(shí)達(dá)到的熱膨脹量之和。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鍛壓裝置，其特征是，所述的定位環(huán)的外側(cè)沿圓周方向相隔120°設(shè)置三個(gè)定位標(biāo)識(shí)，用于確定預(yù)制坯料凸起部位沿軸線(xiàn)方向中線(xiàn)與下模腔凹槽徑向方向中線(xiàn)是否重合。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鍛壓裝置，其特征是，所述的上凸模的直徑為封頭直部球徑與成形件材料始鍛溫度時(shí)達(dá)到的熱膨脹量之和；該上凸模的有效沖壓深度是上模具與成形坯料接觸后，上凸模的下行行程等于封頭深度減去加工余量及底部厚度熱膨脹量；SRD1為上封頭的內(nèi)部球徑加上機(jī)加工余量并鍛件熱成形時(shí)熱膨脹量ALl，熱膨脹量計(jì)算公式為ALl = a XDlX ΔΤ, α熱膨脹系數(shù)，Dl為成形后封頭開(kāi)口直徑，Λ T為坯料9裝爐溫度到始鍛溫度之差，d0為的上凸模底部直徑。
【文檔編號(hào)】B21J13/08GK204171250SQ201420577898
【公開(kāi)日】2015年2月25日 申請(qǐng)日期:2014年10月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月8日
【發(fā)明者】董定乾, 崔振山 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)