本發(fā)明涉及厚壁管道擠壓制造技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種雙管嘴厚壁管道擠壓制坯的擠壓裝置及方法。

背景技術(shù)：

帶有多管嘴的厚壁管道是核電、火電、石油化工等工業(yè)領(lǐng)域中的重要基礎(chǔ)設(shè)施部件。目前制造多管嘴厚壁管道有如下三種方法：第一種方法是基于自由鍛工藝，即首先將實(shí)心坯料進(jìn)行自由鍛造成形得到一個(gè)局部帶有實(shí)心管嘴輪廓的實(shí)心毛坯，再對(duì)實(shí)心毛坯進(jìn)行機(jī)械加工得到管道內(nèi)孔和管嘴內(nèi)孔。該方法需要反復(fù)多次加熱鍛壓，才能使管嘴輪廓成形，但多次加熱累計(jì)時(shí)間很長(zhǎng)，會(huì)導(dǎo)致材料的晶粒粗大，力學(xué)性能不合格，故鍛件廢品率較高，且生產(chǎn)效率低下、應(yīng)力分布不均。第二種方法是借用動(dòng)力設(shè)備從外面施力拉拔管嘴的方式成形管嘴。這種方法的缺點(diǎn)是，對(duì)管嘴材料的沖擊韌性和管嘴的成形精度不利，成形后產(chǎn)品性能不穩(wěn)定。第三種方法是用焊接工藝將成形的管嘴焊接到管道上。但管嘴處的焊縫熱影響區(qū)存在殘余應(yīng)力以及焊接組織敏化等問(wèn)題，造成應(yīng)力腐蝕破壞，導(dǎo)致性能不穩(wěn)定，壽命低。

以上三種方法雖然都能夠得到多管嘴厚壁管道，但是都存在一定的不足，不是制造多管嘴厚壁管道的理想技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種雙管嘴厚壁管道擠壓制坯的擠壓裝置及方法。

該裝置包括上頂桿、下頂桿、擠壓筒和浮動(dòng)擠壓筒外套，該擠壓裝置安裝在擠壓機(jī)上，上頂桿上端通過(guò)固定板固定于擠壓機(jī)擠壓軸上，下頂桿下端通過(guò)固定板固定于擠壓機(jī)下平臺(tái)上，擠壓筒外面由浮動(dòng)擠壓筒外套緊箍固定，浮動(dòng)擠壓筒外套與擠壓筒油缸連接，擠壓筒內(nèi)上部開(kāi)有上管嘴孔，擠壓筒內(nèi)下部開(kāi)有下管嘴孔。

其中，擠壓筒上開(kāi)有兩個(gè)帶有圓角的孔，擠壓筒沿孔分割成前后兩部分，前擠壓筒和后擠壓筒均設(shè)計(jì)為階梯狀結(jié)構(gòu)，利于拆卸取模。

坯料置于上頂桿和下頂桿之間。

擠壓筒孔與上管嘴孔的相貫線處設(shè)有圓角，擠壓筒孔與下管嘴孔的相貫線處也設(shè)有圓角。

上頂桿、下頂桿、坯料、擠壓筒的軸線重合，保證在同一條直線上。

采用雙管嘴厚壁管道擠壓制坯的擠壓裝置進(jìn)行擠壓制坯的方法，包括如下步驟：

(一)將對(duì)開(kāi)裝置裝配好后吊放到擠壓機(jī)下平臺(tái)上，由下平臺(tái)運(yùn)送到擠壓機(jī)開(kāi)口空間中；

(二)擠壓筒油缸帶動(dòng)浮動(dòng)擠壓筒外套下行，并從外圍箍緊擠壓裝置；

(三)緊箍好后，將擠壓裝置提升到靠近上平臺(tái)處，開(kāi)始加熱擠壓裝置，并準(zhǔn)備送入坯料；

(四)坯料加熱完成后，吊送到下平臺(tái)，并送入擠壓機(jī)開(kāi)口中；

(五)擠壓筒油缸帶動(dòng)浮動(dòng)擠壓筒外套上行，直到擠壓裝置上表面與上頂桿下表面接觸；同時(shí)，下頂桿推動(dòng)坯料到預(yù)定位置；

(六)擠壓開(kāi)始，擠壓機(jī)主軸液壓缸帶動(dòng)上頂桿下行擠壓坯料；

(七)擠壓筒油缸帶動(dòng)浮動(dòng)擠壓筒外套下行，走完預(yù)定行程后停止，上下管嘴成形；

(八)浮動(dòng)擠壓筒外套上行并松開(kāi)擠壓裝置；

(九)下平臺(tái)將擠壓裝置和擠壓管坯同時(shí)送出；

(十)擠壓裝置拆卸并取出管坯。

本發(fā)明的原理是通過(guò)一次單向熱擠壓實(shí)現(xiàn)兩個(gè)管嘴同時(shí)成形，所述方法只須一次熱擠壓即可成形完畢。

本發(fā)明的上述技術(shù)方案的有益效果如下：

1.上下管嘴同時(shí)成形，在相同工況下加速成形的速度，縮短生產(chǎn)周期，提高生產(chǎn)效率。

2.加熱次數(shù)少，有利于改善金屬內(nèi)部組織性能，避免由于時(shí)間長(zhǎng)導(dǎo)致晶粒生長(zhǎng)，達(dá)到細(xì)化晶粒的目的。

3.在擠壓成形過(guò)程中，材料處于三向壓應(yīng)力，材料組織更致密，綜合性能較好。

4.管嘴金屬為管身金屬連續(xù)擠壓流動(dòng)而形成，具有連續(xù)金屬流線特征，管嘴與管道之間具有完好的一體性，因此提高管嘴結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能和組織性能。

5.上下管嘴一次擠壓成形，成形速度快，溫度降低小，管嘴內(nèi)部溫度均勻，故各部分變形均勻、尺寸精度高、表面質(zhì)量好。

6.成形管嘴凸臺(tái)的形狀多樣性適應(yīng)性強(qiáng)，尺寸覆蓋范圍廣。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的雙管嘴厚壁管道擠壓制坯的擠壓裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為初始坯料示意圖；

圖3為熱擠壓成形后雙管嘴管道坯料示意圖，其中圖3a為主視圖，圖3b為左視圖；

圖4為熱擠壓成形后雙管嘴管道坯料剖視圖；

圖5為擠壓裝置擠壓筒階梯狀結(jié)構(gòu)圖；

圖6為擠壓過(guò)程示意圖。

其中：1-上頂桿，2-坯料，3-上管嘴孔，4-浮動(dòng)擠壓筒外套，5-擠壓筒油缸，6-下管嘴孔，7-擠壓筒，8-下頂桿。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。

本發(fā)明提供一種雙管嘴厚壁管道擠壓制坯的擠壓裝置及方法。

如圖1所示，該裝置包括上頂桿1、下頂桿8、擠壓筒7和浮動(dòng)擠壓筒外套4，該擠壓裝置安裝在擠壓機(jī)上，上頂桿1上端通過(guò)固定板固定于擠壓機(jī)擠壓軸上，下頂桿8下端通過(guò)固定板固定于擠壓機(jī)下平臺(tái)上，擠壓筒7外面由浮動(dòng)擠壓筒外套4緊箍固定，浮動(dòng)擠壓筒外套4與擠壓筒油缸5連接，擠壓筒7內(nèi)上部開(kāi)有上管嘴孔3，擠壓筒7內(nèi)下部開(kāi)有下管嘴孔6。上頂桿1、下頂桿8、坯料2、擠壓筒7的軸線重合，保證在同一條直線上。

如圖5所示，擠壓筒7上開(kāi)有兩個(gè)帶有圓角的孔，擠壓筒7沿孔分割成前后兩部分，前擠壓筒和后擠壓筒均設(shè)計(jì)為階梯狀結(jié)構(gòu)，利于拆卸取模。擠壓筒孔與上管嘴孔3的相貫線處設(shè)有圓角，擠壓筒孔與下管嘴孔6的相貫線處也設(shè)有圓角。上下管嘴沿管道周向夾角為θ。

采用該裝置進(jìn)行擠壓的具體過(guò)程如圖6所示，步驟如下：

(一)將對(duì)開(kāi)裝置裝配好后吊放到擠壓機(jī)下平臺(tái)上，由下平臺(tái)運(yùn)送到擠壓機(jī)開(kāi)口空間中；

(二)擠壓筒油缸5帶動(dòng)浮動(dòng)擠壓筒外套4下行，并從外圍箍緊擠壓裝置；

(三)緊箍好后，將擠壓裝置提升到靠近上平臺(tái)處，開(kāi)始加熱擠壓裝置，并準(zhǔn)備送入坯料2；

(四)坯料2加熱完成后，吊送到下平臺(tái)，并送入擠壓機(jī)開(kāi)口中；

(五)擠壓筒油缸5帶動(dòng)浮動(dòng)擠壓筒外套4上行，直到擠壓裝置上表面與上頂桿1下表面接觸；同時(shí)，下頂桿8推動(dòng)坯料2到預(yù)定位置；

(六)擠壓開(kāi)始，擠壓機(jī)主軸液壓缸帶動(dòng)上頂桿1下行擠壓坯料2；

(七)擠壓筒油缸5帶動(dòng)浮動(dòng)擠壓筒外套4下行，走完預(yù)定行程后停止，上、下管嘴成形；

(八)浮動(dòng)擠壓筒外套4上行并松開(kāi)擠壓裝置；

(九)下平臺(tái)將擠壓裝置和擠壓管坯同時(shí)送出；

(十)擠壓裝置拆卸并取出管坯。

擠壓成形后的管坯如圖3所示。

本實(shí)施例中以實(shí)心圓柱狀雙管嘴凸臺(tái)管道為例，推導(dǎo)雙管嘴同時(shí)成形的原理。通過(guò)上、下頂桿對(duì)坯料的擠壓實(shí)現(xiàn)坯料中金屬的流動(dòng)。欲使得上管嘴和下管嘴以同樣的速度填充成形，則需滿足金屬流入上管嘴中的速度和金屬流入下管嘴中速度大小相同。擠壓開(kāi)始時(shí)金屬優(yōu)先填充滿型腔并且墩粗坯料，使得坯料、擠壓筒、浮動(dòng)擠壓筒外套一起運(yùn)動(dòng)。當(dāng)充滿完成時(shí)上管嘴以上金屬流向上管嘴，下管嘴以下金屬流向下管嘴，上下管嘴之間的金屬，相對(duì)于坯料速度為零。

初始坯料如圖2所示，設(shè)上頂桿速度v₁，擠壓筒速度v₂(坯料由于擠壓脹形，與擠壓筒、擠壓筒外套同一速度)，方向向下，則上頂桿相對(duì)坯料的速度為(v₁-v₂)，在時(shí)間t時(shí)上下管嘴同時(shí)填充完成，上頂桿向下壓縮坯料的體積V₁為：

坯料向下的速度為v₂，相當(dāng)于下頂桿相對(duì)坯料向上的速度為v₂，在時(shí)間t時(shí)，下頂桿向上壓縮坯料的體積V₂為：

設(shè)熱擠壓成形后管道坯料的上管嘴直徑為d₂，上管嘴與管道表面交接處過(guò)渡圓角半徑為r₁，交接處直徑為D₂,過(guò)渡圓角到上管嘴端面的距離為l₁，管道表面到上管嘴端面的距離為l₂，管嘴的過(guò)渡圓角處近似成圓臺(tái)，如圖4所示，則上管嘴的體積V_上為：

設(shè)熱擠壓成形后管道坯料的下管嘴直徑為d₃，下管嘴與管道表面交接處過(guò)渡圓角半徑為r₂，交接處直徑為D₃,過(guò)渡圓角到下管嘴端面的距離為l₃，管道表面到下管嘴端面的距離為l₄，管嘴的過(guò)渡圓角處近似成圓臺(tái)，如圖4所示，則下管嘴的體積V_下為：

因?yàn)榕髁舷鄬?duì)上頂桿運(yùn)動(dòng)的壓縮量用于成形上管嘴，坯料相對(duì)下頂桿運(yùn)動(dòng)的圧縮量用于成形下管嘴。欲同時(shí)成形上下管嘴，則滿足如下等式：

由此得到：

式中，v₁為上頂桿的速度；

v₂為油缸帶動(dòng)擠壓筒外套的速度；

D₂為熱擠壓成形后管道坯料上管嘴與管道表面交接處的直徑；

D₃為熱擠壓成形后管道坯料下管嘴與管道表面交接處的直徑；

d₂為熱擠壓成形后管道坯料上管嘴的直徑；

d₃為熱擠壓成形后管道坯料下管嘴的直徑；

l₁為熱擠壓成形后管道坯料上管嘴的過(guò)渡圓角到管嘴端面的距離；

l₂為熱擠壓成形后管道坯料表面到上管嘴端面的距離；

l₃為熱擠壓成形后管道坯料下管嘴的過(guò)渡圓角到管嘴端面的距離；

l₄為熱擠壓成形后管道坯料表面到下管嘴端面的距離；

當(dāng)上下管嘴的尺寸相同時(shí)，即d₂＝d₃，D₂＝D₃，l₁＝l₃，l₂＝l₄時(shí),得到：

v₁＝2v₂

(7)

所以，當(dāng)滿足擠壓機(jī)給上頂桿的速度v₁是油缸給套筒的速度v₂的二倍時(shí)，即可通過(guò)一次單向擠壓完成尺寸相同的上下管嘴成形。

在實(shí)際應(yīng)用中，其他形狀的管嘴凸臺(tái)根據(jù)此方法獲得同時(shí)成形的原理。

坯料預(yù)熱完成后會(huì)在其端面、外表面形成不同厚度的氧化皮，所以可以得到初始坯料直徑D₀為D₁與外表面氧化皮厚度之和。又因?yàn)榕髁先コ趸ず蟮捏w積與熱擠壓成形后雙管嘴管道的體積相等，根據(jù)體積不變?cè)瓌t，得到成形上管嘴時(shí)，去除氧化皮坯料的上端沿軸向的壓縮量ΔL₁為：

同理，成形下管嘴時(shí)，去除氧化皮坯料的下端沿軸向的壓縮量ΔL₂為：

故初始坯料的長(zhǎng)度L₀為：

式中，L₀為初始坯料的長(zhǎng)度；

L₁為熱擠壓成形后管道坯料上管嘴的中心到管道最左(上)端的距離；

L₂為熱擠壓成形后管道坯料上下管嘴的中心距離；

L₃為熱擠壓成形后管道坯料下管嘴的中心到管道最右(下)端的距離；

D₁為熱擠壓成形后管道坯料的直徑；

D₂為熱擠壓成形后管道坯料上管嘴與管道表面交接處的直徑；

D₃為熱擠壓成形后管道坯料下管嘴與管道表面交接處的直徑；

d₂為熱擠壓成形后管道坯料上管嘴的直徑；

d₃為熱擠壓成形后管道坯料下管嘴的直徑；

l₁為熱擠壓成形后管道坯料上管嘴的過(guò)渡圓角到管嘴端面的距離；

l₂為熱擠壓成形后管道坯料表面到上管嘴端面的距離；

l₃為熱擠壓成形后管道坯料下管嘴的過(guò)渡圓角到管嘴端面的距離；

l₄為熱擠壓成形后管道坯料表面到下管嘴端面的距離；

ΔL為初始坯料預(yù)熱后其端面的氧化皮厚度。

以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，在本發(fā)明的描述中，術(shù)語(yǔ)“前”、“后”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語(yǔ)“上”、“下”分別對(duì)應(yīng)“左”、“右”，僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性。對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明所述原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。