熔覆-鍛造一體成形工藝及其所用的熔覆-鍛造設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種重型高端結(jié)構(gòu)件成形制造工藝及其成形裝備，特別涉及一種熔覆-鍛造一體成形工藝及其所用的熔覆-鍛造設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)如今，全球核電工業(yè)已進(jìn)入了一個高速發(fā)展時期，為了改善能源結(jié)構(gòu)，各工業(yè)發(fā)達(dá)國家和發(fā)展中國家都在積極致力于核電的發(fā)展。目前的核電產(chǎn)業(yè)已經(jīng)發(fā)展到第三代核電技術(shù)，即采用AP1000核能電站。該核電站的裝備中，其關(guān)鍵部件(包括壓力容器、蒸汽發(fā)生器等)全部采用鍛件制造。傳統(tǒng)自由鍛核電鍛造工藝，由于鍛造精度低，形成很大加工余量；成形能力差，大量的結(jié)構(gòu)無法成形，需靠“敷料”來簡化鍛件，因而增加了鍛件重量；更為重要的是，為保正“鍛透”，保證各種自由鍛工藝規(guī)范的執(zhí)行，必件采用數(shù)倍于鍛件重量的鋼錠，材料浪費(fèi)十分嚴(yán)重。這些關(guān)鍵部件不僅尺寸巨大，而且外形也較為復(fù)雜，因此這種大型鍛件的制造是核電站制造中的一大難題。蒸汽發(fā)生器中的水室整體頂蓋(如圖1所示)，由于其尺寸巨大，外形復(fù)雜，品質(zhì)要求高，現(xiàn)有技術(shù)制造周期長，加工成本高，效率低下。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了彌補(bǔ)以上不足，本發(fā)明提供了一種熔覆-鍛造一體成形工藝及其所用的熔覆-鍛造設(shè)備，該熔覆-鍛造一體成形工藝及其所用的熔覆-鍛造設(shè)備能夠完成重型高端結(jié)構(gòu)件成形制造，其成形件的質(zhì)量高，制造周期短，材料利用率高。
[0004]本發(fā)明為了解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種熔覆-鍛造一體成形工藝，具體步驟如下:
[0005]步驟一:對鍛件進(jìn)行建模、模擬分析后將模型進(jìn)行分層處理，將鍛件自下而上分成η層(η大于等于I)；
[0006]步驟二:對進(jìn)行分層處理后處于最下面的第一層采用3D熔覆成形工藝進(jìn)行成形，獲得第一層熔覆成形坯件；
[0007]步驟三:對已經(jīng)成形的第一層熔覆成形坯件進(jìn)行鍛造處理，使其達(dá)到設(shè)計要求，進(jìn)而獲得第一層半成品；
[0008]步驟四:在第一層半成品上采用3D熔覆成形工藝進(jìn)行成形形成第二層熔覆成形坯件；
[0009]步驟五:對已經(jīng)成形的第二層熔覆成形坯件進(jìn)行鍛造處理，使其達(dá)到設(shè)計要求，進(jìn)而獲得第一、二層半成品；
[0010]步驟六:將上述步驟循環(huán)進(jìn)行，經(jīng)歷η次3D熔覆成形和η+1次鍛造處理后獲得鍛件成品。
[0011]作為發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，3D熔覆成形工藝以激光束、電子束、電弧、熱噴射和冷噴射中的一種或多種的組合能源作為使能技術(shù)(Enable Technologies) ο
[0012]一種熔覆-鍛造設(shè)備，包括垂直承載機(jī)架、垂直主油缸、垂直智能壓頭、水平智能壓頭、旋轉(zhuǎn)工作臺、水平承載機(jī)架、水平油缸、水平承載機(jī)架提升油缸、下模具、活動橫梁、垂向加壓裝置、3D熔覆成形裝置、傳感系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，所述垂直承載機(jī)架固定安裝于地面，垂直主油缸的缸體固定安裝于垂直承載機(jī)架下半圓梁上，其活塞桿能夠縱向伸縮，活動橫梁能夠沿縱向滑動設(shè)于垂直承載機(jī)架內(nèi)，活動橫梁與垂直主油缸的活塞桿相連接，旋轉(zhuǎn)工作臺能夠繞豎直的軸轉(zhuǎn)動定位于活動橫梁上，下模具能夠固定安裝于旋轉(zhuǎn)工作臺上，水平承載機(jī)架縱向能夠滑動套設(shè)于垂直承載機(jī)架上，水平承載機(jī)架提升油缸的缸體與垂直承載機(jī)架固連，水平承載機(jī)架提升油缸的活塞桿與水平承載機(jī)架固連，至少一個水平油缸和至少一個3D熔覆成形裝置分別固定安裝于水平承載機(jī)架上，水平承載機(jī)架中心形成與旋轉(zhuǎn)工作臺正對的鏤空部，各個3D熔覆成形裝置的噴頭能夠經(jīng)該鏤空部在旋轉(zhuǎn)工作臺上的下模具內(nèi)進(jìn)行工件的3D熔覆成形，垂直智能壓頭縱向能夠伸縮固定定位于垂直承載機(jī)架的上半圓梁上，至少一個水平智能壓頭沿水平方向能夠伸縮固定定位垂直承載機(jī)架的上半圓梁上，且各個水平智能壓頭恰能夠與水平承載機(jī)架上各個水平油缸的活塞桿一一對應(yīng)，垂向加壓裝置與垂直承載機(jī)架上半圓梁固連，垂直加壓裝置的的活塞桿恰能夠緊抵下模具內(nèi)工件上端表面，各個傳感系統(tǒng)分別安裝于垂直智能壓頭、水平智能壓頭和3D熔覆成形裝置上并能感應(yīng)到鍛件溫度、壓頭對鍛件的壓力、鍛件金屬流動位移數(shù)據(jù)和3D熔覆成形裝置的噴頭與工件的位置關(guān)系并傳信于控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)控制旋轉(zhuǎn)工作臺、垂直主油缸、水平油缸、水平承載機(jī)架提升油缸、垂直智能壓頭和水平智能壓頭、垂向加壓裝置和3D熔覆成形裝置動作。
[0013]作為發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，3D熔覆成形裝置包括激光熔覆噴頭、熔覆機(jī)器人、激光器、送料器和冷水機(jī)，所述熔覆機(jī)器人包括沿水平承載機(jī)架徑向延伸的水平懸臂、沿縱向延伸的垂直懸臂和噴頭定位塊，所述垂直懸臂能夠沿水平懸臂延伸方向滑動定位于水平懸臂上，噴頭定位塊能夠沿縱向升降定位于垂直懸臂上，激光熔覆噴頭能夠繞與水平承載機(jī)架徑向垂直的水平軸旋轉(zhuǎn)擺動定位于噴頭定位塊上，激光器和送料器分別給激光熔覆噴頭提供激光和熔覆原料(粉末或絲材)，冷水機(jī)用于給激光器冷卻。
[0014]作為發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，還設(shè)有上砧子固定板和上砧子，所述上砧子固定板固定安裝于垂直承載機(jī)架上半圓梁上，上砧子能夠固定安裝于上砧子固定板上，垂直智能壓頭和水平智能壓頭分別固定安裝于上砧子上。
[0015]作為發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述水平油缸的活塞桿端部固定安裝有水平砧子。
[0016]作為發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述水平油缸和熔覆機(jī)器人的數(shù)量均為四個，水平油缸和熔覆機(jī)器人分別對應(yīng)均勻分布于水平承載機(jī)架上，且各個水平油缸活塞桿能夠與各個水平智能壓頭聯(lián)動保持一一同軸正對的位置狀態(tài)，各個熔覆機(jī)器人的水平懸臂與對應(yīng)的水平油缸軸向平行。
[0017]作為發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述下模具上設(shè)有加熱處理裝置。
[0018]作為發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述垂直承載機(jī)架水平承載機(jī)架均為預(yù)應(yīng)力鋼絲纏繞機(jī)架，水平承載機(jī)架邊緣上能夠拆卸設(shè)有一圈活動護(hù)欄。
[0019]作為發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述旋轉(zhuǎn)工作臺由步進(jìn)系統(tǒng)帶動在工件在垂直智能壓頭和水平智能壓頭4對擊的間隙進(jìn)行步進(jìn)旋轉(zhuǎn)。
[0020]本發(fā)明的有益技術(shù)效果是:本發(fā)明將金屬3D打印熔覆成形工藝(以及類似熔覆成形的3D打印工藝)和鍛造工藝通過技術(shù)集成，實現(xiàn)了邊熔覆、邊鍛造的新型工藝方法，其將工件分成若干份，然后逐步的在熔覆過程中實現(xiàn)鍛造或鍛造過程中實現(xiàn)熔覆，在一臺熔覆-鍛造設(shè)備上，通過熔覆-鍛造(CF——Cladding-Forge) 一體成形工藝，完成重型高端結(jié)構(gòu)件成形制造，其成形件的質(zhì)量達(dá)到并超過鍛件，而制造周期縮短20?80%，材料利用率提尚到70?80 %。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明所述的正方形截面柱體的立體圖；
[0022]圖2為本發(fā)明所述的正方形截面柱體的η等分示意圖；
[0023]圖3為本發(fā)明所述的正方形截面柱體第一底層熔覆成形示意圖；
[0024]圖4為本發(fā)明所述的正方形截面柱體第一層鍛造示意圖；
[0025]圖5為本發(fā)明所述的正方形截面柱體第二層熔覆成形示意圖；
[0026]圖6為本發(fā)明所述的正方形截面柱體第二層鍛造示意圖；
[0027]圖7為本發(fā)明所述的正方形截面柱體頂層熔覆成形示意圖；
[0028]圖8為本發(fā)明所述的正方形截面柱體頂層鍛造示意圖；
[0029]圖9為本發(fā)明所述的熔覆-鍛造設(shè)備結(jié)構(gòu)原理圖；
[0030]圖10為本發(fā)明的上砧子及其上的垂直和水平智能壓頭結(jié)構(gòu)圖；
[0031]圖11為本發(fā)明的水平承載機(jī)架立體圖；
[0032]圖12為本發(fā)明所加工的核電深封頭截面圖；
[0033]圖13為本發(fā)明所加工的封頭底部熔覆成形過程示意圖；
[0034]圖14為本發(fā)明所加工的封頭底部鍛造過程主視圖；
[0035]圖15為本發(fā)明所加工的封頭底部鍛造過程立體圖；
[0036]圖16為本發(fā)明