大型厚壁半球封头锻件组合成形工艺制造技术

本发明专利技术提供了大型厚壁半球封头锻件组合成形工艺，其通过小压机设备实现复杂大型球形封头锻件的制作，节约了材料成本和设备成本。将坯料按照产品的外轮廓制作形成锻件，之后在锻件的内凹半球槽的表面处通过渐扩式变形工步，逐次扩大内孔半球尺寸，实现内孔的成型，之后锻件经过机加工作业形成成品大型厚壁半球封头锻件。封头锻件。封头锻件。

【技术实现步骤摘要】
大型厚壁半球封头锻件组合成形工艺


[0001]本专利技术涉及压力容器制作的
，具体为大型厚壁半球封头锻件组合成形工艺。

技术介绍

[0002]压力容器壳体一般由筒体和封头两大部分组成一个密闭形容器壳体，在其侧壁或端头又引出接管法兰等，封头和筒体的连接一般采用焊接方式。封头是压力容器非常重要的受力承压零件，封头的制造质量对壳体整体的使用性能有着直接的影响。
[0003]压制封头的方法有拉深成形和旋压成形，其共同特点是成型之前需要在自由锻压机设备上将毛坯锻成圆饼状，圆饼的厚度大于封头厚度，使用专用工装，在液压机上通过拉深成形和旋压成形工艺将圆饼压制成封头所需要的形状。受变形抗力的影响，封头成形需要在吨位大、工作台面宽的大型液压机上使用专用的工装才能完成。由于大型封头模具制造周期长，耗费材料多，造价高，在压制过程中容易出现折叠、裂纹、尺寸超差等质量问题，而且大型封头往往是单件生产，模具造价高，封头成本很高，且对于厚度较大的封头在大型液压机上都无法实现。随着石化行业的快速发展，所需的容器压力越来越大，性能越来越高，封头的厚度越来越大，形状和尺寸与传统封头相比发生了很大的变化。
[0004]需要制作的大型厚壁半球封头锻件，其结构见图1，其与常规封头形状不同，不能采用在常规液压机上通过拉深成形和旋压成形工艺将圆饼压制成封头所需要的形状。该结构封头单件尺寸大，截面特殊，结构复杂，外形结构为圆形和锥形圆台相结合，内孔为半球形，壁厚很大，质量和技术要求高，在自由锻液压机上成形困难。现有技术采用锻造成形的方法，锻出简单形状，再通过机械加工的方式加工成形，材料消耗大，加工费用高，加工周期长，锻件成本高。如果要锻造出接近封头的形状，需要制作专用模具，用万吨以上压机锻造力才能实现，其制作成本大。

技术实现思路

[0005]针对上述问题，本专利技术提供了大型厚壁半球封头锻件组合成形工艺，其通过小压机设备实现复杂大型球形封头锻件的制作，节约了材料成本和设备成本。
[0006]大型厚壁半球封头锻件组合成形工艺，其特征在于：将坯料按照产品的外轮廓制作形成锻件，之后在锻件的内凹半球槽的表面处通过渐扩式变形工步，逐次扩大内孔半球尺寸，实现内孔的成型，之后锻件经过机加工作业形成成品大型厚壁半球封头锻件。
[0007]其进一步特征在于：
[0008]所述渐扩式变形工步顺次包括如下步骤，第一步、冲头预成型；第二步、预扩孔成型；第三步、碾扩成型；第四步、半球孔成型；
[0009]将坯料按照产品的外轮廓制作形成锻件时采用FM法宽砧压实工艺，结合程序拔长工艺方法对钢锭进行镦拔制坯，选择八趟程序压实锻造，保证制坯件得到充分压实锻透，组织致密，探伤符合要求，为后续变性成型提供组织保障；
[0010]在进行渐扩式变形工步之前，用Deform数值模拟软件进行成形仿真数值模拟，分析温度场和应力
‑
应变场，分析所需的变形力，合理选择设备，设计成型工艺，确定每道工步的最佳变形条件，选择相应的变形工步，设计工装模具；
[0011]根据压机设备能力，设计出每道变形成型的工艺工步，合理分配和控制每道次的变形尺寸；其外部采用锥形胎膜，内部半球形成型采用初成型、半圆形预成型、半球形成型逐次扩大变型的工艺方式，在压机能力有限的条件下实现对复杂大型球形封头的锻造，保证锻件各部位变形均匀，锻件形状接近零件形状,符合设计要求，锻件成型良好，无踏角；
[0012]所述坯料的材质为20MnMo，20MnMo化学成份：C、0.17％～0.23％，Si、0.15％～0.40％，Mn、1.10％～1.40％，P、≤0.025％，S、≤0.010％，Cr≤0.30％，Mo、0.20％～0.35％，Ni≤0.3％，Cu≤0.20，其余为Fe及不可避免的杂质；
[0013]所述锻件的工称厚度为＞300mm～500mm，其拉伸性能Rm为510～680Mpa、Rel不小于350Mpa。
[0014]采用本专利技术后，其借助先进的模拟软件模拟锻造变形过程，优化工艺，科学合理设计变形工步，设计每个工步的工装模具，使锻件内球面逐步扩大变形，形状最大限度的接近零件形状，减轻工艺重量，缩短机加工周期。本项目实现在有限压机条件下完成大截面复杂形状封头的锻造成型，解决变形成型的难题；其通过小压机设备实现复杂大型球形封头锻件的制作，节约了材料成本和设备成本。
附图说明
[0015]图1为本专利技术的所需要制作的大型厚壁半球封头锻件的剖视图；
[0016]图2为本专利技术对于具体的大型厚壁半球封头锻件的整体变形模拟分析截图；
[0017]图3为本专利技术对于冲头预成型的模拟分析截图；
[0018]图4为本专利技术对于预扩孔成型的模拟分析截图；
[0019]图5为本专利技术对于碾扩成型的模拟分析截图；
[0020]图6为本专利技术对于半球孔的模拟分析截图；
[0021]图7为本专利技术的冲头预成型的模具结构尺寸图；
[0022]图8为本专利技术的预扩孔成型的模具结构尺寸图；
[0023]图9为本专利技术的碾扩成型的模具结构尺寸图；
[0024]图10为本专利技术的半球孔成型的模具结构尺寸图。
具体实施方式
[0025]大型厚壁半球封头锻件组合成形工艺：将坯料按照产品的外轮廓制作形成锻件，之后在锻件的内凹半球槽的表面处通过渐扩式变形工步，逐次扩大内孔半球尺寸，实现内孔的成型，之后锻件机加工作业形成成品大型厚壁半球封头锻件。
[0026]具体实施时，大型厚壁半球封头锻件的结构尺寸见图1，其内凹半球的内凹半径为881mm，将坯料按照产品的外轮廓制作形成锻件时采用FM法宽砧压实工艺，结合程序拔长工艺方法对钢锭进行镦拔制坯，选择八趟程序压实锻造，保证制坯件得到充分压实锻透，组织致密，探伤符合要求，为后续变性成型提供组织保障；
[0027]坯料的材质为20MnMo，20MnMo化学成份：C、0.17％～0.23％，Si、0.15％～0.40％，
Mn、1.10％～1.40％，P、≤0.025％，S、≤0.010％，Cr≤0.30％，Mo、0.20％～0.35％，Ni≤0.3％，Cu≤0.20，其余为Fe及不可避免的杂质；
[0028]在进行渐扩式变形工步之前，用Deform数值模拟软件进行成形仿真数值模拟，分析温度场和应力
‑
应变场，分析所需的变形力，合理选择设备，设计成型工艺，确定每道工步的最佳变形条件，选择相应的变形工步，设计工装模具；
[0029]根据图2
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图6数值模拟结果，要实现整体锻造变形，需要的最大变形力为23000吨，按分步变形，渐扩式变形工步顺次包括如下步骤，第一步、冲头预成型；第二步、预扩孔成型；第三步、碾扩成型；第四步、半球孔成型；其所受的最大变形力为4500吨；
[0030]具体实施时，采用6300T压机设备完成大型球形封头的锻造成型工艺，第一步冲头预成型的模具，见图7，其尺寸参数为下部半球头的半本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.大型厚壁半球封头锻件组合成形工艺，其特征在于：将坯料按照产品的外轮廓制作形成锻件，之后在锻件的内凹半球槽的表面处通过渐扩式变形工步，逐次扩大内孔半球尺寸，实现内孔的成型，之后锻件经过机加工作业形成成品大型厚壁半球封头锻件。2.如权利要求1所述的大型厚壁半球封头锻件组合成形工艺，其特征在于,所述渐扩式变形工步顺次包括如下步骤:第一步、冲头预成型；第二步、预扩孔成型；第三步、碾扩成型；第四步、半球孔成型。3.如权利要求1所述的大型厚壁半球封头锻件组合成形工艺，其特征在于：将坯料按照产品的外轮廓制作形成锻件时采用FM法宽砧压实工艺，结合程序拔长工艺方法对钢锭进行镦拔制坯，选择八趟程序压实锻造，保证制坯件得到充分压实锻透，组织致密，探伤符合要求，为后续变性成型提供组织保障。4.如权利要求1所述的大型厚壁半球封头锻件组合成形工艺，其特征在于：在进行渐扩式变形工步之前，用Deform数值模拟软件进行成形仿真数值模拟，分析温度场和应力
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应变场，分析所需的变形力，合理选择设备，设计成型工艺，确定每道工步的最佳变形条件，选择...

【专利技术属性】
技术研发人员：张瑞庆，张盛，温铁军，马晗珺，
申请(专利权)人：无锡宏达重工股份有限公司，
类型：发明
国别省市：