帶內外臺階大型筒體鍛件的仿形鍛造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及鍛造技術，尤其是一種帶內外臺階大型筒體鍛件的仿形鍛造方法。
【背景技術】
[0002]公知的:帶內外臺階大型筒體鍛件在核電、石油化工和深海壓力容器中均有應用，因設備為鍛焊結構，原來的設計是將法蘭和筒身段分開，最后再焊接為一體。隨著容器規格的日益增大和技術要求的不斷提高，盡量減少焊縫已經成為一種共識，這一方面可以提高設備安全性、可靠性和使用壽命，同時還可以降低核電等產品的在役檢查次數和風險。因此，目前這種鍛件的法蘭和筒身段已經被設計為一個整體，從而形成了外圓和內孔均帶臺階的雙臺階特殊大型筒體結構，鍛造難度和風險極大，常規的鍛造方法根本無法滿足要求。
[0003]傳統工藝是將工件外圓和內孔分別按最大和最小直徑簡化為直壁筒體，這樣雖然成形相對簡單，但增加了鍛件的加工余量、切斷了金屬的自然流線，而且很大一部分致密的鍛造表層被白白加工掉，造成了極大的材料浪費和性能損失，更為可觀的是，由于鍛件外形龐大，這樣做將使鋼錠重量劇增，從而在增加鋼錠制造難度的同時將使鍛件的質量風險進一步加大。甚至使所需鋼錠規格過大而無法滿足制造要求。
[0004]生產帶內外臺階大型筒體鍛件存在以下難點:
[0005]1)鍛件在結構上存在法蘭和筒身段兩個部分，其中法蘭端外徑大、內徑小，接管筒體外徑小、內徑大，因而形成了內外均帶臺階的異形結構，給鍛件成形制造了很大難度。鍛件尺寸規格越大，難度越突出。
[0006]2)鍛件尺寸龐大，重量超重，在鍛造過程中設備處于極限負荷狀態，給工藝操控形成了很大障礙，尤其是制坯精度的控制。
[0007]3)鍛件由于兩端壁厚不一致，在變形過程中極易形成喇叭口，且拔長時壁厚超厚，容易形成凹心。
[0008]4)鍛件在整個擴孔過程中內外臺階差始終發生著動態變化，因此，如何保證內外臺階差滿足工藝尺寸成為又一大難點。
[0009]5)法蘭和筒身段根部的金屬在擴孔變形過程中處于過渡部位，既無法與法蘭端同步，又無法與筒身段端同步，因此極易形成“收腰”缺陷。
[0010]6)變形過程中，法蘭段走料慢，接管筒體段走料快，因此很容易形成接管筒體段尺寸已到位而法蘭段仍然尺寸不足的局面。
[0011 ] 7) 一體化帶內外臺階大型筒體仿形鍛造方法不僅形狀特殊，而且厚度超厚，鍛件綜合機械性能要求極高，如何在成形過程中保證晶粒度細小均勻和鍛件內部致密，是一項很大的難題。
[0012]傳統工藝方法是將鍛件按最大外徑、最小內徑簡化成直圓筒。
[0013]常規的工藝流程為:下料—鐓粗沖孔—芯軸拔長—芯軸擴孔。
[0014]帶內外臺階大型筒體鍛件傳統工藝的存在以下缺點:
[0015]①傳統工藝方法采用簡化鍛件圖的形式鍛造，雖然使鍛造成形難度降低，但大大增加了鍛件重量，增加了原材料投入和機加工臺時，而且隨著容器產品越來越向大型化方向發展，采用這種方式所帶來的已不單是成本和周期問題，更嚴重的是，過多的敷料使鋼錠尺寸極度擴大，已經限制了生產投料，必將嚴重制約規模化的生產。
[0016]②鍛件內外臺階部分采用機加方式加工出，切斷了金屬的自然流線，很大一部分致密的鍛造表層被白白加工掉，不利于鍛件的綜合性能。

【發明內容】

[0017]本發明所要解決的技術問題是提供一種能夠確保內部質量的前提下降低原材料消耗、減少機械加工余量的帶內外臺階大型筒體鍛件的仿形鍛造方法。
[0018]本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:帶內外臺階大型筒體鍛件的仿形鍛造方法，包括以下步驟:
[0019]A、壓鉗口；B、滾圓拔長、下料;C、鐓粗、沖孔;D、采用普通芯軸預擴孔至臺階馬杠能夠穿入鍛坯;E、采用臺階馬杠預拔長使鍛坯內孔形成臺階，并使得鍛坯的外輪廓成臺階筒體形狀，同時使得鍛坯的長度符合工藝加工尺寸;F、采用臺階馬杠和臺階擴孔砧擴孔成形；
[0020]在步驟C中，將鍛坯的鐓粗沖孔工序分為兩個火次實施:第一火在1250±15°C將法蘭段的端面向上鐓粗直至鐓不動為止;第二火第一步:仍然在1250 ± 15°C，將法蘭段的端面向上展壓鐓粗，留量300 ± 5mm，直到法蘭段達到外徑尺寸要求，然后采用球面鐓粗板將鍛坯高度壓至工藝要求的高度，制成帶有10?13°錐度的錐臺坯料;第二火第二步:將工件翻面，法蘭段的端面向下沖孔。
[0021]進一步的，在步驟E中滾圓拔長以工件的法蘭段和接管筒體段交接處為界，使得工件的制坯外徑以交接處向兩端逐漸遞減;在法蘭段形成法蘭段的制坯外徑且在法蘭段形成3?4°的制坯錐度;在接管筒體段形成接管筒體段的制坯外徑，且在接管筒體段形成1.5?3°的制坯錐度;所述法蘭段與接管筒體段相交端的外徑大于法蘭段另一端的外徑，所述接管筒體段與法蘭段相交端的外徑大于接管筒體段另一端的外徑。
[0022]本發明的有益效果是:采用發明所述的帶內外臺階大型筒體鍛件的仿形鍛造方法，通過采用芯軸預擴孔，采用臺階馬杠預拔長；同時采用臺階馬杠和臺階擴孔砧擴孔成形;從而一次成型帶內外臺階大型筒體鍛件的鍛坯，避免了傳統工藝成型中生產成直圓筒形然后再進行加工的方式，因此從工件的尺寸看，鍛件各部尺寸均能滿足加工要求，且鍛件形狀規整、余量均勻，加工余量少，避免了切斷金屬的自然流線;鍛件沒有任何超標缺陷，內外部質量良好;從性能結果看，雖然鍛件壁厚超厚，且性能要求極高，但鍛件整體性能均勻，各項指標均完全滿足要求，因此采本發明所述的帶內外臺階大型筒體鍛件的仿形鍛造方法，能夠使得鍛件纖維連續，有利于提高鍛件的綜合機械性能。同時在對坯料進行鐓粗、沖孔的過程中，將鐓粗分為兩個火次進行實施，在鐓粗的過程中使得鍛坯在的法蘭段和接管筒體段整體形成制坯錐度，同時通過拔長使得鍛坯由法蘭段與接管筒體段的交界處向兩端分別形成制坯錐度。從而滿足鍛件分料時的直徑要求，同時避免芯軸拔長時引起端面凹心。
【附圖說明】
[0023]圖1是傳統工藝方法的鍛件圖模式；
[0024]圖2是本發明實施例中鍛件圖模式；
[0025]圖3是本發明實施例中鍛坯鐓粗形成錐臺坯料時的結構示意圖；
[0026]圖4是本發明實施例中鍛坯沖孔后的示意圖；
[0027]圖5是本發明實施例中采用普通芯軸預擴孔后鍛坯剖視圖；
[0028]圖6是本發明實施例中鍛坯預擴孔后插入臺階馬杠的結構示意圖；
[0029]圖7是本發明實施例中鍛坯拔長后的示意圖；
[0030]圖8是本發明實施例中采用臺階馬杠和臺階擴孔砧擴孔過程的示意圖；
[0031]圖9是本發明實施例中采用臺階馬杠和臺階擴孔砧擴孔成型示意圖；
[0032]圖中標示:1_鍛坯，11-法蘭段，12-接管筒體段，2-臺階馬杠，3-臺階擴孔砧。
【具體實施方式】
[0033]下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
[0034]本發明所述的帶內外臺階大型筒體鍛件的仿形鍛造方法，包括以下步驟:
[0035]A、壓鉗口；B、滾圓拔長、下料;C、鐓粗、沖孔;D、采用普通芯軸預擴孔至臺階馬杠2能夠穿入鍛坯1;E、采用臺階馬杠2預拔長使鍛坯1內孔形成臺階，并使得鍛坯1的外輪廓成臺階筒體形狀，同時使得鍛坯1的長度符合工藝加工尺寸;F、采用臺階馬杠2和臺階擴孔砧3擴孔成形；
[0036]在步驟C中，將鍛坯1的鐓粗沖孔工序分為兩個火次實施:第一火在1250±15°C將法蘭段11的端面向上鐓粗直至鐓不動為止;第二火第