一种带法兰阀体整体锻造模具及锻造方法技术

本发明专利技术涉及一种带法兰阀体整体锻造模具及锻造方法，属于金属锻造技术领域。该模具的上凸模下部具有与阀体圆柱主体形状相配的上凸半圆弧以及由半圆弧分别朝两端延伸与阀体上半法兰颈和法兰盘相配的上凸型腔；下凹模上部具有与阀体圆柱主体形状相配的下凹半圆弧以及由半圆弧分别朝两端延伸与阀体下半法兰颈和法兰盘相配的下凹型腔；上凸模对应上半法兰颈的两侧和下凹模对应下半法兰颈的两侧分别具有延伸至阀体圆柱主体端面的飞边浅池，上凸模或下凹模之一具有阀体圆柱主体两端面以及两法兰端面相对的封闭面。采用本发明专利技术无需制坯，且避免了失效、开裂的问题，只需在普通的单向压机上即可批量锻造。

【技术实现步骤摘要】
一种带法兰阀体整体锻造模具及锻造方法
本专利技术涉及一种锻造模具，尤其是一种带法兰阀体整体锻造模具，同时还涉及相应的锻造方法，属于金属锻造

技术介绍
阀体是阀门上的重要构成部分。根据美国石油协会(AmericanPetroleumInstitute)制定的APISpec6A《井口装置和采油树设备规范》标准，石油阀体常常需要在高压、高腐蚀气体、高气密性条件下工作，工况条件恶劣。长期以来，制造此类带有法兰的石油阀体通常有焊接、铸造及锻造三种工艺。(1)焊接阀体——生产流程为：[阀体主体锻造、机加工；法兰锻造、机加工]→[阀体主体、法兰焊前预热；焊材预热]→[阀体主体及法兰焊接并缓慢冷却]→[焊后去应力退火]。热处理后，还需对焊缝部位超声波探伤及渗透探伤。焊接工艺的缺点是焊缝容易产生气孔及热裂纹，焊接后需缓冷及退火热处理，并且焊接工序复杂，生产效率低，会产生烟雾造成空气污染，焊接辐射影响施工人员健康。(2)铸造阀体——通常采用砂型铸造，生产的阀体表面粗糙，存在沙眼及气孔缺陷，需要后续打磨、焊补或机加工清除表面缺陷。如果采用精密铸造，即溶模铸造，其铸件虽尺寸精度高，表面光整，外观质量好，但由于铸件在凝固冷却过程存在热胀冷缩效应，因此会导致铸件体积和尺寸缩小，铸件内部易产生气孔、夹杂、缩松和裂纹等缺陷。(3)锻造阀体——鉴于石油类阀门上所用阀体额定工作压力在高达13.8MPa～138MPa，针对焊接阀体和铸钢阀体存在气密性不足及承压不理想、成品合格率不高的缺陷，锻造工艺生产石油阀体锻件被越来越多的采用。中国专利技术专利申请CN104439032A公开了一种阀体锻造方法，制坯后需要自由锻锤先铆锻圆钢再压肩分料，两端法兰锻出后，将阀体主体部分锻成260°八角形，同时利用压块压槽及整形；之后半模锻，采用扣压模锻出坯体中间八角，利用垫块控制高度锻造法兰；最终还需修整各部分尺寸。此法步骤多，且受制于自由锻造设备，很难精确控制锻造下压量，容易尺寸超差造成锻件报废。由于无法很好控制锻造的形变程度，该锻造方法不适合生产对形变程度及锻造温度敏感的不锈钢阀体锻件。并且，由于锻件成型采用半模锻工艺，锻件成品仍需机加工，锻件流线部分割断，对阀门总体质量产生不利影响。中国专利技术专利CN102873239B公开了一种大型阀体全封闭多向整体模锻成型工艺，可一次锻造完成阀体整体结构，主要得益于多向模锻液压设备。但多向模锻液压设备造价高，且所用模具采用全封闭式设计，锻造过程坯料金属无变形流动空间，因此要求坯料下料尺寸十分精确：小了——阀体锻件缺肉，造成阀体报废；大了——过多的坯料金属对模具产生超常挤压应力，锻件成型不完全，导致模具出现磨损、塌陷失效，甚至模具开裂，寿命极大下降；因此该专利技术具有较大的局限性，难以推广应用。据申请人了解，在普通压机上进行模锻分为开式和闭式模锻两种类型。闭式模锻适用于轴对称类的锻件成型，优点在于减少飞边材料损耗(飞边金属约为锻件重量的10％～50％，平均约为30％)。闭式模锻时金属处于明显的三向压应力状态，在充满阶段，金属沿水平方向流动基本停止，只有沿竖直方向产生少量的飞边，在极大的模压力下，对低塑性材料的成型有利。而石油阀体中法兰及两侧边法兰尺寸大，颈部尺寸小，整个阀体锻件外形复杂，截面变化大，是典型的三通长轴向锻件，不适用闭式模锻生产。现阶段，阀体模锻工艺均采用开式模锻，在阀体分模面一周存在飞边浅池。利用飞边浅池桥部，增加金属横向外流的阻力，迫使更多的金属沿纵向流动，流入型腔内部，充满模膛，最后多余的金属由飞边处流出。整个模锻成型过程，金属沿横向的外流始终存在。中国专利技术专利文献CN100567786C公开了一种整体法兰阀门和阀体的模锻成型方法，此工艺选用的模具即为典型的开式锻模。先制坯：材料外径需大于阀体两侧边法兰外径；中部压扁，中部压扁后的厚度大于阀体中法兰的外径；制成长度大于阀体两侧边法兰方向长度的毛坯。将制坯后的毛坯放在上、下模具中进行模锻生产。此开式锻模整个成形过程，金属沿横向的外流始终存在，横向流动的金属遇到桥部的阻力后，部分金属继续沿横向流动，部分金属沿纵向流动，填充法兰区域。如预先无制坯工艺对坯料进行合理分料，必然会使过多金属外流，导致两侧边法兰与中法兰成型困难，锻件成型不完全，造成报废。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：针对上述现有技术存在的问题，提出一种在普通压机上即可以简单工艺步骤完成高质量锻造的带法兰阀体整体锻造模具，进而给出采用该模具完成的相应锻造方法，从而为满足石油输送管路阀门的阀体特殊要求奠定基础。为了达到以上目的，本专利技术的带法兰阀体整体锻造模具包括固定在上模板下的上凸模和与之相对固定在下模板上的下凹模；所述上凸模下部具有与阀体圆柱主体形状相配的上凸半圆弧以及由半圆弧分别朝两端延伸与阀体上半法兰颈和法兰盘相配的上凸型腔；所述下凹模上部具有与阀体圆柱主体形状相配的下凹半圆弧以及由半圆弧分别朝两端延伸与阀体下半法兰颈和法兰盘相配的下凹型腔；所述上凸模对应上半法兰颈的两侧和下凹模对应下半法兰颈的两侧分别具有延伸至阀体圆柱主体端面的飞边浅池，所述上凸模或下凹模之一具有阀体圆柱主体两端面以及两法兰端面相对的封闭面；所述上凸模和下凹模对应所述浅池部位设有顶出机构。采用本专利技术模具完成的带法兰阀体整体锻造方法包括以下步骤：步骤一、下料——选择直径等于阀体两端法兰直径85％-95％、长度等于阀体两端法兰端面间距110％-120％的锻造棒料；步骤二、加热——将棒料加热到可锻温度，并保温使棒料心部热透；步骤三、镦粗——先将棒料沿轴向镦粗成高度等于两端法兰端面间距85％-95％的鼓形坯料；步骤四、模锻——将镦粗后的坯料旋转90°放置在整体锻造模具上，加压使坯料锻造成仅具有法兰颈两侧局部飞边的阀体锻件；步骤五、切边——将阀体锻件顶出后切去局部飞边，完成锻造。申请人针对阀体圆柱主体端面、尤其是两侧法兰锻造成型最晚，填充困难，而颈部区域存在过多的外流金属的问题，采用了法兰颈局部区域飞边浅池结构，阀体圆柱主体端面、两侧法兰闭式结构，使之既留存足够的补充金属，从而将闭式锻模和开式锻模结构合理的有机结合起来，无需制坯，且避免了完全闭式锻模成型难以完全、模具因承受巨大挤压应力容易失效甚至开裂的问题，只需在普通的单向压机上即可批量锻造，因此可以锻造出高品质的阀体，为满足石油行业的需求奠定的良好基础。与CN104439032A相比，本专利技术提供的模锻工艺，步骤简单，锻造过程温度下降在可控范围内，能够保证锻造终锻温度。锻造过程能够精确控制锻造下压量，并很好控制锻造的形变程度，该锻造工艺可用于普通的碳钢及合金钢阀体锻件生产，亦可用于对形变程度及锻造温度敏感的低塑性材质的阀体锻件生产。与CN102873239B相比，采用本专利技术提供的模锻工艺与模具，可以达到多向闭式模锻锻造阀体的成型效果。同时增加金属流动空间，减小成型应力，降低对模具的损耗，延长模具寿命。与CN100567786C相比，采用改良后的模具，工艺上采用镦粗台进行镦粗聚料，达到中心聚料，合理分料效果。工艺上能够摒弃制坯工序，简化操作步骤，提高生产效率。进一步，所述上凸模两侧边分别对应法兰端面，且对应圆柱主体端面处形成矩形空缺，构成呈工字形结构的闭式锻模区域。进一步，所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带法兰阀体整体锻造模具，包括固定在上模板下的上凸模和与之相对固定在下模板上的下凹模；其特征在于：所述上凸模下部具有与阀体圆柱主体形状相配的上凸半圆弧以及由半圆弧分别朝两端延伸与阀体上半法兰颈和法兰盘相配的上凸型腔；所述下凹模上部具有与阀体圆柱主体形状相配的下凹半圆弧以及由半圆弧分别朝两端延伸与阀体下半法兰颈和法兰盘相配的下凹型腔；所述上凸模对应上半法兰颈的两侧和下凹模对应下半法兰颈的两侧分别具有延伸至阀体圆柱主体端面的飞边浅池，所述上凸模或下凹模之一具有阀体圆柱主体两端面以及两法兰端面相对的封闭面；所述上凸模和下凹模对应所述浅池部位设有顶出机构。

【技术特征摘要】
1.一种带法兰阀体整体锻造模具，包括固定在上模板下的上凸模和与之相对固定在下模板上的下凹模；其特征在于：所述上凸模下部具有与阀体圆柱主体形状相配的上凸半圆弧以及由半圆弧分别朝两端延伸与阀体上半法兰颈和法兰盘相配的上凸型腔；所述下凹模上部具有与阀体圆柱主体形状相配的下凹半圆弧以及由半圆弧分别朝两端延伸与阀体下半法兰颈和法兰盘相配的下凹型腔；所述上凸模对应上半法兰颈的两侧和下凹模对应下半法兰颈的两侧分别具有延伸至阀体圆柱主体端面的飞边浅池，所述上凸模或下凹模具有阀体圆柱主体两端面以及两法兰端面相对的封闭面；所述上凸模和下凹模对应飞边浅池部位设有顶出机构。2.根据权利要求1所述的带法兰阀体整体锻造模具，其特征在于：所述上凸模两侧边分别对应法兰端面，且对应圆柱主体端面处形成矩形空缺，构成呈工字形结构的闭式锻模区域。3.根据权利要求2所述的带法兰阀体整体锻造模具，其特征在于：所述下凹模具有与所述上凸模矩形空缺相配、形成使阀体圆柱主体两端面相对封闭面的中部凸台，以及与上凸模两侧边相配、形成使两法兰端面相对封闭面的两侧凸台。4.根据权利要求3所述的带法兰阀体整体锻造模具，其特征在于：所述飞边浅池在合模状态下，由邻近闭式锻模区域的内侧桥缝区域和外侧仓缝区域构成，所述桥缝区域的高度和长度分别小于仓缝区域...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙超，游和清，陈胜，
申请(专利权)人：南车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32