一种高压弯头芯棒的制造方法技术

本发明专利技术属于弯头芯棒设计制造技术领域，特别提供了一种高压弯头芯棒的制造方法。其主要步骤包括：设计拟定弯头产品的预期参数；根据弯头参数，计算芯棒轴线过渡段相关量；根据芯棒轴线过渡段相关量绘制渐开线，即芯棒过渡段轴线；以过渡段轴线的起点为基准绘制导向段轴线，以过渡段轴线的终点为起点，以最后曲率为基准绘制整形段轴线；沿芯棒轴线绘制芯棒的导向段和整形段外形；根据公式确定每段椭圆截面的横轴X

【技术实现步骤摘要】
一种高压弯头芯棒的制造方法


[0001]本专利技术属于弯头芯棒设计制造
，特别提供了一种高压弯头芯棒的制造方法。

技术介绍

[0002]弯头是油田注汽锅炉的主要受压元件，按规格分为180
°
、90
°
、60
°
、 45
°
等弯头，弯头主要作为锅炉辐射段、对流段、过热段、冷凝段内管束之间的连接件。由于锅炉运行过程中，弯头处受到冲击力及腐蚀情况要远远大于直管段处，且弯头凸边受到的冲击力远大于弯头凹边，致使弯头受力不均导致弯头开裂的严重后果。因此，对弯头的产品质量有较高要求。
[0003]常见的弯头制作工艺有热推成型、冲压成型、中板焊制等。其中，利用牛角芯棒热推制弯头是最有效方式之一。热推弯头时，基管是紧贴芯棒推出的，弯头芯棒的几何尺寸，直接影响影响弯头成型过程的弯曲变形和金属流动性，是决定弯头成型质量的主要参数。
[0004]牛角芯棒推制弯头的工艺已经有几十年的历史，苏联科学家首次给出了芯棒和管坯直径的设计的经验公式。苗天德教授从理论上推导出了牛角芯棒、管坯尺寸和推制工艺参数的经验公式，但只能适用于冷加工。鹿晓阳教授在塑性弯曲工程理论的基础上，提出描述弯管变形特征的四个假设，从而推导出牛角芯棒中心线的解析公式。
[0005]目前还没有准确的芯棒曲率计算方法，如图6所示的，根据上述理论(经验公式)，以平移递推圆心的方式设计制作二曲率芯棒，后续还需要手动磨削校准，并在反复弯头推制加工进行进一步校准后才能投入正式加工流程中使用。该制作方式不仅制作周期长，且制成的芯棒即使进行了反复校准，依旧存在弧面不够圆滑，曲率变化不连续的问题。曲率变化不连续会导致弯头推制过程中芯棒受力不均匀，易断裂。

技术实现思路

[0006]为解决上述问题，本专利技术提供了一种高压弯头芯棒的制造方法。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种高压弯头芯棒的制造方法，制作步骤包括：
[0008]步骤1，设计拟定弯头产品的预期参数：中心距为A、弯头内径为d；
[0009]步骤2，根据弯头参数，计算过渡段轴线的渐开线基圆半径R
a
、芯棒整形段轴线的弧线初始曲率半径为R
n
、第一曲率的渐开线曲率半径R1及渐开线最小曲率半径L；
[0010]步骤3，根据R
a
和R1绘制渐开线，并以R1所对应渐开线为起点，截取k 的渐开线作为过渡段轴线；
[0011]步骤4，以过渡段轴线的起点为基准绘制水平射线，以过渡段轴线的终点为起点，以最后曲率为基准绘制圆弧；
[0012]步骤5，根据弯头参数，设定导向段的起始端截面直径为d0、导向段的尾端截面及过渡段的起始端截面直径及为d
j
，过渡段的尾端截面及整形段的截面直径等于弯头内径d，
沿芯棒轴线绘制芯棒的导向段和整形段外形；
[0013]步骤6，设芯棒曲率数量为n，以k/n
°
为间距绘制n条曲率半径，将芯棒过渡段轴线分为n
‑
1段，每段截面均为横轴为X
n
X
n
’
纵轴为Y
n
Y
n
’
的椭圆，相邻截面的纵轴增量为a；
[0014]根据公式Y
n
Y
n
’
＝φd
j
+(n
‑
1)a+
△
计算每段轴线对应截面纵轴的长度，其中，
△
为修磨余量；
[0015]芯棒导向段和整形段的纵向投影的X1’
X1X
n
X
n
’
四点连线为等腰梯形，每段曲率截面的横轴长度为纵向投影位置所对应的腰线间距；
[0016]根据横轴为X
n
X
n
’
纵轴为Y
n
Y
n
’
的截面椭圆，用光滑弧面依次连接每个截面绘制出芯棒的过渡段外形，结合步骤5中绘制的芯棒的导向段和整形段外形，得到完整的芯棒外形；
[0017]步骤7，根据步骤6中所得到芯棒外形或芯棒建模制作芯棒模型，并对模型进行校准修正；
[0018]步骤8，使用芯棒模型制作铸造模具；
[0019]步骤9，使用铸造模具铸造芯棒，并对芯棒进行抛光处理。
[0020]进一步地，所述步骤1中所述的中心距为：180
°
弯头两个端面中心之间的距离，90
°
弯头两个端面中心的垂直距离。
[0021]进一步地，所述步骤2中，L＝A/8，R1＝6L，R
n
＝4L，且根据渐开线的原理可知基圆周长为2πR
a
＝12L，可此可推导出
[0022]进一步地，所述步骤3中，以R1为基圆水平直径的左侧端点，以R
a
为半径可绘制出渐开线基圆，以该基圆为基础绘制渐开线，R1至R
n
区间内渐开线的弧线为芯棒过渡段轴线；其中，k为45
°
～60
°
。
[0023]进一步地，所述步骤4中，所述圆弧的弧度角为30
°
。
[0024]进一步地，所述步骤5中，d0与弯头机基杆尺寸相匹配，且d0＜d
j
；d
j
等于弯头基管的内径。
[0025]进一步地，所述步骤6中，因芯棒过渡段的外表面是曲率连续且增量恒定的光滑弧面，故横轴增量恒定，由此可知
[0026]进一步地，所述步骤7中，根据步骤1
‑
步骤6所求得的数据，通过三维建模软件可绘制芯棒的三维模型，再进行三维仿真，经数控系统或3D打印系统获得标准化芯棒模型。
[0027]进一步地，所述步骤9中，采用真空感应冶炼法制作芯棒铸件。
[0028]进一步地，所述步骤9中，采用镍基合金钢作为制作芯棒的材料。
[0029]使用本专利技术的有益效果是：
[0030]1、通过渐开线理论，可设计制作n曲率芯棒，n接近于无穷大时可得到圆滑的芯棒理论模型，以该模型为基准铸造的芯棒其外形接近标准化，大幅降低后续修型校准工作的工作量，提高芯棒的制造效率；
[0031]2、相较于现有芯棒设计制造方法，本方案降低修型校准工作量的同时，减少了制造过程中的材料磨削总量，避免了材料浪费；
[0032]3、成型后的芯棒曲率连续过度，外形更圆滑，芯棒使用时受力更均匀，有效降低了芯棒因受力不均匀而断裂情况的发生概率，从而达到降低弯头推制成本的目的；
[0033]4、本芯棒可用于推制相同直径、壁厚的180
°
、90
°
、60
°
、45
°
等不同角度的弯头，提高芯棒的应用场景和使用频率，进一步降低弯头推制成本。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高压弯头芯棒的制造方法，其制作步骤包括：步骤1，设计拟定弯头产品的预期参数：中心距为A、弯头内径为d；步骤2，根据弯头参数，计算过渡段轴线的渐开线基圆半径R
a
、芯棒整形段轴线的弧线初始曲率半径为R
n
、第一曲率的渐开线曲率半径R1及渐开线最小曲率半径L；步骤3，根据R
a
和R1绘制渐开线，并以R1所对应渐开线为起点，截取k的渐开线作为过渡段轴线；步骤4，以过渡段轴线的起点为基准绘制水平射线，以过渡段轴线的终点为起点，以最后曲率为基准绘制圆弧；步骤5，根据弯头参数，设定导向段的起始端截面直径为d0、导向段的尾端截面及过渡段的起始端截面直径及为d
j
，过渡段的尾端截面及整形段的截面直径等于弯头内径d，沿芯棒轴线绘制芯棒的导向段和整形段外形；步骤6，设芯棒曲率数量为n，以k/n
°
为间距绘制n条曲率半径，将芯棒过渡段轴线分为n
‑
1段，每段截面均为横轴为X
n
X
n
’
纵轴为Y
n
Y
n
’
的椭圆，相邻截面的纵轴增量为a；根据公式Y
n
Y
n
’
＝φd
j
+(n
‑
1)a+
△
计算每段轴线对应截面纵轴的长度，其中，
△
为修磨余量；芯棒导向段和整形段的纵向投影的X1’
X1X
n
X
n
’
四点连线为等腰梯形，每段曲率截面的横轴长度为纵向投影位置所对应的腰线间距；根据横轴为X
n
X
n
’
纵轴为Y
n
Y
n
’
的截面椭圆，用光滑弧面依次连接每个截面绘制出芯棒的过渡段外形，结合步骤5中绘制的芯棒的导向段和整形段外形，得到完整的芯棒外形；步骤7，根据步骤6中所得...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩大虹，刘志刚，杜庆吉，李星，李玉锋，杨宁，陈东旭，杨姣，马辉，杨擘，
申请(专利权)人：中国石油天然气第八建设有限公司，
类型：发明
国别省市：