【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于特大型锻件领域，具体涉及一种超大型带内法兰的厚壁阶梯筒体的成形方法。
技术介绍
1、核电压力容器通常由多个环件及端盖焊接而成，其质量受到焊缝质量的影响。如能改成一体化成形，则可以减少焊缝数量。对于超大型带内法兰的厚壁阶梯筒体(筒体外径达到4m以上，壁厚达到400mm以上)，其一体化成形尤其具有挑战，因为它涉及两个阶梯段的一体成形；两段间具有明显的尺寸突变，并且，突变处还设置有内法兰，属于特大型复杂异形锻件。
2、其极端的结构尺寸导致成形工艺面临多个挑战，包括但不限于以下几点：
3、(1)锻件的内径变化巨大，缩小幅度达到接近一半，加之其本身的大尺寸，对成形工艺构成了巨大的挑战。
4、(2)与传统变截面筒体不同，这类筒体的截面变化为突变，无尺寸过渡，使得传统的扩孔成形方式无法成形此类筒体，需对成形工艺做出创新。
5、(3)作为特大型锻件，其特大的尺寸本身就意味着锻造过程中极大的变形抗力，对锻压设备能力有着严格要求。
6、(4)锻件两段的壁厚不同，不均匀的壁厚导致锻件的成形工艺需在传统工艺的基础上做出调整。
7、cn112692223a公开了一种异径过渡段、成形方法、辅具及加氢反应器，包括对钢锭进行预处理，获得坯料；对所述坯料依次进行镦冲、芯棒拔长以及预扩孔处理；将经过预扩孔后的所述坯料进行平整预成形；使用辅具配合锻造，获得内径不同的过渡段。该技术仅能成形内径变化尺寸不大的筒体，对于筒体内径变化较大的结构形式，该技术无法完成成形。
8、因
技术实现思路
1、本专利技术的目的就是为了解决上述问题至少其一而提供一种超大型带内法兰的厚壁阶梯筒体的成形方法，以解决现有技术中在特大型锻件领域中无法成形具有极端变径结构锻件的不足，实现了内径变化量接近50％的特大型锻件的成形，并通过设计合理的坯料结构减少了收口工艺所需的压下量及载荷，降低了对设备的要求，同时增加了收口过程中坯料的稳定性，减少了失稳情况的发生。
2、本专利技术的目的通过以下技术方案实现：
3、一种超大型带内法兰的厚壁阶梯筒体的成形方法，用于筒体外径不小于4m及壁厚不小于400mm的阶梯筒体的成形；
4、所述的成形方法包括如下步骤：
5、s1：基于待成形的阶梯筒体的结构分别设计坯料、模具和变径芯轴；
6、s2：根据步骤s1的设计进行机械加工，得到坯料；
7、s3：对步骤s2得到的坯料进行多道次的收口自由锻，使内径与外径的尺寸缩小；
8、s4：对步骤s3得到的筒体前驱体进行多道次的局部自由锻，成形小直径段；
9、s5：通过变径芯轴对步骤s4得到的筒体中间体进行扩孔与拔长，扩大内径差并增加坯料的长度。
10、优选地，所述的阶梯筒体包括一体式结构的小直径段和大直径段，小直径段连接于大直径段的一端，连接处的内表面为连续变化，连接处的外表面为圆弧连接。此处的小直径段指筒口较小直径的一段圆筒，小直径段的内径小于大直径段的内径近50％。
11、优选地，步骤s1中，通过有限元数值模拟对所述的坯料的设计进行优化；所述的有限元数值模拟包括收口自由锻过程的模拟、局部自由锻过程的模拟以及通过变径芯轴进行扩孔与拔长过程的模拟。
12、优选地，步骤s2中，所述的机械加工包括依次实施的镦粗冲孔、芯棒拔长、马杠扩孔和机械减薄。
13、优选地，所述的镦粗冲孔为：将坯料进行镦粗后对中冲孔，形成通孔；所述的芯棒拔长为：将芯棒插入通孔中进行拔长；所述的马杠扩孔为：将扩孔芯棒插入至通孔内均匀扩孔，并镦粗形成端面平齐的筒形坯料；所述的机械减薄为：对坯料外侧进行局部材料的去除，减薄壁厚、加工形状。
14、优选地，步骤s3中，所述的收口自由锻的过程中：在下压前，使收口模的底面不低于坯料的端面，校准压下量零位。
15、优选地，步骤s4中，所述的局部自由锻的过程中：采用对称式下压的方式进行，每压下一砧后旋转筒体前驱体一定角度，随后再次下压。
16、优选地，旋转一定角度为旋转30°。
17、优选地，步骤s5中，所述的变径芯轴插入至筒体中间体的通孔中，且筒体中间体顶住变径芯轴的变径台阶处，随后进行扩孔与拔长。
18、优选地，扩孔与拔长过程中，采用小砧由筒体中间体的变径处沿轴向压至端部，并且，每完成一道次后旋转筒体中间体，随后再进行下一道次，每道次之间都应保证筒体中间体顶住变径芯轴的变径台阶处。
19、以上过程中，材料均需要按照锻造温度的要求进行加热和保温。
20、本专利技术的工作原理为：
21、本专利技术采用基于收口工艺的局部自由锻工艺，通过收口工艺、局部自由锻、芯轴扩孔拔长，可以在特大型锻件领域内，成形传统工艺无法成形的具有极端变径结构的锻件。通过对较小尺寸的厚壁筒体进行收口锻造初步减小锻件的端部尺寸，结合局部镦粗及局部整形工艺，使材料在局部镦粗过程中，内径进一步变小、壁厚增加并且形成阶梯结构的尺寸变化，最终通过变径芯轴的扩孔拔长工艺进一步的增大锻件的最小内径以及筒体内径的差距；在特大型锻件领域中成形带内法兰结构的阶梯厚壁筒体，在锻造过程中最大程度地保留了金属纤维流线，保证了锻件的力学性能以及疲劳性能，提高了锻件的服役稳定性。本专利技术采用局部自由锻以及芯轴扩孔拔长工艺，使锻件可以在现有的锻压设备条件下成形，降低了极端结构锻件对设备的要求。
22、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
23、本专利技术针对一类带内法兰的超大型厚壁阶梯筒体成形，提出了收口后局部变形、结合变径芯轴的扩孔拔长工艺的方案。此方案可以成形具有前述极端尺寸结构的锻件，并且区别于一般的收口工艺，本专利技术具有以下的优势：
24、(1)传统收口工艺对于收口变形的尺寸存在要求，无法成形尺寸差过大的锻件。通过采用变径芯轴的扩孔拔长工艺、结合收口后局部变形工艺，可以成形内径变化量接近50％的特大型锻件。
25、(2)本专利技术通过引入芯轴扩孔工艺与局部变形工艺，减少了收口工艺所需坯料的直径，降低了成形载荷，同时减少了收口工艺所需的压下量及载荷，降低了设备的要求。
26、(3)本专利技术所采用的坯料形状尺寸相对于传统收口工艺所采用的坯料形状尺寸，具有更厚的筒体壁厚，增加了收口过程中坯料的稳定性，减少了失稳情况的发生。
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1.一种超大型带内法兰的厚壁阶梯筒体的成形方法，其特征在于，用于筒体外径不小于4m及壁厚不小于400mm的阶梯筒体的成形；
2.根据权利要求1所述的一种超大型带内法兰的厚壁阶梯筒体的成形方法，其特征在于，所述的阶梯筒体包括一体式结构的小直径段和大直径段，小直径段连接于大直径段的一端，连接处的外表面为圆弧连接，连接处的内表面为连续变化。
3.根据权利要求1所述的一种超大型带内法兰的厚壁阶梯筒体的成形方法，其特征在于，步骤S1中，通过有限元数值模拟对所述的坯料的设计进行优化；所述的有限元数值模拟包括收口自由锻过程的模拟、局部自由锻过程的模拟以及通过变径芯轴进行扩孔与拔长过程的模拟。
4.根据权利要求1所述的一种超大型带内法兰的厚壁阶梯筒体的成形方法，其特征在于，步骤S2中，所述的机械加工包括依次实施的镦粗冲孔、芯棒拔长、马杠扩孔和机械减薄。
5.根据权利要求4所述的一种超大型带内法兰的厚壁阶梯筒体的成形方法，其特征在于，所述的镦粗冲孔为：将坯料进行镦粗后对中冲孔，形成通孔；所述的芯棒拔长为：将芯棒插入通孔中进行拔长；所述的马杠扩孔为：将
6.根据权利要求1所述的一种超大型带内法兰的厚壁阶梯筒体的成形方法，其特征在于，步骤S3中，所述的收口自由锻的过程中：在下压前，使收口模的底面不低于坯料的端面，校准压下量零位。
7.根据权利要求1所述的一种超大型带内法兰的厚壁阶梯筒体的成形方法，其特征在于，步骤S4中，所述的局部自由锻的过程中：采用对称式下压的方式进行，每压下一砧后旋转筒体前驱体一定角度，随后再次下压。
8.根据权利要求7所述的一种超大型带内法兰的厚壁阶梯筒体的成形方法，其特征在于，旋转一定角度为旋转30°。
9.根据权利要求1所述的一种超大型带内法兰的厚壁阶梯筒体的成形方法，其特征在于，步骤S5中，所述的变径芯轴插入至筒体中间体的通孔中，且筒体中间体顶住变径芯轴的变径台阶处，随后进行扩孔与拔长。
10.根据权利要求9所述的一种超大型带内法兰的厚壁阶梯筒体的成形方法，其特征在于，扩孔与拔长过程中，采用小砧由筒体中间体的变径处沿轴向压至端部，并且，每完成一道次后旋转筒体中间体，随后再进行下一道次。
...【技术特征摘要】
1.一种超大型带内法兰的厚壁阶梯筒体的成形方法，其特征在于，用于筒体外径不小于4m及壁厚不小于400mm的阶梯筒体的成形；
2.根据权利要求1所述的一种超大型带内法兰的厚壁阶梯筒体的成形方法，其特征在于，所述的阶梯筒体包括一体式结构的小直径段和大直径段，小直径段连接于大直径段的一端，连接处的外表面为圆弧连接，连接处的内表面为连续变化。
3.根据权利要求1所述的一种超大型带内法兰的厚壁阶梯筒体的成形方法，其特征在于，步骤s1中，通过有限元数值模拟对所述的坯料的设计进行优化；所述的有限元数值模拟包括收口自由锻过程的模拟、局部自由锻过程的模拟以及通过变径芯轴进行扩孔与拔长过程的模拟。
4.根据权利要求1所述的一种超大型带内法兰的厚壁阶梯筒体的成形方法，其特征在于，步骤s2中，所述的机械加工包括依次实施的镦粗冲孔、芯棒拔长、马杠扩孔和机械减薄。
5.根据权利要求4所述的一种超大型带内法兰的厚壁阶梯筒体的成形方法，其特征在于，所述的镦粗冲孔为：将坯料进行镦粗后对中冲孔，形成通孔；所述的芯棒拔长为：将芯棒插入通孔中进行拔长；所述的马杠扩孔为：将扩孔芯棒插入至通孔内均匀扩孔，并镦粗...
【专利技术属性】
技术研发人员：周琦杰，董凯，崔振山，陶志勇，陈飞，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：
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