專利名稱：組合成型模具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制作彎管的模具，尤其是涉及一種用于制作形位尺寸要求高的彎管的組 合成型模具。
技術(shù)背景隨著技術(shù)的進(jìn)步，在一些重大的工程中，需要制作一些形位尺寸要求高的零部件，例如 新設(shè)計(jì)的第三代先進(jìn)大型AP1000壓水堆核電站中主管道熱段彎管等。該主管道熱段彎管由原 來(lái)的不銹鋼分段鑄件(直管采用離心鑄造和彎頭采用普通鑄造)焊接改成不銹鋼整鍛帶管嘴 一體化，并將分段的直管、彎頭、管嘴設(shè)計(jì)成了一體化鍛件，加大了制造的難度。AP1000反 應(yīng)堆目前還沒有在建機(jī)組，我國(guó)率先起動(dòng)這一機(jī)型，主管道熱段彎管也要求是整鍛式并帶管 嘴，因形狀復(fù)雜，制造難度非常大，提供的制造方案是整體鍛造后用機(jī)械加工的方法加工而 成。鍛件所需的不銹鋼錠達(dá)到150噸，而且，管內(nèi)孔幾乎難于用機(jī)械的方法加工而成，鍛件 的組織和性能也難于保證。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)AP1000主管道熱段彎管都還沒有成熟的制造技術(shù)，它是超低碳不銹鋼大鍛 件(316LN)，類似的產(chǎn)品世界上都很少，因此，在冶煉、鍛造、彎曲成型、機(jī)加工等工序 上都有較多的技術(shù)難點(diǎn)。熱段彎管一端直管長(zhǎng)度2235 mm，另一端直管長(zhǎng)度1234 mm，中間為 1.5D彎曲半徑彎管，并在靠近彎曲部位處有兩個(gè)一體化管嘴如圖1 4所示。該熱段彎管的外 徑為952.5mm，內(nèi)徑為787.4mm，彎曲段的彎曲角度為56.4° ，其技術(shù)要求是彎曲部位不圓 度《4%，彎曲背弧減薄量《12. 5%，名義壁厚82. 55mm，最小壁厚72. 2mm。上述熱段彎管加工成型的技術(shù)難點(diǎn)在于 1、彎曲半徑為1.5D兩端帶直管的彎曲。彎頭的彎曲半徑為1D 1.5D，兩端不帶直管段，彎管才帶直管段。彎頭的制造工藝有兩 種， 一是壓制成型，二是熱推制成型。彎管的制造工藝是中頻感應(yīng)加熱彎管，彎管的彎曲半 徑一般》3D，若彎曲半徑小于3D，彎曲部位的橢圓度和減薄量會(huì)激烈增大，當(dāng)彎曲半徑為 1.5D時(shí)，彎管背弧的減薄量高達(dá)25%，橢圓度^15%。模壓成型彎頭，它的坯料的輪廓形狀是梯形。梯形底邊長(zhǎng)度為彎頭外弧線的展開長(zhǎng)度， 梯形頂邊長(zhǎng)度為彎頭內(nèi)弧線的展開長(zhǎng)度。彎曲成型時(shí)，坯料在內(nèi)外模的作用下彎曲成型。圖 10是1.5D長(zhǎng)半徑彎頭壓制成型原理圖，圖11是1.5D長(zhǎng)半徑彎頭坯料圖。圖10中所示的是是彎頭壓制成型的常用工藝，這種彎管方式，它的芯模填充管體內(nèi)空間的填充率一般只有80%左 右，這里的填充率為芯模體積與管內(nèi)空間體積之比。因此，產(chǎn)品彎曲部位的橢圓度大約有 15%，同時(shí)由于彎曲段芯模之間的間隙較大，彎管的彎曲部位容易出現(xiàn)竹節(jié)和皺褶。兩邊帶直管后，坯料就不能制作成梯形，只能做成直管形狀。彎曲時(shí)內(nèi)弧金屬只能壓縮 ，外弧金屬只能拉伸，當(dāng)不采取措施時(shí)，外弧的減薄高達(dá)33%。因此，兩端帶直管且彎曲半 徑R4. 5D的彎管的彎曲難度很大。2、靠近彎曲部位處分別帶有兩個(gè)管嘴。管嘴與彎管一體化后，給壓制模具的設(shè)計(jì)增加了很大難度，而且使成型時(shí)內(nèi)管嘴部位的 金屬得不到均勻壓縮，不對(duì)稱的外管嘴部位阻止了拉伸時(shí)金屬的流動(dòng)補(bǔ)充。另外，在船舶制造、冶金、化工等行業(yè)中，也會(huì)遇到一些類似的對(duì)形位尺寸要求高的彎 管的制作難題。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種滿足形位尺寸要求高的彎管制作的組合成型模具本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是組合成型模具，包括上模、下模和芯模， 芯模采用金屬制作，其特征是芯模填充管體內(nèi)空間的填充率大于95%，其中，填充率為芯 模體積與管內(nèi)空間體積之比。作為優(yōu)先的技術(shù)方案，芯模填充主管道熱段彎管的管體的管內(nèi)空間的體積為97. 5%。 上述技術(shù)方案中，芯模包括多塊上芯模、多塊下芯模和多個(gè)楔子構(gòu)成，楔子設(shè)置于上芯 模與下芯模之間且楔子的寬度與管體內(nèi)孔的直徑相適配，楔子的軸線處于管體內(nèi)孔的軸線上 ，上芯模、下芯模和楔子的數(shù)量相等，位置對(duì)應(yīng)處的上芯模、下芯模和楔子在管體內(nèi)孔軸線 上的長(zhǎng)度相適配。上述技術(shù)方案中，彎曲段下芯模包括凸型下芯模和凹型下芯模，凸型下芯模的肩部平面 上設(shè)置有軸向的凸塊，凹型下芯模的肩部平面上設(shè)置有軸向的凹槽，相鄰的凸型下芯模與凹 型下芯模的肩部平面相互平面接觸且凸塊與凹槽配合形成周向定位結(jié)構(gòu)；多塊凸型下芯模和 凹型下芯模間隔疊置排列且疊置后的長(zhǎng)度與管體的彎曲段的內(nèi)孔軸線弧長(zhǎng)相適配。作為對(duì)上述技術(shù)方案的進(jìn)一步優(yōu)化，多塊彎曲段下芯模之間設(shè)置有周向定位結(jié)構(gòu)。 進(jìn)一步的是，上述彎曲段下芯模包括凸型下芯模和凹型下芯模，凸型下芯模的肩部平面 上設(shè)置有軸向的凸塊，凹型下芯模的肩部平面上設(shè)置有軸向的凹槽，相鄰的凸型下芯模與凹 型下芯模的肩部平面相互平面接觸且凸塊與凹槽配合形成周向定位結(jié)構(gòu)；多塊凸型下芯模和凹型下芯模間隔疊置排列且疊置后的長(zhǎng)度與管體的彎曲段的內(nèi)孔軸線弧長(zhǎng)相適配。本發(fā)明的有益效果是由于芯模填充管體內(nèi)空間的填充率大于95%，不僅可以滿足形位尺寸要求高的彎管制作的技術(shù)要求，同時(shí)與機(jī)加工的此類彎管相比，其管體的金屬組織和性 能可以得到更加有效的保證，同時(shí)還降低了機(jī)加工難度，金屬切削量少，毛坯件重量減少， 彎管的彎曲部位不圓度、彎曲背弧減薄量、名義壁厚、最小壁厚等都能很好的保證，同時(shí)還 可減小彎曲部位的竹節(jié)和皺褶現(xiàn)象，可廣泛的用于各種對(duì)形位尺寸要求高的彎管的制作。


圖l是采用本發(fā)明的模具制作的一種反應(yīng)堆主管道熱段彎管的主視圖。圖2是圖1中沿A—A方向的剖視圖。 圖3是圖1中沿B—B方向的剖視圖。圖4是采用本發(fā)明的模具制作的另一種結(jié)構(gòu)形式的反應(yīng)堆主管道熱段彎管的主視圖。圖5是制作圖1的反應(yīng)堆主管道熱段彎管的管坯的主視圖。圖6是制作圖4的反應(yīng)堆主管道熱段彎管的管坯的主視圖。圖7是本發(fā)明的采用組合成型模對(duì)彎度段進(jìn)行成型加工的示意圖。圖8是沿圖7中C一C方向的剖視圖。圖9是圖7中凸型下芯模和凹型下芯模的配合關(guān)系分解示意圖。圖10是常用彎頭壓制成型原理圖。圖ll是l. 5D長(zhǎng)半徑彎頭坯料圖。圖中標(biāo)記為彎曲段l、直管段2、管嘴3、上模4、下模5、楔子6、直管段上芯模7、彎 曲段上芯模8、直管段下芯模9、彎曲段下芯模IO、凸型下芯模101、凹型下芯模102、肩部平 面ll、直線段墻面12，凹腔13、凸塊14、凹槽15。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。如圖1 圖9所示，本發(fā)明的組合成型模具，包括上模4、下模5和芯模，芯模采用金屬制 作，從而能夠方便的從管坯的直管裝入以及方便的從彎管后的管體彎曲段中脫模；芯模填充 管體內(nèi)空間的填充率大于95%，最好達(dá)到97.5%，其中，填充率為芯模體積與管內(nèi)空間體積 之比。這樣就可進(jìn)一步保證在模壓成型時(shí)使其成型壓力能夠均勻傳遞，便于金屬的均勻流動(dòng) ，同時(shí)也可保證產(chǎn)品的圓度要求、減薄量等形位尺寸的技術(shù)要求。為了滿足芯模填充管體內(nèi)空間的填充率大于95%，可以采用多種結(jié)構(gòu)形式。例如，上述 芯模包括多塊上芯模、多塊下芯模和多個(gè)楔子6構(gòu)成，上芯模、下芯模的數(shù)量越多，越能保證芯模填充主管道熱段彎管的管體的管內(nèi)空間的體積大于95%，從而達(dá)到管體的彎曲段的不 圓度、彎曲背弧減薄量等的技術(shù)要求。楔子6設(shè)置于上芯模與下芯模之間且楔子6的寬度與管 體內(nèi)孔的直徑相適配，楔子6的軸線處于管體內(nèi)孔的軸線上，用于楔緊和退出芯模。上芯模 、下芯模和楔子6的數(shù)量相等，位置對(duì)應(yīng)處的上芯模、下芯模和楔子6在管體內(nèi)孔軸線上的長(zhǎng) 度相適配，從而使其不會(huì)在彎管時(shí)相互干擾，并保證管體的彎曲段的平整光滑。由于彎管包括了直管段2和彎管段1，因此，上芯模包括直管段上芯模7和彎曲段上芯模8 ，直管段上芯模7的長(zhǎng)度與對(duì)應(yīng)管體的直管段2的長(zhǎng)度匹配，多塊彎曲段上芯模8疊置排列且 疊置后的長(zhǎng)度與管體的彎曲段l的內(nèi)孔壁弧長(zhǎng)相適配，從而保證管體的彎曲段內(nèi)圓弧的平整 光滑；下芯模包括直管段下芯模9和多塊彎曲段下芯模10，直管段下芯模9的長(zhǎng)度與對(duì)應(yīng)管體 的直管段2的長(zhǎng)度匹配，多塊彎曲段下芯模10疊置排列且疊置后的長(zhǎng)度與管體的彎曲段1的內(nèi) 孔軸線弧長(zhǎng)相適配，從而使成型后的彎管軸向弧形好，減小竹節(jié)樣缺陷，即表面平整光滑。為了防止在彎管時(shí)，相鄰彎曲段下芯模10之間發(fā)生圓周方向的相對(duì)移動(dòng)，從而造成彎管 缺陷，在多塊彎曲段下芯模10之間設(shè)置有周向定位結(jié)構(gòu)。多塊彎曲段下芯模10之間設(shè)置的周向定位結(jié)構(gòu)，可以采用在相鄰彎曲段下芯模10之間設(shè) 置軸向的銷、孔配合結(jié)構(gòu)等來(lái)實(shí)現(xiàn)，還可以采用其他的類似結(jié)構(gòu)，但為了使管體的彎曲段l 的表面更加平整光滑，可以采用如下結(jié)構(gòu)彎曲段下芯模10由多塊凸型下芯模101和凹型下芯模102組成，凸型下芯模101的肩部平 面11上設(shè)置有軸向的凸塊14，凹型下芯模102的肩部平面11上設(shè)置有軸向的凹槽15，相鄰的 凸型下芯模IOI、凹型下芯模102的肩部平面11相互平面接觸且凸塊14與凹槽15配合，多塊凸 型下芯模IOI、凹型下芯模102間隔疊置排列且凸塊14與凹槽15配合形成周向定位結(jié)構(gòu)；多塊 凸型下芯模101和凹型下芯模102間隔疊置排列后的長(zhǎng)度與管體的彎曲段1的內(nèi)孔軸線弧長(zhǎng)相 適配。多塊凸型下芯模IOI、凹型下芯模102的上述疊置排列， 一是對(duì)整個(gè)芯模起周向定位作 用，即整個(gè)芯模中相鄰的部件不會(huì)發(fā)生圓周方向的相對(duì)移動(dòng)；二是在成型過(guò)程中，相鄰的凸 型下芯模IOI、凹型下芯模102之間僅是在平面接觸的肩部平面上滑動(dòng)但不脫離平面接觸，相 鄰的凸型下芯模IOI、凹型下芯模102之間形成的間隙被凸塊14與凹槽15的配合結(jié)構(gòu)分成了三 段不在同一橫截面上的小塊間隙，使成型后的彎管軸向弧形好，進(jìn)一步消除竹節(jié)樣缺陷，使 其表面更加平整光滑。為了保證產(chǎn)品的圓度要求，下模5兩側(cè)為直線段墻面12，上模4插入到下模5的直線段墻 面12之間，上模4的寬度與下模5兩側(cè)的直線段墻面12之間的寬度相適配。這樣，使其管體的 彎曲段l從管壞的直管開始，在整個(gè)彎曲成型的過(guò)程中都能夠得到護(hù)圓保護(hù)。實(shí)施例l:本發(fā)明的組合成型模具，用于制作圖1 圖3所示的反應(yīng)堆主管道熱段彎管，該 彎管的管體上的彎曲段1的彎曲半徑R4.5D，在彎曲段1兩端設(shè)置有直管段2，直管段2上靠近 彎曲段1的部位設(shè)置的兩個(gè)管嘴3，兩個(gè)管嘴3分別設(shè)置在彎曲段1兩端的直管段2上，兩個(gè)管 嘴3的軸線不在同一平面上，D為管體外徑。管體采用超低碳不銹鋼制作的整體鍛件的一體結(jié) 構(gòu)，按照管體的各部分結(jié)構(gòu)外形制作出直管狀的管坯。采用本發(fā)明的組合成型模具對(duì)管坯進(jìn) 行加工，芯模填充管體內(nèi)空間的填充率為95%，上模4和下模5上設(shè)置有與管體上的管嘴3的 位置和大小相適配的凹腔13。彎曲段l通過(guò)模壓成型，直管段2和管嘴3采用機(jī)加工成型。加 工后對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)試，滿足設(shè)計(jì)要求。實(shí)施例2:本發(fā)明的組合成型模具，用于制作圖4所示的反應(yīng)堆主管道熱段彎管，該彎管 的管體上的彎曲段1的彎曲半徑R4.5D，在彎曲段1兩端設(shè)置有直管段2，直管段2上靠近彎曲 段1的部位設(shè)置的兩個(gè)管嘴3，兩個(gè)管嘴3分別設(shè)置在彎曲段1兩端的直管段2上，兩個(gè)管嘴3的 軸線處于同一平面上，D為管體外徑。管體采用超低碳不銹鋼制作的整體鍛件的一體結(jié)構(gòu)， 按照管體的各部分結(jié)構(gòu)外形制作出直管狀的管坯。采用本發(fā)明的組合成型模具對(duì)管坯進(jìn)行加 工，芯模填充管體內(nèi)空間的填充率為97.5%，上模4和下模5上設(shè)置有與管體上的管嘴3的位 置和大小相適配的凹腔13。彎曲段l通過(guò)模壓成型，直管段2和管嘴3采用機(jī)加工成型。加工 后對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)試，滿足設(shè)計(jì)要求。
權(quán)利要求
1. 組合成型模具，包括上模(4)、下模(5)和芯模，芯模采用金屬制作，其特征是芯模填充管體內(nèi)空間的填充率大于95％，其中，填充率為芯模體積與管內(nèi)空間體積之比。
2.如權(quán)利要求l所述的組合成型模具，其特征是芯模填充主管道熱 段彎管的管體的管內(nèi)空間的體積為97. 5%。
3.如權(quán)利要求1或2所述的組合成型模具，其特征是芯模包括多塊 上芯模、多塊下芯模和多個(gè)楔子(6)構(gòu)成，楔子(6)設(shè)置于上芯模與下芯模之間且楔子( 6)的寬度與管體內(nèi)孔的直徑相適配，楔子(6)的軸線處于管體內(nèi)孔的軸線上，上芯模、下 芯模和楔子(6)的數(shù)量相等，位置對(duì)應(yīng)處的上芯模、下芯模和楔子(6)在管體內(nèi)孔軸線上 的長(zhǎng)度相適配。
4.如權(quán)利要求3所述的組合成型模具，其特征是上芯模包括直管段 上芯模(7)和彎曲段上芯模(8)，直管段上芯模(7)的長(zhǎng)度與對(duì)應(yīng)管體的直管段(2)的 長(zhǎng)度匹配，多塊彎曲段上芯模(8)疊置排列且疊置后的長(zhǎng)度與管體的彎曲段(1)的內(nèi)孔壁 弧長(zhǎng)相適配；下芯模包括直管段下芯模(9)和彎曲段下芯模(10)，直管段下芯模(9)的 長(zhǎng)度與對(duì)應(yīng)管體的直管段(2)的長(zhǎng)度匹配，多塊彎曲段下芯模(10)疊置排列且疊置后的 長(zhǎng)度與管體的彎曲段(1)的內(nèi)孔軸線弧長(zhǎng)相適配。
5.如權(quán)利要求4所述的組合成型模具，其特征是多塊彎曲段下芯模 (10)之間設(shè)置有周向定位結(jié)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求5所述的組合成型模具，其特征是彎曲段下芯模(10 )包括凸型下芯模(101)和凹型下芯模(102)，凸型下芯模(101)的肩部平面(11)上 設(shè)置有軸向的凸塊(14)，凹型下芯模(102)的肩部平面(11)上設(shè)置有軸向的凹槽(15 )，相鄰的凸型下芯模(101)與凹型下芯模(102)的肩部平面(11)相互平面接觸且凸塊 (14)與凹槽(15)配合形成周向定位結(jié)構(gòu)；多塊凸型下芯模(101)和凹型下芯模(102) 間隔疊置排列且疊置后的長(zhǎng)度與管體的彎曲段(1)的內(nèi)孔軸線弧長(zhǎng)相適配。
7.如權(quán)利要求l、 2、 4、 5或6所述的組合成型模具，其特征是下模 (5)兩側(cè)為直線段墻面(12)，上模(4)插入到下模(5)的直線段墻面(12)之間，上 模(4)的寬度與下模(5)兩側(cè)的直線段墻面(12)之間的寬度相適配。
8.如權(quán)利要求3所述的組合成型模具，其特征是下模(5)兩側(cè)為 直線段墻面(12)，上模(4)插入到下模(5)的直線段墻面(12)之間，上模(4)的寬 度與下模(5)兩側(cè)的直線段墻面(12)之間的寬度相適配。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于制作彎管的組合成型模具，可滿足形位尺寸要求高的彎管制作要求。該組合成型模具包括上模、下模和芯模，芯模采用金屬制作，芯模填充管體內(nèi)空間的填充率大于95％。該模具不僅可以滿足形位尺寸要求高的彎管制作的技術(shù)要求，同時(shí)與機(jī)加工的此類彎管相比，其管體的金屬組織和性能可以得到更加有效的保證，同時(shí)還降低了機(jī)加工難度，金屬切削量少，毛坯件重量減少，彎管的彎曲部位不圓度、彎曲背弧減薄量、名義壁厚、最小壁厚等都能很好的保證，同時(shí)還可減小彎曲部位的竹節(jié)和皺褶現(xiàn)象，可廣泛的用于各種對(duì)形位尺寸要求高的彎管的制作。
文檔編號(hào)B21D37/12GK101244443SQ200810300739
公開日2008年8月20日 申請(qǐng)日期2008年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月27日
發(fā)明者志 劉, 劉志穎, 宋樹康, 曾祥東, 鄧林濤 申請(qǐng)人:二重集團(tuán)(德陽(yáng))重型裝備股份有限公司