用厚壁管模锻零件的工艺过程

无锡东海锻造有限公司 （江苏 214024）何 刚 黄云举

在各个工业部门中广泛使用法兰形、圆柱形、锥形和带法兰曲面接头空心零件，以及用于生产球状旋塞外形像封头半球状半成品。为了制造这些零件，通常使用如下工艺过程：多道工序拉深平面毛坯；机械加工整体模锻毛坯；将管件与法兰焊接，液压、激光、等离子弧切割或由厚材上割出；为获得压力容器焊接封头；焊接半球形随后需要热处理和机械加工。

现有方法有一系列缺点：低的劳动生产率，材料利用率低，零件质量差。因此，必须寻求现有类似零件的新制造方法。方法之一是通过使用薄壁管或厚壁管扩径或缩径方法，这种方法一般在冷态下进行，但若需剧烈变形则要在热态下进行。

按照冷变形管材据其几何尺寸参数——外径DH、壁厚s及其相对壁厚DH/s可分为4组。①特薄管DH/s＞40和管径DH≤20mm，s≤0.5mm。②薄壁管12.5＜DH/s≤40和管径DH≤20mm，s=1.5mm。③厚壁管6＜DH/s≤12.5。④特厚管，DH/s＜6。

1.带法兰圆柱体接头

图1 带法兰圆柱体接头零件

图1为零件图（实线）模锻半成品图（虚线）带法兰圆柱体接头，加工到最终尺寸带法兰锥形接头。毛坯材料为工业纯钛TA1。

这两种形式法兰都要3个工序成形。为剧烈变形需要，管子毛坯局部加热到750℃进行温锻。在第一工步用与对称轴成α=45°夹角冲头1扩径（见图2a）；第二工步用与对称轴成α=70°夹角冲头1扩径；第三工步，法兰最终成形，用平面冲头2扩径。

由此可见，在一副模具中实现3个工步变形。扩径过程中法兰周边厚度由18mm减到14mm，即减薄22%。法兰半成品如图2b所示。

图2

图3为法兰厚度与直径关系曲线，可见在扩径过程中，随着外径增加，法兰周边区域壁厚的变化。试验指出，为了保证毛坯稳定性，采用分段加热。在这种情况下，毛坯变形部分温度为750℃，而毛坯置于凹模中部分加热到200℃，凹模径向底部边缘450℃。

图3 法兰厚度与直径关系

2.锥形法兰和锥形接头

在制造带锥形法兰接头时，锥形段成形（见图4)，将图2半成品加热到750℃，压力机滑块一次行程实现扩径。锥形接头和法兰部分同心度为3～4mm，由于毛坯管壁壁厚不均及其不均匀的加热，这是不可避免的，在工艺设计阶段要预先考虑用机械加工方法去除所留余量。

图4 用管材成形锥形法兰

锥形焊接接头模锻用缩径和扩径复合模锻方法，其规范在温锻温度范围内剧烈变形。工序可在毛坯各段管径甚至毛坯原始外径219mm、壁厚14mm实现（见图5）。

划分变形区域源头，允许保证设计减少壁厚相对变形过程的有利条件。毛坯加热后，在锥形凹模3中用平冲头1挤压（见图5a)，然后用锥形冲头将孔扩到最大φ(285+3)mm。

应该强调指出，伴随由规定热力规范出现的偏差，通常管子扩径段由于变形区域局部失稳形成裂纹，之所以失稳，是因变形段加热温度不均匀或由于冶金原因造成管材表面缺陷。因此，必须仔细选择毛坯和加热规范。

图5

图6为带法兰锥形接头或无法兰锥形接头，用扩径和挤压复合模锻方法制造。

图6 用挤压和扩径在温锻剧烈变形下复合模锻制造接头

3.大外廓尺寸球状龙头

为了生产球状龙头半成品壳体锻件，设计了包括离心浇注或可锻管坯热正挤压，随后在浇口区域缩径并在球形冲头下部半球形上扩径。

图7 球状龙头大外廓尺寸锻件制造

在专用模具中完成挤压，为下部圆柱体半成品形状中获得细晶粒组织，通过减少原始毛坯管材壁厚并规定相对变形程度实现（见图7a)。挤压后，加热半成品，置于第二副模具中，挤压上部得到上部更厚圆柱体壁部（孔口），下部扩径，对应壁部变形不超过10%（见图7b)。在挤压时，半成品上部分铸造组织得到破碎。

因此，事实上管坯整个金属体积经受了塑形变形而没有破坏其密实性，极大提高了锻件力学性能指标，还可以使用更廉价原始毛坯。使用新工艺减少了金属消耗30%～45%并提高了劳动生产率。推荐该工艺用于制造通径Dy=700mm、1000mm、1200mm、1400mm半成品壳体小批量和中批量生产。

4.结语

运用所研制的工艺由厚壁管坯用压力加工方法生产空心零件，保证了高生产率、金属材料高利用率和产品的高质量。