本發明涉及封頭類鍛件制造工藝，尤其是一種特大型厚壁封頭類鍛件旋轉輾壓成形方法及成形裝置。

背景技術：

隨著核電工業、石油化工的發展，壓力容器的工作溫度范圍越來越寬，容器尺寸設計越來越大，性能要求不斷提高，形狀更為復雜。特大型厚壁封頭一般指直徑大于3m以上，壁厚達到150mm的封頭。為了保證安全，滿足更高的技術要求，許多大型封頭的制造技術改為整體鍛造，代替原先的焊接、鑄造成形。通常封頭的成形方式有整體旋壓成形和板坯拉深成形。整體旋壓成型僅適合形狀簡單、薄壁，且無管嘴、凸臺等形狀規則的封頭。板坯拉深成形的方法可以用于鍛制壁厚較大，形狀簡單且對稱的封頭。但對于直徑、壁厚特大，且帶有管嘴、凸臺、法蘭等特殊結構的特大異形厚壁類封頭，往往受結構和尺寸的制約，所需載荷也超過現有裝備極限，已不能使用上述兩種方法進行制造。通常采用局部上模旋轉成形法制造特大異形厚壁類封頭。該制造方法首先將鋼錠開坯，再將鋼錠放入設計好的模具中，然后通過局部上模進行循環旋轉輾壓的方式鍛制成形，最后利用機加工獲得成品鍛件。雖然有部分壁厚較厚，形狀不太復雜的封頭可以采用板坯拉深成形的方式鍛制，但是局部上模旋轉輾壓的方法省略了制備板坯這一工序，因此生產效率大為提高。

特大異形厚壁類封頭鍛件的工藝流程一般為：鋼錠制坯→模內鐓粗→模內旋轉輾壓→出成品。整個過程的難點在于模內旋轉輾壓工序。在該工序中，鍛件置于模具中，屬于受限變形，所需載荷非常大。按照現有的設備能力，只能采用條形砧局部少量下壓，再旋轉一定角度，以相同的壓下量下壓，完成一圈后加大壓下量，開始新的旋轉下壓循環周期，直到產品成形。此操作方法即為旋轉輾壓成形法。

一般的上模旋轉輾壓成形法布砧如圖1和2所示。旋轉輾壓用的上模一般為條形，工作面主要依據產品輪廓隨形設計為寬度適宜的局部砧。上模按照順時針或逆時針旋轉一定的角度后下壓，即按照圖2所示的A、B、C……X的順序碾壓，每一次旋轉的弧長與上模寬度基本一致，以確保整個內表面都能夠均勻輾壓。上模兩側平直，與工作面銜接部位倒圓。但由于這種技術固有的局限性，在旋轉輾壓過程中，封頭內表面會形成大量折傷。經多道次的旋轉下壓后，折傷夾帶著氧化皮，陷入鍛件本體，甚至影響工件本體尺寸，存在較大質量隱患。為提高鍛件質量，傳統的成形方式需將內壁余量加大，以便加工去除折傷部分，這就導致后續加工周期長，成本隨之上升。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是提供一種可以有效避免鍛件內表面折傷的特大型厚壁封頭類鍛件旋轉輾壓成形方法及成形裝置。

本發明公開的特大型厚壁封頭類鍛件旋轉輾壓成形方法，

將鍛件放置于下模中，分周期進行旋轉輾壓成形操作，每一旋轉輾壓周期分為兩圈，兩圈上模下壓位置互相錯開，第一圈上模兩次相鄰下壓的夾角為γ，且θ＜γ≤2θ，第二圈兩次相鄰下壓的夾角同樣為γ，將第一圈未碾壓區域碾壓完成，一個周期旋壓成形完成后再進行下一個周期的旋轉輾壓，直至出成品；

所述上模為條形砧，所述θ表示上模工作面兩側邊所對上模中心旋轉軸的夾角。

優選地，每一旋轉輾壓周期中，第一圈上模兩次相鄰下壓的夾角γ＝2θ，第二圈第一次下壓與第一圈最后一次下壓錯開，錯砧角度為θ，再按照2θ的旋轉角度進行第二圈的旋轉輾壓，直到完成一個周期的旋轉輾壓。

優選地，上模每一次下壓量控制在100㎜以內。

本發明公開的特大型厚壁封頭類鍛件旋轉輾壓成形裝置，包括上模、上模旋轉座、下模和底座，所述下模設置于底座上，所述上模旋轉座設置于底座上方，所述上模連接于上模旋轉座底部，所述上模包括頂面、工作面和兩側面，所述工作面與兩側面采用倒角過渡，兩側倒角角度分別為20°≤α≤70°，20°≤β≤70°，倒角兩邊邊長間于100㎜～200㎜。

優選地，所述工作面兩側的倒角按中心軸對稱布置，對稱中心為上模中心旋轉軸，在旋轉輾壓前進方向的倒角部分大于背向前進方向的倒角部分。

優選地，所述上模的寬度為L，且600㎜≤L≤900㎜。

本發明的有益效果是：

(1)本發明中的旋轉輾壓裝置無需改變上模以外的工裝，新設計的上模形狀簡單，容易制造，投入成本低；

(2)本發明的旋轉輾壓操作方式，操作過程簡單，能夠有效減少折傷的大面積出現，并能減小鍛件余量，提高鋼錠利用率；

(3)采用本發明相比一般的旋轉輾壓成形法生產的鍛件，后續機械加工余量更少，總體生產效率更高；

附圖說明

圖1是上模旋轉成形法的裝置示意圖；

圖2是傳統的上模旋轉成形法的布砧示意圖；

圖3是本發明的布砧示意圖；

圖4是本發明的上模的主視圖；

圖5是本發明的上模的俯視圖；

圖6是本發明的上模的側視圖。

附圖標記：上模1，下模2，底座3。

具體實施方式

下面對本發明進一步說明。

采用本發明的方法制造特大型厚壁封頭類鍛件的工藝流程與傳統工藝大致相同：鋼錠制坯→模內鐓粗→模內旋轉輾壓→出成品，本發明主要是針對模內旋轉輾壓這一工藝步驟進行了改進，該方法是將鍛件放置于下模2中，分周期進行旋轉輾壓成形操作，每一旋轉輾壓周期分為兩圈，兩圈上模1下壓位置互相錯開，當第一圈碾壓完成后，會留下多個呈三角形的未碾壓區域，由于這些未碾壓區域的間隔，此圈不會有折傷部分被碾壓入鍛件本體，第一圈上模1兩次相鄰下壓的夾角為γ，且θ＜γ≤2θ，在第二圈碾壓過程中，各三角形的未碾壓區域就能夠完全被上模1一次性地覆蓋，在第二次碾壓過程中，第二圈兩次相鄰下壓的夾角同樣為γ，未碾壓部分就會碾壓，由于未碾壓區域兩側是已碾壓區域，被碾壓的物質可以朝兩側流動，因此同樣不會有折傷部分被碾壓入鍛件本體，第二圈兩次相鄰下壓的夾角同樣為γ，如此，第二圈將第一圈未碾壓區域碾壓完成，即如圖3所示，第一圈按圖中A、A、A……X進行碾壓，第二圈按圖中B、B、B……Y進行碾壓，確保兩圈下壓位置互相錯開，一個周期旋壓成形完成后再進行下一個周期的旋轉輾壓，直至出成品，所述上模1為條形砧，所述θ表示上模1工作面兩側邊所對上模1中心旋轉軸的夾角。此方法可以避免出現傳統工藝中出現的大面積折傷，折傷被限制在底部增厚區，不會對產品本體造成影響。此旋轉輾壓控制方法有效地減少鍛件余量，提高了鋼錠利用率，后續加工余量也大為減少，生產成本隨之降低。

為最大限度的提高碾壓效率，每一旋轉輾壓周期中，第一圈上模1兩次相鄰下壓的夾角γ＝2θ，第二圈第一次下壓與第一圈最后一次下壓錯開，錯砧角度為θ，再按照2θ的旋轉角度進行第二圈的旋轉輾壓，直到完成一個周期的旋轉輾壓。如此，第一圈后剩余的未碾壓區域正好可以被第二圈完全碾壓。下壓量過大也容易產生折傷，因此上模1每一次下壓量宜控制在100㎜以內。

為了進一步防止采用上述碾壓方法使鍛件形成折傷，本發明還專門為此設計了一種特大型厚壁封頭類鍛件旋轉輾壓成形裝置，該裝置包括上模1、上模1旋轉座、下模2和底座3，所述下模2設置于底座3上，所述上模1旋轉座設置于底座3上方，所述上模1連接于上模1旋轉座底部，所述上模1包括頂面、工作面和兩側面，頂面具有燕尾設計，用于與上模1旋轉座相連。工作面兩側為錐面或球面，端面直徑為φ。上模1寬度為L，通常600㎜≤L≤900㎜。所述工作面與兩側面采用倒角過渡，倒角角度(即倒角與豎直平面的夾角)分別為20°≤α≤70°，20°≤β≤70°，倒角兩邊邊長間于100㎜～200㎜。其中，上模1的工作面相較于傳統的上模1具有更大的倒角，可以有效防止在第二圈碾壓第一圈未碾壓區域時產生折傷。兩側倒角角度可以相等也可以不相等，但須按中心軸對稱布置，對稱中心為上模1中心旋轉軸，底部倒角根據兩邊倒角逐漸過渡。在第一圈碾壓過程中，上模相鄰兩次下壓之間會留有三角形未碾壓區域，而其截面為三角形或者梯形的，該截面最理想的形狀是等腰三角形或者等腰梯形，如此，在第二圈碾壓過程中最不容易形成折傷。但是若上模兩側的倒角相同，在第一圈相鄰的兩次碾壓過程中，后一次的碾壓會將坯料往前一次碾壓的方向擠壓，使得兩次碾壓之間的未碾壓區域截面變為偏向前一次碾壓區域的非等腰三角形，因此，作為優選方式，在旋轉輾壓前進方向的倒角部分大于背向前進方向的倒角部分。如此，第一圈后形成的未碾壓區域截面更為接近等腰三角形或者等腰梯形，可防止第二圈碾壓過程中造成折傷。