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大型厚壁半球封頭成形缺陷的控制措施

滄洋管件 / 2021-02-21

      通過以上分析可知,毛坯尺寸、凸凹模間隙、凹模刃口形狀和圓角半徑、始壓和終壓溫度以及成形速度等,是影響大型厚壁半球封頭成形缺陷的主要因素。已有相關文獻用有限元軟件模擬分析了以上因素對厚壁封頭成形的影響,但模擬時為了簡化計算,要做一定的假設或相關參數的近似取代,與實際情況相差較大,模擬結果準確度不高,可以定性指導生產,但較難定量指導生產。本文根據企業長期生產經驗,提出這些影響因素的合理參數。

1.毛坯尺寸

      毛坯尺寸過大會導致成形阻力過大,引起封頭局部嚴重變薄,還會導致成形后封頭直段高度h過大。不僅造成材料浪費,還會導致后續封頭直段的機加工量增大,增加機加成本。毛坯尺寸過小雖然對成形有利,但可能造成封頭直段高度小于許用值,導致整個封頭報廢,損失巨大。鑒于此,封頭毛坯尺寸計算時,總體原則是在滿足成形尺寸要求的前提下盡量取小值。

       有直段的封頭毛坯直徑Dv計算一般采用以下公式:



       

       其中,Dn為半球封頭內直徑;t為半球封頭壁厚;直段高度。式(1)是基于中性層面積相等原理建立的。實際應用過程中,由于工件的中性層尺寸難以標注和測量,常用中間層的尺寸取代中性層尺寸,以此簡化計算過程。成形時材料轉移量較大,式(1)計算的坯料尺寸總體偏大,滿足要求,成形后尺寸安全。但是,為了減小成形阻力,一般要對邊緣進行削邊。

2. 始壓溫度和終壓溫度

       鋼組織為奧氏體時,塑性好,屈服強度低,易于塑形變形,鋼質封頭熱壓成形常常要求在奧氏體穩定存在的溫度區間內。始壓溫度過高使奧氏體晶粒粗大,塑性變差,會導致過熱甚至過燒現象;過低會導致成形阻力大,成形困難,成形后嚴重變薄等缺陷。合適始壓溫度至關重要,對于鋼質封頭一般合適的始壓溫度為930~980℃,終壓溫度不低于800~850℃。

3.模具凸凹模間隙及凹模刃口形狀和圓角半徑

      凸凹模間隙過大,成形阻力小,成形容易,易外鼓;間隙過小,成形阻力大,易導致封頭局部嚴重變薄。合理的單邊間隙見表1,注意表1中值隨內直徑變大取偏大值。

      考慮到制造成本和成形貼模性要求等,凸模球面粗糙度不宜過度光滑,一般Ra6.3,而凹模刃口表面粗糙度Ra3.2左右較適宜。

4.成形速度

      成形速度過快,不宜材料充分流動,成形后易嚴重變??;成形速度過慢,終壓溫度變低,成形困難,封頭貼模性變差,易導致封頭外鼓。合適的成形速度,可以有效控制以上缺陷。一般在成形的前半程,成形速度控制在30~50mm/s;在成形的后半程,成形速度控制在15~30mm/s。


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