[发明专利]分布挤压工艺方法及其分布挤压模具

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属加工工艺方法及其相关模具，特别涉及一种分布挤压工艺方法及其分布挤压模具。

背景技术

核电的发展提高到了国家战略目标和国家发展十大依托任务之首，核电核岛中反应堆的压力容器的自主化(国产化)提到了空前的高度，我国秦山和大亚湾核电站是从法国阿文斯通和新日本制铁进口，价格昂贵。为发展清洁能源，减少CO2排放，我国规划在2020年再增加8000万KW的核电装机容量，约需100万KW级的压力壳80个，就按40万KW壳体价格计算，其总价在400～480亿元之巨。我国急需迅速解决核压力壳体的自主制造这一复杂的工程和技术问题。

核电反应堆压力壳目前采用马杠扩环、空心钢锭芯轴扩孔和厚板封头压制再经环缝焊接技术制造而成，自从苏联切尔诺贝利核电事故后，纵缝焊接在核压力壳上是不允许的。目前的核压力壳体采用了马杠扩环工艺，先制造五个环，然后将这些环所成的环缝焊起来形成壳体的直筒部分，再通过厚板拉伸或压制制成封头，然后将直筒部分与封头焊接起来。然而这种工艺仍不能说是最佳的工艺，很明显，无论是马杠扩孔还是封头厚板压制或拉延，都不是在三向压应力状态下的成形，成形过程伴随着局部拉应力，因而对裂纹和缺陷的闭合及修复存在隐患。

目前这种加工工艺是一种壳筒体和封头分别成形的长流程的成形制造工艺，钢锭经特殊的自由锻制坯工艺制成带圆孔的环形件，然后才能用上述马杠扩孔，成形多个重型圆环，对其加工、热处理后再逐一焊起来形成直筒件；用厚钣压制或拉延制造重型封头，再将下封头与直筒体焊接，并进行相应的热处理和加工，制成压力壳壳身，再盖上上封头即成一个完整的反应堆核压力壳体，这个制造流程长，环节多，周期长，效率低，可靠度低。

发明内容

为了弥补以上不足，本发明提供了一种分布挤压工艺方法及其分布挤压模具，该分布挤压工艺方法形成的壳体的壁厚均匀，裂纹和缺陷的闭合修复得彻底，壳体的可靠性和强度高。

本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：一种分布挤压工艺方法，其步骤如下：

a.精炼钢锭：高温加热到1050度到1250度之间；

b.切除钢锭冒口：可用氧气-乙炔等各种火焰切割方法，鉴于目前炼钢水平有时需要将钢锭冒口和钢锭底部均切除，是否需要切除钢锭底部视钢锭底部实际炼制质量决定；

c.镦粗钢锭，同时形成钢锭底定心结构：将钢锭放置于镦粗模具上，钢锭下方的圆弧状凸起恰置于镦粗模具的定心凹槽内，再在钢锭上方施力对钢锭进行镦粗，这样钢锭被镦粗的同时其下方的圆弧状凸起形成了规则的锭底定心结构，镦粗钢锭可在开式或闭式的模具内对钢锭进行开式或闭式镦粗；

d.压中心孔：以钢锭底定心结构定位，通过带有导向装置的中心冲头冲压钢锭上平面，使钢锭上平面形成一具有设定深度和直径的中心孔；

e.热穿孔：将钢锭固定定位放置入预应力挤压筒内(钢锭底定心结构朝下)，第一穿孔针中心与钢锭上平面的中心孔对齐向下挤压钢锭，将钢锭上表面的中心孔加深、直径加大到设定值；

f.分布挤压钢锭：将钢锭固定定位放置入预应力挤压筒内(钢锭底定心结构朝下，以钢锭底定心结构定位)，挤压轴的冲挤头以10-15万吨的挤压力沿钢锭中心孔向下挤压金属，使金属沿径向方向流动形成壳体的底部并同时沿壳体母线上升，形成壳体的直筒部分，然后挤压轴带动冲挤头向上运动复位(回程)，挤压轴带着冲挤头径向旋转设定角度，挤压轴再带着冲挤头沿钢锭中心孔向下重复挤压金属，挤压轴带着冲挤头每旋转一个设定角度为一个分布挤压工步，如此反复动作直至钢锭所成挤压坯上端面趋于平齐，此过程是将钢锭放置在封闭的预应力挤压筒内，通过挤压轴的冲挤头对钢锭进行分区域、分时域的反复挤压，金属受冲挤头挤压后向远离冲挤头方向作近似径向流动，根据前苏联学者古布金提出的金属流动最小阻力定律，金属在冲挤头与钢锭中心孔内侧壁之间距离最大的位置流动最快，这样当冲挤头挤压钢锭中心孔时，流动的金属进入预应力挤压筒与挤压轴的间隙中从而沿壳体的母线转向上方流动，使该处(即金属流动较快部位)钢锭壳体的直筒高度高于其它部位，由于冲挤头是同向连续旋转挤压钢锭中心孔的，且每一分布挤压工步后均旋转设定角度，这样钢锭所成挤压坯上端就最终趋于平齐状态了，显然冲挤头径向旋转设定角度越小，钢锭所成挤压坯上端高度差越小，若干个分布挤压工步组成一个分布挤压工序，即一个分布挤压工序含有若干个分布挤压工步：分布挤压工步数＝360/设定角度；