[发明专利]高炉风口前端帽体的短流程挤压成型工艺的优化设计方法

权利要求书

1.高炉风口前端帽体的短流程挤压成型工艺的优化设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1)高炉风口前端帽体的热反挤压工艺设计，确定挤压件的形状及尺寸参数，得出圆筒坯料的尺寸参数；

S2)高炉风口前端帽体的扩孔工艺设计，对扩孔变形程度进行校核，并计算扩孔变形力的大小；

S3)高炉风口前端帽体的热反挤压模具设计，用有限元软件对高炉风口前端帽体的挤压成型过程进行数值模拟，根据挤压件的形状及尺寸、数值模拟中所确定的模具结构设计热反挤压模具；

S4)高炉风口前端帽体的分瓣扩孔模具设计，根据高炉风口前端帽体成品设计分瓣扩孔模具；

S5)将所设计的圆筒坯料加热至热成形温度，利用所设计的热反挤压模具一次反挤压得到挤压件；

S6)将上述经过热挤压的挤压件利用所设计分瓣扩孔模具，对其中心孔挤压扩孔，便可得到高炉风口前端帽体成品。

2.根据权利要求1所述的高炉风口前端帽体的短流程挤压成型工艺的优化设计方法，其特征在于，所述步骤S1)中包括如下内容：

S11)挤压件形状的设计，根据高炉风口前端帽体成品的形状，确定挤压件为双层套筒，外层为锥形套筒与帽体成品一致，内层为内孔为圆锥孔的圆柱套筒结构，壁厚从底端到顶端逐渐增加，其高度满足条件：h₁≥h+20，其中，h₁为挤压件内层套筒高度，h为帽体成品内层套筒高度；

S12)挤压件尺寸的计算，挤压件外层锥形套筒尺寸与帽体成品外层套筒一致，内层套筒高度由体积相等原则求得：

D_min＝D_1max，t₀＝t_min

h₁＝y₁-y₀，y₁＝kx₁+b

其中，V表示帽体成品内层圆锥套筒的体积，t₀为帽体成品内层套筒壁厚，D_max表示帽体成品内层圆锥套筒的最大内径，D_min表示帽体成品内层圆锥套筒的最小内径，y、b、k分别表示挤压件内层圆柱套筒内壁在所建直角坐标中直线方程的纵坐标、截距、斜率，x₁，y₁分别表示挤压件内层圆柱形套筒内侧顶点横、纵坐标，D_1max表示挤压件内层圆柱套筒的最大内径，t_min表示挤压件内层圆柱套筒的最小壁厚；

S13)圆筒坯料尺寸计算，根据所确定挤压件形状及尺寸，利用proe软件建立计算挤压件模型，计算出挤压件体积V₁，选取圆筒坯料内径d₂＝D_min＝D_1max，根据体积相等原则，求得圆筒坯料高度h₂为：

其中，D_out为帽体成品外层锥形套筒最小外径。

3.根据权利要求2所述的高炉风口前端帽体的短流程挤压成型工艺的优化设计方法，其特征在于，所述步骤S2)中包括如下内容：

S21)扩孔变形程度校核，根据前端帽体成品内层套筒的最大内径D_max，挤压件内层圆柱套筒的最小直径D_1min计算出扩孔系数m_c＝D_max/D_1min，使其满足m_c≤m_ec，其中极限扩孔系数m_ec的大小取决于材料性能；

S22)扩孔变形力的计算，根据挤压件形状及帽体成品形状可知，采用锥形分瓣刚性凸模扩孔，其单位扩孔力p按下式计算：

其中，σ表示材料单位变形抗力，u表示摩擦因数，α表示锥形分瓣刚性凸模半锥角，R表示挤压件内层套筒顶端内侧半径。