一种复杂封头的冲压成形方法与流程

1.本发明涉及封头制造技术领域，尤其涉及一种复杂封头的冲压成形方法。


背景技术：

2.随着国家能源，化工，航天，海工等行业的飞速发展，我国工业装备逐渐向整体化、大型化的趋势演变。目前压力容器也呈现出大型化的发展趋势，而封头作为容器的关键部件，对强度、韧度、冲击性能、低温性能、抗腐蚀及辐射等性能也有较高的要求，以适应严酷的工况。
3.封头的成形质量将决定压力容器的使用寿命，目前制造工艺主要有拼焊、冲压等。尽管如今焊接工艺有了较大的提高，但通过焊接而拼接的结构总是不能形成完整的金属流线，由于压力容器长期处于高温高压的恶劣运行环境中，极易引起应力分布不匀和应力集中，容易产生疲劳、蠕变和损坏。而且这样焊接制造的方法，工艺复杂、焊接周期长，制造成本高。


技术实现要素：

4.鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种复杂封头的冲压成形方法，用以解决现有的超大型复杂封头锻件锻造成形难的技术问题。
5.本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
6.本发明提供了一种复杂封头的冲压成形方法，包括以下步骤：
7.步骤1、钢锭开坯锻造，得到柱形钢坯；
8.将热送钢锭依次进行压钳口、倒棱、气割水口弃料、镦粗、kd拔长和切钳口下料；
9.步骤2、将柱形钢坯进行双面旋转锻造成形，得到柱形钢坯；
10.将柱形钢坯进行镦粗和旋压，镦粗时，将开坯锻造后的钢坯加热至1230℃-1250℃，然后保温50-60h，保温后镦粗至其直径为4.5m～5.0m；随后将板坯翻转180
°
并返炉加热至1230℃-1250℃，并保温50-60h；
11.步骤3、对封头板坯进行冲压成形。
12.进一步地，在步骤3中，对板坯冲压成形包括：将锻造好的封头板坯进行粗加工，探伤合格后返炉加热至1100℃-1200℃，然后保温6-8h，保温后进行冲压冲形。
13.进一步地，在步骤3中，在冲压成形时的冲压速度为18-22mm/s。
14.进一步地，在步骤2中，镦粗后，采用双面旋转锻造的方式将板坯展宽，展宽锤头采用平锤头，板坯中间位置预留第一凸台；第一凸台高度h1在200-500mm范围内，第一凸台直径d1在1000-3000mm范围内。
15.进一步地，在步骤2中，预留第一凸台后将板坯翻转180
°
后返炉加热至1230℃-1250℃，然后保温13-17h，保温后把板坯放置底垫圈上，并用盖板将第一凸台下压至设定高度，再用平锤头在板坯另一面继续展宽，最后把封头板坯的第二凸台进行镦粗，最后得到圆饼状的封头板坯。
16.进一步地，在步骤1中，热送钢锭的温度为400℃-600℃，热送钢锭装炉后，将加热炉升温至700℃-750℃并保温15-20h。
17.进一步地，在步骤1中，将钢锭升温至1250℃-1270℃并保温35-40h，保温后进行锭身倒棱，压钳口，气割水口弃料及钳口弃料。
18.进一步地，在步骤1中，气割水口弃料及钳口弃料后，将钢锭加热至1250℃后进行保温50-60h，保温后进行镦粗和kd拔长，完成后气割钳口下料。
19.进一步地，在步骤1中，镦粗和拔长时的镦粗比及拔长比均控制在2.2～2.5范围内。
20.进一步地，在步骤1和步骤2中，镦粗和拔长时的锻造温度为750℃-1250℃。
21.与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：
22.(1)采用本发明提供的复杂封头的冲压成形方法可有效改善封头锻件显微组织，提高锻件性能。
23.(2)本发明的大型复杂封头含有大尺寸接管，结构复杂，而冲形所用的封头板坯锻造难度大，结构复杂，而本发明采用双面旋转锻造方式，一方面可以保证板坯两面变形均匀，另一方面可以避免板坯因单面锻造出现上下平面直径不一，而造成锻件报废。
24.(3)本发明将钢锭的镦粗比与拔长比均控制在2.2-2.5范围内是由于钢锭为实心锻件，将其控制在上述范围内能够保证实心锻件的心部压实，进而保证锻件心部探伤质量。
25.本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书实施例以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
26.附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
27.图1为大型复杂封头的结构示意图；
28.图2为现有的圆形冲压头的结构示意图；
29.图3为锻造成形工装的结构示意图；
30.图4为封头板坯的制备过程示意图一；
31.图5为封头板坯的制备过程示意图二；
32.图6为封头板坯的制备过程示意图三；
33.图7为封头板坯的制备过程示意图四；
34.图8为封头板坯的制备过程示意图五；
35.图9为封头板坯的制备过程示意图五；
36.图10为利用锻造成形工装对封头板坯进行冲压前的示意图；
37.图11为利用锻造成形工装对封头板坯进行冲压后的示意图；
38.图12为利用锻造成形工装对封头板坯进行冲压后的前后对比示意图；
39.图13为第一支撑环的剖视图；
40.图14为第二支撑环的剖视图；
41.图15为第三支撑环的剖视图；
42.图16为第四支撑环的剖视图。
43.附图标记：
44.1-上环体；2-成形环；3-封头板坯；4-冲头底座；5-第一支撑环；6-第二支撑环；7-第三支撑环；8-第四支撑环；9-展宽锤头；10-底垫圈；11-销轴组件；12-第一环状弧形面；13-第二环状弧形面；14-第三环状弧形面；15-第四环状弧形面；16-第一销轴；17-第二销轴；18-连接销铁；19-垫块；20-第五支撑环；21-第六支撑环。
45.其中，sr表示球形封头的半径；h1为图4中封头板坯中间位置预留的凸台高度，mm；d1为图4中封头板坯中间位置预留的凸台直径，mm；h2为图7中镦粗前的凸台高度，mm；h1为图6中的凸台下压后的高度，mm；h2为图8中镦粗后的凸台高度，mm。
具体实施方式
46.下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本发明的一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
47.本发明还提供了一种大型复杂封头的冲压成形方法，包括以下步骤：
48.步骤1、将钢锭进行开坯锻造，得到柱形钢坯；
49.步骤2、将柱形钢坯进行双面旋转锻造，得到封头板坯；
50.步骤3、利用锻造成形工装进行板坯冲压成形。
51.需要注意的是，在上述步骤1中，由于封头板坯3的重量为100t-150t，用于锻造封头板坯3的钢锭的重量一般为最终锻件(封头板坯3)重量的1.5倍，以补偿水口切除量、冒口切除量以及各火次的火耗，通过真空冶炼+真空浇注的方法得到的大型钢锭来制造封头板坯3。本发明通过选择真空冶炼+真空浇注的双真空模式能够提高钢锭的纯度。真空冶炼可使钢锭中的气体与夹杂物大大减少，提高钢锭的纯度，从而提高钢锭的性能。
52.在上述步骤1中，钢锭开坯锻造的工序为：压钳口
→
倒棱
→
气割水口弃料
→
镦粗
→
kd拔长
→
切钳口下料。开坯锻造的目的是使钢锭的组织均匀，并使钢锭凝固过程所产生的铸态组织转变为等轴组织，并且焊合内部孔洞，提高锻件的致密性。
53.需注意的是，在上述步骤1中，热送钢锭的温度为400℃-600℃，热送钢锭装炉后，将加热炉升温至700℃-750℃，保温15-20h，然后升温至1250℃-1270℃并保温35-40h，保温后进行锭身倒棱，在冒口占锭身100mm处进行压钳口，然后进行气割水口弃料及钳口弃料。
54.在上述步骤1中，由于所制造的锻件为实心锻件，为保证心部探伤质量，需进行镦粗+kd拔长及压实工序，镦粗和拔长时的镦粗比及拔长比均控制在2.2～2.5范围内，镦粗和拔长时的锻造温度为750℃-1250℃。具体为将钢锭加热至1250℃后进行保温，保温时间为50-60h后，保温后进行镦粗和kd拔长，完成后气割钳口下料。
55.需要说明的是，在上述步骤1中，将钢锭的镦粗比与拔长比均控制在2.2-2.5范围内是由于钢锭为实心锻件，将其控制在上述范围内能够保证实心锻件的心部压实，进而保证锻件心部探伤质量。
56.在上述步骤2中，钢锭经下料后进行镦粗和旋压，旋压采用的是双面旋转锻造方式。首先将开坯锻造后的钢坯加热至1230℃-1250℃，然后保温50-60h，保温后镦粗至万吨级水压机最大载荷所能镦粗的最大直径，即镦粗至直径4.5m～5.0m；随后将板坯翻转180
°
并返炉加热至1230℃-1250℃，并在该温度下保温50-60h，采用双面旋转锻造的方式将板坯展宽，展宽锤头9为平锤头，板坯中间位置预留第一凸台，第一凸台的高度h1在200-500mm范围内，第一凸台的直径d1在1000-3000mm范围内；板坯3翻转180
°
后返炉加热至1230℃-1250℃后保温13-17h后，然后把板坯放置底垫圈10上，并用盖板将上个火次预留的第一凸台下压至一定高度，再用平锤头在板坯另一面继续展宽，最后把板坯中间预留的第二凸台进行镦粗，最后得到锻件成品。这样既保证了封头板坯3中间位置预留一定高度及直径的凸台，又有利于清除镦粗时产生的变形死区。锻造管板进行粗加工至板坯冲形尺寸(如图9所示)，探伤合格后等待进行冲压成形，利用锻造成形工装对封头板坯3进行冲压前的示意图如图10所示，利用上述锻造成形工装对封头板坯3进行冲压后的示意图如图11所示。
57.需要强调的是，在上述步骤1和步骤2中，开坯、墩粗和旋转锻造时锻造温度均控制为750℃-1250℃并采取不同的保温时间是为了确保大型复杂封头锻件能够均匀热透，使锻件心部、表面各区域间加热温度一致，避免因断面温度差产生温度应力而导致锻件钢锭开裂。
58.本发明的大型复杂封头含有大尺寸接管，结构复杂，而冲形所用的板坯锻造难度大，结构复杂，因此本发明采用双面旋转锻造方式，一方面可以成形凸台接管形状，另一方面可以保证板坯两面变形均匀，从而避免板坯因单面锻造出现上下平面直径不一，而造成锻件报废。
59.在上述步骤3中，对板坯冲压成形包括：将锻造好的板坯粗加工探伤合格后返炉加热至900℃-1000℃后保温6-8h，组装上述成形工装进行热冲压冲形，其中，冲压成形时的锻造温度为700℃-1000℃。
60.需要说明的是，将封头板坯3的冲压成形温度控制在700℃-1000℃范围内，一方面能够保证封头板坯3在该热条件下有较好的塑性便于成形；另一方面是因为封头板坯3的微观组织晶粒在较高的温度下容易长大，影响封头最后的性能和质量，因此冲压成形温度不能高于1000℃。
61.需要注意的是，本发明的成形环2在竖直方向上的截面为倒置的直角梯形，直角梯形的斜边靠近成形环2中心线一侧；成形环2的弧形面能够与变形后的封头板坯3的外表面相贴合。在封头板坯3的冲压过程中，刚开始冲压成形时通过成形环2的底面对封头板坯3施加向下的压力，当封头板坯3由圆饼状逐渐变形后，成形环2的底面与封头板坯3的接触面积减小，此时，成形环2的弧形面开始与封头板坯3接触并对封头板坯3施加向下的压力，直至封头板坯3的内表面接触到第四环状弧形面15，停止冲压成形，得到合格的封头锻件。
62.需要说明的是，本发明锻造的封头锻件在安装到大型压力容器之前，还需要对封头锻件进行机床加工，即将凸台接管处进行钻孔处理。
63.本发明的水压机在进行冲压成形时，冲压行程为1000-3000mm(例如，1500mm)，冲压速度18-22mm/s(例如20mm/s)，将冲压速度控制在18-22mm/s的范围内能够保证封头板坯3的显微组织的逐渐均衡变化，以避免冲压过程中锻件内部裂纹等金属组织缺陷的形成，保证金属流线的完整。
64.需要强调的是，图1为本发明的某大型压力容器封头的粗加工图，这种封头作为压力容器的主要承压部件，不仅其尺寸超大、壁厚较薄厚度为100-250mm，而且顶部带有较大的凸台接管，形状复杂，成形困难，因此对生产工艺及成形方法有着较高的要求。
65.针对上述大型复杂封头结构，本发明提供了一种大型复杂封头的锻造成形工装，如图2至图12所示，该锻造成形工装包括上模组件和下模组件，上模组件包括上环体1和成形环2，上环体1与压力机连接，成形环2与上环体1可拆卸连接；下模组件包括冲头底座4，冲头底座4为中空半球形，冲头底座4的球形面朝上，开口朝下，冲头底座4的球形面外壁由上至下依次设有半径递增的第一环形台阶、第二环形台阶、第三环形台阶和第四环形台阶；第一环形台阶、第二环形台阶、第三环形台阶和第四环形台阶相互平行设置，且其上对应设有第一支撑环5、第二支撑环6、第三支撑环7和第四支撑环8；冲头底座4的中心线与成形环2的中心线重合；封头板坯3设于上模组件和下模组件之间。
66.具体地，如图3所示，上环体1安装于压力机上(例如万吨级水压机)，成形环2连接在上环体1上；冲头底座4为半球形，冲头底座4的球形面朝上，其开口朝下，在冲头底座4的球形面外壁上由上至下依次加工有第一环形台阶、第二环形台阶、第三环形台阶和第四环形台阶，第一环形台阶、第二环形台阶、第三环形台阶和第四环形台阶的半径依次增加且相互平行设置，在第一环形台阶上设有第一支撑环5，第二环形台阶上设有第二支撑环6，第三环形台阶上设有第三支撑环7，第四环形台阶上设有第四支撑环8；第一环形台阶至第四环形台阶及其上对应设置的第一支撑环5至第四支撑环8以及冲头底座4共同构成了下模组件，调整下模组件，使下模组件的冲头底座4的中心线与上模组件的成形环2的中心线重合；将封头板坯3放置于成形环2与冲头底座4的顶面之间，封头板坯3底面(与冲头底座4的顶面的配合面)上设有环状凹腔，而由于第一支撑环5位于冲头底座4的顶面上，因此，封头板坯3底面的凹腔与位于冲头底座4的顶面上的第一支撑环5相嵌合；当将封头板坯3放置于成形环2与冲头底座4的顶面之间时，第一支撑环5不仅能够起到支撑封头板坯3的作用，还能够起到定位封头板坯3的作用。另外，当对封头板坯3进行冲压成形时，启动万吨级水压机使成形环2匀速下压，封头板坯3在成形环2的压力作用下环边缘部位开始下移并发生变形，封头板坯3由初始的圆饼状开始变形为封头状，变形过程中封头板坯3的底面逐渐变为内表面并依次接触到第二支撑环6的顶面、第三支撑环7的顶面和第四支撑环8的顶面，当封头板坯3的内表面与第四支撑环8的顶面相贴合时，封头板坯3冲压成功，此时，关闭万吨级水压机。
67.现有技术中进行冲压成形多采用圆形冲头冲压，如图2所示，这种冲压成形的封头结构简单，且对于大型尺寸的复杂封头而言，此种冲压方法现场操作困难，不易脱模，不利于实际生产。与现有技术相比，本发明提供的大型复杂封头锻造成形工装具有通用性强、适用范围广的特点，可极大的降低辅具制造成本。
68.需要说明的是，如图12所示，上环体1为中空罩型，上环体1的顶部与压力机连接；成形环2为中空环状带；成形环2的顶面与上环体1通过销轴组件11可拆卸连接；封头板坯3为圆饼状；圆饼状封头板坯3的外径等于成形环2的外径；成形环2设于圆饼状封头板坯3的上方，成形环2能够从圆饼状封头板坯3的顶面上的边缘部位对其施加向下的压力，以使圆饼状封头板坯3变形为封头状。
69.还需要强调的是，本发明的中空环状带成形环2沿竖直方向上的截面为倒置直角梯形，所述成形环2的内侧面为弧形面且在封头板坯3冲压过程中，能够与封头板坯3的上表面(变形后的外表面)相贴合。
70.为了满足封头底部的凸台接管的成形要求和定位封头板坯3，在封头板坯3底面上设有环状凹腔，封头板坯3的环状凹腔与第一支撑环5相嵌合。
71.与现有技术相比，本发明通过设置第一支撑环5，不仅能够支撑封头板坯3，而且还能够定位封头板坯3，最终使封头板坯3底部的凸台接管满足成形要求。
72.为了满足封头板坯3的凸台接管的成形要求，如图13至16所示，本发明的第一支撑环5的顶面为第一环状弧形面12，第一环状弧形面12不仅能够与封头板坯3的环形凹腔的顶面相贴合，而且，将第一支撑环5的顶面设置成环状弧形面能够增加其与封头板坯3底面的接触面积，使第一支撑环5更好的实现支撑和固定封头板坯3的作用。
73.需要注意的是，第一支撑环的内侧面和外侧面与封头板坯之间均存在间隙，该间隙大小5-10mm。
74.同样地，为了更好的支撑和固定封头板坯3，增大第二支撑环6顶面、第三支撑环7顶面和第四支撑环8顶面与封头板坯3的底面(或者内表面)的接触面积，本发明的第二支撑环6的顶面为第二环状弧形面13，第三支撑环7的顶面为第三环状弧形面14，第四支撑环8的顶面为第四环状弧形面15；当水压机通过上环体1、成形环2对封头板坯3施加压力时，封头板坯3依次贴合于第一环状弧形面12、第二环状弧形面13、第三环状弧形面14和第四环状弧形面15。
75.需要说明的是，第一支撑环5、第二支撑环6、第三支撑环7、第四支撑环8在竖直方向上的相对高度可根据大型复杂封头的半径的大小进行调整。
76.为了保证上环体1与成形环2连接的牢固性，本发明的成形环2通过销轴组件11与上环体1连接。
77.具体地，如图12所示，该销轴组件11包括多个第一销轴16、多个第二销轴17和多个连接销铁18，第一销轴16、第二销轴17和连接销铁18的数量相同；上环体1上设有多个第一销孔；成形环2上设有多个第二销孔，连接销铁18上同时设有第三销孔和第四销孔，第一销孔、第二销孔、第三销孔和第四销孔的数量相等；连接上环体1和成形环2时，将第一销孔和第三销孔对齐并将第二销孔和第四销孔对齐，此时，将第一销轴16插入连接销铁18上的第三销孔和第一销孔内，并将第二销轴17插入连接销铁18的第四销孔和第二销孔内，从而将上环体1和成形环2连接到一起。
78.需要说明的是，本发明的大型复杂封头，封头板坯3为圆饼形，封头板坯3的直径为6700mm-6900mm，封头板坯3锻件的重量为100t-150t，锻造该封头板坯3所需钢锭的重量为150t-225t。
79.本发明的大型复杂封头的球半径为3000-5000mm，针对不同球半径的大型复杂封头，可以通过调整第一支撑环5、第二支撑环6、第三支撑环7和第四支撑环8的高度进行成形。
80.与现有技术相比，本发明通过调整第一支撑环5至第四支撑环8的高度进而使锻造成形工装能够冲压不同球半径的封头，从而增大了锻造成形工装的适用性。
81.为了实现第一支撑环5至第四支撑环8高度的调整，使其适用于不同球半径的复杂封头，本发明的锻造成形工装还包括圆环状或圆弧状的垫块19；如图11和图12所示，以第一支撑环5为例，当需要调整第一支撑环5的高度时，将圆环状或圆弧状的垫块19置于第一支撑环5的下方(即置于第一环形台阶上)，进而增加了第一支撑环5的高度；类似地，第二支撑环6至第四支撑环8的高度需要调整时，将对应尺寸的圆环状或圆弧状的垫块19分别置于对应的环形台阶上即可。
82.与现有技术相比，本发明通过在第一支撑环5至第四支撑环8底部设置垫块19，能够增加第一支撑环5至第四支撑环8的高度，不仅保证了锻造成形工装能够冲压不同球半径的大型复杂封头，另外，在冲头底座4的各个环状台阶上设置圆环状或圆弧状的垫块19比较容易操作，且适用性比较强。
83.需要强调的是，本发明能够同时调整第一支撑环5至第四支撑环8的高度，也可以单独调整某一个支撑环的高度，从而达到冲压不同球半径的大型复杂封头的目的；另外，根据不同尺寸的大型复杂封头的球半径对应的冲压行程不同，本发明的压力机的冲压行程为1000-3000mm。
84.需要注意的是，为了更好的支撑封头板坯3，本发明的锻造成形工装还包括第五支撑环20和第六支撑环21，如图12所示，冲头底座4上还设有第五环状台阶和第六环状台阶，第五环状台阶设于第四环状台阶的下方，第六环状台阶设于第五环状台阶的下方。第五支撑环20设于第五环状台阶上，第六支撑环21设于第六环状台阶上；第五支撑环20的顶面为第五环状弧形面，第六支撑环21的顶面为第六环状弧形面；当对封头板坯3进行冲压成形时，封头板坯3的内表面与第二环状弧形面13至第四环状弧形面15逐渐接触后，开始依次接触第五环状弧形面和第六环状弧形面，此时，五环状弧形面和第六环状弧形面与对应位置的封头板坯3的内表面相贴合，从而使第五支撑环20和第六支撑环21起到支撑封头板坯3的作用。
85.还需要强调的是，支撑环的数量可以根据实际情况进行调整。
86.需要指出的是，组装上述成形工装的过程包括：将上模组件的上环体1与万吨级水压机连接，然后将上环体1与成形环2通过销轴组件11连接，具体为先将第一销孔和第三销孔对齐，同时将第二销孔和第四销孔对齐，然后将第一销轴16插入连接销铁18上的第三销孔和第一销孔内，并将第二销轴17插入连接销铁18的第四销孔和第二销孔内，从而将上环体1和成形环2连接到一起。
87.将上环体1和成形环2连接后，将第一支撑环5置于冲头底座4的第一环形台阶上，将第二支撑环6置于第二环形台阶上，将第三支撑环7置于第三环形台阶上，将第四支撑环8置于第四环形台阶上；然后将封头板坯3置于上模组件与下模组件之间，即将封头板坯3置于成形环2与冲头底座4的顶面之间，成形环2设于封头板坯3的上方，当启动压力机时，封头板坯3在成形环2的压力作用下其边缘部位(即封头板坯3与成形环2的下底面接触部位形成的环状区域)开始下移并逐渐发生变形，封头板坯3由初始的圆饼状开始变形为封头状，变形过程中封头板坯3的底面逐渐变为内表面并依次接触到第二环状弧形面13、第三环状弧形面14和第四环状弧形面15；当封头板坯3的内表面与第四环状弧形面15相贴合时，封头板坯3冲压成功，此时，关闭万吨级水压机。
88.实施例1
89.某复杂封头锻件重103.6t，采用185t钢锭进行锻造成形。具体实施过程如下：
90.步骤1、所述热送钢锭温度为410℃，热送钢锭装炉后，将加热炉升温至705℃，保温16h，然后升温至1250℃并保温36h，保温后进行压钳口，锭身倒棱，气割水口弃料及钳口弃料；
91.步骤2、镦粗kd:由于所制造的锻件为实心锻件，为保证心部探伤质量，需进行镦拔压实工序，一般镦粗比及拔长比控制在2.2；将钢锭加热至1250℃保温时间大于52h，进行镦
粗和kd拔长，完成后气割钳口下料，此火次的锻造温度区间为760℃；
92.步骤3、钢锭经下料后进行镦粗和旋压，旋压采用的是双面旋转锻造方式；首先将开坯锻造后的钢坯加热至1230℃，然后保温51h，保温后镦粗至万吨级水压机最大载荷所能镦粗的最大直径，即镦粗至直径4.5m；随后将板坯翻转180
°
并返炉加热至1230℃，并在该温度下保温52h，采用双面旋转锻造的方式将板坯展宽，展宽锤头9为平锤头，如图4所示，封头板坯3中间位置预留的第一凸台的高度h1至210mm，第一凸台的直径d1为1100mm；
93.步骤4、板坯翻转180
°
后返炉加热至1230℃并保温14h，然后把板坯放置底垫圈10上(如图5所示)，并用盖板将上个火次预留的第一凸台压至h1＝200mm(如图6所示)，再用展宽平锤头在板坯另一面继续展宽(如图7所示)，最后把板坯中间预留的高度为h2的第二凸台进行镦粗至h2＝365mm，得到锻件封头板坯3成品(如图8所示)。这样既保证了封头板坯3中间位置预留一定高度及直径的凸台，又有利于清除镦粗时产生的变形死区。锻造管板进行粗加工至板坯冲形尺寸(如图9所示)，探伤合格后等待进行冲压成形，利用锻造成形工装对封头板坯3进行冲压前的示意图如图10所示，利用上述锻造成形工装对封头板坯3进行冲压后的示意图如图11所示。
94.步骤5、粗加工探伤合格后的板坯按工艺要求返炉加热至1000℃，保温7h后，组装锻造成形工装进行冲压。
95.板坯冲形的具体操作规程如下：将上环体1安装至万吨级水压机上，并通过销轴将成形环2连接至上环体1上，这样能够实现将万吨级水压机的压力传递给成形环2。然后将第一支撑环5置于第一环形台阶上，第二支撑环6置于第二环形台阶上，第三支撑环7置于第三环形台阶上，第四支撑环8置于第四环形台阶上，调整下模组件使冲头底座4的中心线与成形环2的中心线重合，最后将热板坯移至起定位作用的第一支撑环5上，使封头板坯3下底面上的环状凹腔与冲头底座4顶面的第一支撑环5相嵌合，此时，启动万吨级水压机使成形环2以20mm/s的冲压速度匀速向下冲压，下压行程1450mm后使封头板坯3内表面与第四支撑环8的第四环状弧形面15相贴合，封头成品锻件冲压成功。
96.实施例2
97.某复杂封头锻件重125t，采用210t钢锭进行锻造成形。具体实施过程如下：
98.步骤1、所述热送钢锭温度为500℃，热送钢锭装炉后，将加热炉升温至725℃，保温17h，然后升温至1260℃并保温37h，保温后进行锭身倒棱，压钳口，气割水口弃料及钳口弃料；
99.步骤2、镦粗kd:由于所制造的锻件为实心锻件，为保证心部探伤质量，需进行镦拔压实工序，一般镦粗比及拔长比控制在2.3；将钢锭加热至1250℃保温时间55h，进行镦粗和kd拔长，完成后气割钳口下料，此火次的锻造温度区间为950℃；
100.步骤3、钢锭经下料后进行镦粗和旋压，旋压采用的是双面旋转锻造方式。首先将开坯锻造后的钢坯加热至1240℃，然后保温57h，保温后镦粗至万吨级水压机最大载荷所能镦粗的最大直径，即镦粗至直径4.7m；随后将板坯翻转180
°
并返炉加热至1240℃，并在该温度下保温55h，采用双面旋转锻造的方式将板坯展宽，展宽锤头9为平锤头，如图4所示，板坯中间位置预留的第一凸台高度h1至300mm，第一凸台直径d1至2000mm；
101.步骤4、板坯翻转180
°
后返炉加热至1240℃并保温15h，然后把板坯放置底垫圈10上，并用盖板将上火次预留的第一凸台压至h1＝200mm，再用展宽平锤头在板坯另一面继续
展宽，最后把板坯中间预留的高度为h2的第二凸台进行镦粗至h2＝365mm，得到锻件封头板坯3成品。这样既保证了板坯中间位置预留一定高度及直径的凸台，又有利于清除镦粗时产生的变形死区；锻造封头板坯进行粗加工至板坯冲形尺寸，探伤合格后等待进行冲压成形；
102.步骤5、粗加工探伤合格后的板坯按工艺要求返炉加热至1000℃，保温7h后，组装锻造成形工装进行冲压。
103.板坯冲形的具体操作规程如下：将上环体1安装至万吨级水压机上，并通过销轴将成形环2连接至上环体1上，这样能够实现将万吨级水压机的压力传递给成形环2。然后将第一支撑环5置于第一环形台阶上，第二支撑环6置于第二环形台阶上，第三支撑环7置于第三环形台阶上，第四支撑环8置于第四环形台阶上，调整下模组件使冲头底座4的中心线与成形环2的中心线重合，最后将热板坯移至起定位作用的第一支撑环5上，使封头板坯3下底面上的环状凹腔与冲头底座4顶面的第一支撑环5相嵌合，此时，启动万吨级水压机使成形环2以22mm/s的冲压速度匀速向下冲压，下压行程1500mm后使封头板坯3内表面与第四支撑环8的第四环状弧形面15相贴合，封头成品锻件冲压成功。
104.实施例3
105.某复杂封头锻件重145t，采用230t钢锭进行锻造成形。具体实施过程如下：
106.步骤1、热送钢锭温度为590℃，热送钢锭装炉后，将加热炉升温至750℃，保温19h，然后升温至1270℃并保温39h，保温后进行锭身倒棱，压钳口，气割水口弃料及钳口弃料；
107.步骤2、镦粗kd:由于所制造的锻件为实心锻件，为保证心部探伤质量，需进行镦拔压实工序，一般镦粗比及拔长比控制在2.5；将钢锭加热至1250℃保温时间60h，进行镦粗和kd拔长，完成后气割钳口下料，此火次的锻造温度区间为1250℃；
108.步骤3、钢锭经下料后进行镦粗和旋压，旋压采用的是双面旋转锻造方式。首先将开坯锻造后的钢锭加热至1250℃，然后保温59h，保温后镦粗至万吨级水压机最大载荷所能镦粗的最大直径，即镦粗至直径5.0m；随后将板坯翻转180
°
并返炉加热至1250℃，并在该温度下保温60h，采用双面旋转锻造的方式将板坯展宽，展宽锤头9为平锤头，封头板坯3中间位置预留的第一凸台高度h1为500mm，第一凸台直径d1为3000mm。
109.步骤4、将板坯翻转180
°
后返炉加热至1250℃，加热后保温17h，然后把板坯放置底垫圈10上，并用盖板将上火预留的第一凸台压至h1＝200mm，再用展宽平锤头在板坯另一面继续展宽，最后把板坯中间预留的高度为h2的第二凸台进行镦粗至h2＝365mm，得到锻件封头板坯3成品。
110.步骤5、粗加工探伤合格后的板坯按工艺要求返炉加热至1000℃，保温10h后，组装锻造成形工装进行冲压。
111.板坯冲形的具体操作规程如下：将上环体1安装至万吨级水压机上，并通过销轴将成形环2连接至上环体1上，这样能够实现将万吨级水压机的压力传递给成形环2。然后将第一支撑环5置于第一环形台阶上，第二支撑环6置于第二环形台阶上，第三支撑环7置于第三环形台阶上，第四支撑环8置于第四环形台阶上；需要说明的是，当放置第五支撑环20时，先在第五环状台阶上放置上圆环状垫块19，以增加第五支撑环20的高度，放置好垫块19后，将第五支撑环208置于第五环形台阶上，第六支撑环218置于第六环形台阶上；放置完毕后，调整下模组件使冲头底座4的中心线与成形环2的中心线重合，最后将热板坯移至起定位作用的第一支撑环5上，使封头板坯3下底面上的环状凹腔与冲头底座4顶面的第一支撑环5相嵌
合，此时，启动万吨级水压机使成形环2以24mm/s的冲压速度匀速向下冲压，下压行程1600mm后使封头板坯3内表面与第四支撑环8的第四环状弧形面15相贴合，封头成品锻件冲压成功。
112.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种复杂封头的冲压成形方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、钢锭开坯锻造得到柱形钢坯；将热送钢锭依次进行压钳口、倒棱、气割水口弃料、镦粗、kd拔长和切钳口下料；步骤2、将柱形钢坯进行双面旋转锻造成形，得到封头板坯；将柱形钢坯进行镦粗和旋压，镦粗时，将开坯锻造后的钢坯加热至1230℃-1250℃，然后保温50-60h，保温后镦粗至其直径为4.5m～5.0m；随后将封头板坯翻转180
°
并返炉加热至1230℃-1250℃，并保温50-60h；步骤3、对封头板坯进行冲压成形。2.根据权利要求1所述的复杂封头的冲压成形方法，其特征在于，在所述步骤3中，对板坯冲压成形包括：将锻造好的封头板坯进行粗加工，探伤合格后返炉加热至900℃-1000℃，然后保温6-8h，保温后进行冲压冲形。3.根据权利要求2所述的复杂封头的冲压成形方法，其特征在于，在所述步骤3中，在冲压成形时的冲压速度为18-22mm/s。4.根据权利要求3所述的复杂封头的冲压成形方法，其特征在于，在所述步骤2中，镦粗后，采用双面旋转锻造的方式将板坯展宽，展宽锤头采用平锤头，板坯中间位置预留第一凸台；第一凸台高度h1在200-500mm范围内，第一凸台直径d1在1000-3000mm范围内。5.根据权利要求4所述的复杂封头的冲压成形方法，其特征在于，在所述步骤2中，预留第一凸台后将板坯翻转180
°
后返炉加热至1230℃-1250℃，然后保温13-17h，保温后把板坯放置底垫圈上，并用盖板将第一凸台下压至设定高度，再用平锤头在板坯另一面继续展宽，最后把板坯的第二凸台进行镦粗，最后得到圆饼状的封头板坯。6.根据权利要求5所述的复杂封头的冲压成形方法，其特征在于，在所述步骤1中，热送钢锭的温度为400℃-600℃，热送钢锭装炉后，将加热炉升温至700℃-750℃并保温15-20h。7.根据权利要求6所述的复杂封头的冲压成形方法，其特征在于，在所述步骤1中，将钢锭升温至1250℃-1270℃并保温35-40h，保温后进行锭身倒棱，压钳口，气割水口弃料及钳口弃料。8.根据权利要求1所述的复杂封头的冲压成形方法，其特征在于，在所述步骤1中，气割水口弃料及钳口弃料后，将钢锭加热至1250℃后进行保温50-60h，保温后进行镦粗和kd拔长，完成后气割钳口下料。9.根据权利要求1所述的复杂封头的冲压成形方法，其特征在于，在所述步骤1中，镦粗和拔长时的镦粗比及拔长比均控制在2.2～2.5范围内。10.根据权利要求1至9所述的复杂封头的冲压成形方法，其特征在于，在所述步骤1和步骤2中，镦粗和拔长时的锻造温度为750℃-1250℃。

技术总结
本发明公开了一种复杂封头的冲压成形方法，属于封头成形制造技术领域，解决了现有的锻造成形工装及锻造成形方法无法锻造大型复杂封头锻件的技术问题。该复杂封头的冲压成形方法包括：步骤1、钢锭开坯锻造；步骤2、将步骤1得到的钢坯进行双面旋转锻造，得到封头板坯；步骤3、利用大型复杂封头的锻造工装进行封头板坯冲压成形；将封头板坯置于成形环与冲头底座顶面之间，启动压力机，压力机通过上环体带动成形环对封头板坯施加向下的压力，封头板坯在受到压力后，开始由初始的圆饼状逐渐变形为封头状，当达到下压行程时，冲压成形结束，得到大型复杂封头。本发明能够有效改善封头锻件显微组织，提高锻件性能。提高锻件性能。提高锻件性能。


技术研发人员：刘凯泉 刘敬杰 高润哲 李行波 任利国 周岩 祁文波 郭义 赵达
受保护的技术使用者：中国第一重型机械股份公司
技术研发日：2022.01.30
技术公布日：2023/8/8