一种封闭式大规格铜镍合金BFe30-1-1法兰成型模具及加工方法

摘要

一种封闭式大规格铜镍合金BFe30‑1‑1法兰成型模具及加工方法，改变原有的铜镍合金法兰加工方式，设计一种封闭式法兰成型模具，包括上模组件和下模组件，上模组件包括上模垫板和压头，压头固定设置在上模垫板下方，压头的中心设有内腔，下模组件包括下模、芯杆和下模垫板，下模设置在下模垫板的上方，在下模的中心设有模腔，模腔的上段模腔直径大于下段模腔直径，上段模腔与压头间隙配合，在模腔内设有芯杆，芯杆的小端朝上大端朝下设置，芯杆的底面贴设在下模垫板上，芯杆下方的下模垫板上开设有通孔，芯杆的大端与下段模腔间隙配合，大大提高铜镍合金BFe30‑1‑1法兰产品原材料利用率，降低材料成本。

说明书

技术领域

本发明涉及加工制造方法技术领域，具体说的是一种封闭式铜镍合金法兰成型模具及加工方法。

背景技术

铜镍合金以其优良的耐腐蚀性能、抗海生物污损及其它综合性能，在国内外造船行业、化工行业和海洋工程中被大量采用，其中BFe30-1-1作为一种高合金化的铜镍合金材料广泛用于制作法兰接头等管路附件。

实用新型专利CN201820251039.4《一种法兰盘一次锻压成型模具》介绍了一种一次加热、闭式热挤压成型方法；发明专利CN201310510265.1《一种具有内外法兰的零件挤压成形方法及挤压模具》介绍了一种具有内外法兰零件的成型方法；发明专利CN201910495036.4《一种法兰锻造用成型模具及锻造方法》介绍了一种可以解决因材料流动性快，导致锻件成型后出现开裂或折叠的法兰锻造用成型模具及锻造方法。但是针对大规格且具有特殊用途的铜镍合金法兰的成型方法及成型模具上述专利均未涉及。目前，大规格法兰的生产多采用自由锻造成型工艺，具体工艺为根据法兰外形尺寸锻造相应规格的法兰锻环然后进行机加工；锻环机加工成型法兰，材料利用率低，生产成本较高。所以为了满足生产需求现急需一种能够先进的成型方法来提高生产效率，降低成本。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种封闭式大规格铜镍合金BFe30-1-1法兰成型模具及加工方法，改变原有的铜镍合金法兰加工方式，设计一种封闭式法兰成型模具，大大提高铜镍合金BFe30-1-1法兰产品原材料利用率，降低材料成本。

为实现上述技术目的，所采用的技术方案是：一种封闭式大规格铜镍合金BFe30-1-1法兰成型模具，包括上模组件和下模组件，上模组件包括上模垫板和压头，压头固定设置在上模垫板下方，压头的中心设有内腔，下模组件包括下模、芯杆和下模垫板，下模设置在下模垫板的上方，在下模的中心设有模腔，模腔的上段模腔直径大于下段模腔直径，上段模腔与压头间隙配合，在模腔内设有芯杆，芯杆的小端朝上大端朝下设置，芯杆的底面贴设在下模垫板上，芯杆下方的下模垫板上开设有通孔，芯杆的大端与下段模腔间隙配合，芯杆的小端与下段模腔之间形成法兰颈部成型腔，法兰颈部成型腔的直径等于法兰外径净尺寸加机加工余量，法兰颈部成型腔的深度等于法兰底盘厚度加凸台高度和机加工余量再加上压头压入模腔的导向深度值，芯杆的小端与上段模腔之间形成法兰盘段成型腔，法兰盘段成型腔与法兰颈部成型腔相接处的直径等于法兰颈部直径加机加工余量，法兰盘段成型腔的底部直径等于法兰端部尺寸加机架工余量，法兰盘段成型腔的深度等于法兰高度减去法兰底盘厚度再减去凸台高度，芯杆的小端与压头的内腔间隙配合，芯杆的小端直径等于法兰内径净尺寸减去机加工余量，芯杆的小端高度大于法兰颈部成型腔和法兰盘段成型腔的高度之和。

利用一种封闭式大规格铜镍合金BFe30-1-1法兰成型模具进行法兰加工的方法，其特征在于：

步骤一、安装：将上模组件固定在压机滑块上，将下模组件固定在压机工作台上；

步骤二、准备：准备铜镍合金铸锭段，将铜镍合金铸锭段用电炉或天然气炉加热至900℃～980℃，加热完成后采用自由锻的方式将铸锭锻造成法兰相对应规格的锻环坯料，将锻环坯料加热至980℃±10℃，然后放置于模腔内；

步骤三、压制：压机滑块下行，固定于滑块上的压头向下压制，正向挤压锻环坯料成型，得到法兰坯料；

步骤四、卸料：压机上行，将上模组件抬起，压机由通孔顶出芯杆，芯杆推动法兰坯料向上运动将成型毛坯推出模腔；

步骤五、热处理：将成型毛坯进行热处理，热处理温度为650℃±10℃，保温1-2小时后出炉空冷；

步骤六、机加工：将步骤五得到的成型毛坯按技术要求尺寸和表面粗糙度进行机加工，成为满足要求的法兰管件。

本发明有益效果是：

（1）采用本发明所述工艺制作的大规格铜镍合金法兰产品达到了各项技术指标的要求。采用本发明所述封闭式大规格铜镍合金法兰成型模具及加工方法，法兰由锻环机加工改为锻环在封闭式模具内成型后机加工，所用原材料大幅减少，以DN150~DN300法兰为例，材料利用率提高为50-62%。

（2）原有大规格铜镍合金法兰采用锻环后直接机加工，减少了挤压工序缩短了加工工期，然而锻造成型后机加工法兰因法兰净尺寸较大可能存在材料锻造变形不充分的缺陷。

（3）与液体铸造成型法兰相比，液体成型铸造能够成型结构复杂尺寸精度要求不高的零件，但是铸造过程中容易产生疏松、缩孔等肉眼无法观测的缺陷，铸造成型法兰内部组织流线型较差，且材料组织不均匀晶粒粗大；而采用本专利所示的封闭式模具成型法兰，材料经过锻造后在封闭模具内挤压成型。锻造有利于消除原材料中的疏松、缩孔等缺陷，同时锻造组织致密晶粒细小；锻造后锻环毛坯经过在封闭模腔内挤压成型，由于封闭模腔尺寸（ΦD4、ΦD1、L3）的限制作用，法兰坯料在模腔内沿着下模腔斜度充分流动，有利于法兰锻造流线的形成，成型坯料和法兰外形一致；采用本专利所示的封闭式法兰成型模具成型后的法兰组织致密晶粒细小，法兰力学性能整体优于液体铸造成型法兰。

附图说明

图1为铜镍合金法兰产品第一种结构示意图；

图2为铜镍合金法兰产品第二种结构示意图；

图3为本发明的法兰成型模具结构示意图；

图4为本发明的芯杆结构示意图；

图5为本发明的下模结构示意图；

图6为本发明的压头结构示意图；

图7为本发明下模垫板结构示意图；

图8为本发明上模垫板结构示意图；

图9为本发明成型过程示意图；

图10为本发明卸料过程示意图；

图中：1、上模垫板，2、压头，3、下模，4、芯杆，5、下模垫板，6、模腔，7、通孔，8、法兰颈部成型腔，9、法兰盘段成型腔，10、顶出装置，11、成型毛坯，12、法兰坯料，13、锻环。

具体实施方式

本发明所述的铜镍合金BFe30-1-1法兰产品示意图如图1所示，图1为Q/725-1123-2000标准中II型法兰，图2为Q/725-1123-2000标准中I型中的法兰。

本发明适用于加工制造DN150～DN300规格的BFe30-1-1法兰。本发明设计的封闭式法兰成型模具如图3～图8所示。

一种封闭式大规格铜镍合金BFe30-1-1法兰成型模具，包括上模组件和下模组件，上模组件包括上模垫板1和压头2，压头固定设置在上模垫板1下方，压头2的中心设有内腔，下模组件包括下模3、芯杆4和下模垫板5，下模3设置在下模垫板5的上方，在下模3的中心设有模腔6，模腔6的上段模腔直径大于下段模腔直径，上段模腔与压头2间隙配合，在模腔内设有芯杆4，芯杆4的小端朝上大端朝下设置，芯杆4的底面贴设在下模垫板5上，芯杆4下方的下模垫板5上开设有通孔7，芯杆4的大端与下段模腔间隙配合，芯杆4的小端与下段模腔之间形成法兰颈部成型腔8，芯杆4的小端与上段模腔之间形成法兰盘段成型腔9，芯杆4的小端与压头2的内腔间隙配合。

如图3、图4所示，芯杆尺寸ΦD1等于法兰内径净尺寸（ΦD内）减去机加工余量，芯杆底盘直径ΦD2和模腔直径ΦD3间隙配合。芯杆小端的高度L6大于L3，芯杆的大端高度L5等于H减去L3的高度。

如图5所示，模腔尺寸ΦD4等于法兰外径净尺寸（ΦD外）加机加工余量，模腔的总高度为H，ΦD7等于法兰颈部直径ΦDm加机加工余量，ΦD3等于法兰端部尺寸ΦDw加机加工余量；L4等于法兰高度h减去法兰底盘厚度b再减去凸台高度f,L2等于法兰底盘厚度b加凸台高度f和机加工余量再加上压头压入法兰模腔6的导向深度值，L3等于L2与L4之和。

如图6所示，压头高度L1一般以压机下压至坯料完全填充模腔以后，压头上端与上模垫板连接面高出下模上表面200mm以上即可。ΦD6和ΦD1采用间隙配合，ΦD5和ΦD4采用间隙配合。

如图7所示，下模垫板5的高度为H1，其中心通孔尺寸为ΦD8，其外径尺寸为ΦD9。

如图8所示，上模垫板1的高度为H1。

所述的封闭式铜镍合金BFe30-1-1法兰成型模具成型方法如下：

（1）模具安装

将上模垫板1和下模垫板5通过压板分别固定在压机滑块和压机工作台上，采用焊接的方式将压头固定于上模垫板上，采用焊接的方式将下模固定于下模垫板之上；下模固定后，将芯杆放入下模型腔内。

（2）成型前准备

将所需规格铜镍合金BFe30-1-1铸锭按照要求长度及重量在锯床上切成相应的铸锭段，每种规格法兰对应一定尺寸及重量作为成型铜镍合金BFe30-1-1法兰管件的坯料，本发明可制作的法兰规格为DN150～DN300。将下料铸锭用电炉或天然气炉加热至900℃～980℃，加热完成后采用自由锻的方式将铸锭锻造成法兰相对应规格的锻环13。法兰压制成型前将相应规格的法兰锻环坯料加热至980℃±10℃，然后放置于模腔内。

锻环坯料尺寸与法兰净尺寸对应关系见表1。

表1为锻环坯料尺寸与法兰对应关系

（3）压制

如图9所示，压机滑块下行，固定于滑块上的压头向下压制，正向挤压坯料成型，得到法兰坯料12。

（4）卸料

如图10所示，压机上行，将上模组件抬起，压机由通孔利用顶出装置10顶出芯杆，芯杆推动法兰坯料向上运动将成型毛坯11推出模腔。

（5）、成型后热处理

将成型毛坯进行热处理，热处理温度为650℃±10℃，保温1-2小时后出炉空冷。

（6）、机加工

将热处理后的成型毛坯按技术要求尺寸和表面粗糙度进行机加工，成为满足要求的法兰管件。

实施例1

本发明应用于Q/725-1123-2000标准中II型DN200法兰，单件下料规格从Φ360/Φ205*90mm变为Φ140*240mm，单件下料重量从56.75kg减少为35.9kg，材料利用率从之前的39.1%提高为61.9%。

实施例2

本发明已应用于Q/725-1123-2000中I型DN200铜镍合金BFe30-1-1法兰。

用封闭式法兰成型模具压制成型的铜镍合金BFe30-1-1法兰，单件下料从Φ360/Φ185*102mm单重70.04kg变为Φ245*98mm单重41.1kg，材料利用率从之前的34%提高为58%。

实施例3

本发明应用于Q/725-1123-2000标准中I型DN150法兰，单件下料规格从Φ290/Φ132*86mm变为Φ260/Φ137×68，单件下料重量从41.28kg减少为23.91kg，材料利用率从之前的34.4%提高为59.5%。

实施例4

本发明应用于Q/725-1123-2000标准中I型DN200法兰，单件下料规格从Φ355/Φ188*102mm变为Φ325/Φ193×82，单件下料重量从68.76kg减少为40.52kg，材料利用率从之前的33.9%提高为57.7%。

实施例5

本发明应用于Q/725-1123-2000标准中I型DN250法兰单件下料规格从Φ425/Φ233*113mm变为Φ386/Φ239×92，单件下料重量从102.78kg减少为60.86kg，材料利用率从之前的35.8%提高为60.5%。

实施例6

本发明应用于Q/725-1123-2000标准中I型DN300法兰单件下料规格从Φ492/Φ297*125mm变为Φ440/Φ300×125，单件下料重量从138.46kg减少为93.24kg，材料利用率从之前的35%提高为51.9%。