CN115890170B - 一种偏心锥体管加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及金属锻造技术领域，具体而言，涉及一种偏心锥体管加工方法。包括：步骤S11，基于目标偏心锥体管的外观尺寸，获得所述目标偏心锥体管的包容体；步骤S12，基于所述包容体的外观尺寸、所述目标偏心锥体管的壁厚δ、所述目标偏心锥体管的重量中的多个参数组合，获得外扩环坯尺寸和\或内缩环坯尺寸；步骤S13，对外扩环坯或内缩环坯进行锻造及余量加工去除，得到正锥体管；步骤S14，对所述正锥体管两端部进行切割和整圆加工，得到所述目标偏心锥体管。这样就解决了偏心锥体管存在轴向焊缝及承载能力低的问题。

Description

一种偏心锥体管加工方法

技术领域

本发明涉及金属锻造技术领域，具体而言，涉及一种偏心锥体管加工方法。

背景技术

用于实验或生产的大型压力容器构成需要通过管道进行连接。在一些恶劣的工作环境中，管道需要能承受高温(400～1200℃)和高压环境下安全运行。为适应此种使用环境，管道需有较高的强度和持久性能，且需采用耐高温的高温合金材料，也需尽可能减少管道的轴向焊缝，保证管件整体强度。

由于管道中存在管道直径的变化，这样需要使用两端为圆形开口且其开口直径不同管件（即偏心锥体管）连接。针对这种偏心锥体管，往往是使用卷板方式制造，将预先计算好的板材卷制定型后焊接固定，此方法的缺点在于存在一条全长轴向焊缝，极大地降低了管件的承压能力。

发明内容

为解决偏心锥体管存在轴向焊缝及承载能力低的问题，本发明提供了一种偏心锥体管加工方法，包括：

步骤S11，基于目标偏心锥体管的外观尺寸，获得所述目标偏心锥体管的包容体；

步骤S12，基于所述包容体的小端面最大长度、所述包容体的高度、所述目标偏心锥体管的重量，获得外扩环坯的外径、长度和壁厚；和/或，基于所述包容体的大端面最大长度、所述包容体母线长度、所述目标偏心锥体管的壁厚δ，获得内缩环坯的外径、长度和壁厚；

步骤S13，对外扩环坯或内缩环坯进行锻造及余量加工去除，得到正锥体管；

步骤S14，对所述正锥体管两端部进行切割和整圆加工，得到所述目标偏心锥体管。

在一些实施例中，所述包容体设置为包容所述目标偏心锥体管的最小体积的包容锥体管；所述目标偏心锥体管的周侧体为所述包容锥体管的部分周侧体；所述包容锥体管端面垂直于所述目标偏心锥体管对称平面上所述目标偏心锥体管两侧体边线夹角的角平分线；所述包容锥体管两端面平行。

在一些实施例中，WD≤ Md1，其中，所述WD为所述外扩环坯的外径，所述Md1为所述包容锥体管小端面最大长度。

在一些实施例中，

，其中，所述WH为所述外扩环坯的长度，所述MH为所述包容锥体管的高度，所述MD1为所述包容锥体管大端面最大长度。

在一些实施例中，所述外扩环坯一端的壁厚大于等于另一端的壁厚；所述外扩环坯的内壁从一端向另一端平滑延伸。

在一些实施例中，ND≤MD1，其中，所述ND为所述内缩环坯的外径，所述MD1为所述包容锥体管大端面最大长度。

在一些实施例中，NH=（0.9~1）*L，其中，所述NH为所述内缩环坯的长度，所述L为所述包容锥体管在所述目标偏心锥体管对称平面上的母线长度。

在一些实施例中，所述内缩环坯一端的壁厚大于等于另一端的壁厚；所述内缩环坯的内壁从一端向另一端平滑延伸。

在一些实施例中，Nδ1=(0.9~0.95)*δ，其中，所述Nδ1为所述内缩环坯一端的壁厚；Nδ2=(0.85~0.9)*δ，其中，所述Nδ2为所述内缩环坯另一端的壁厚。

在一些实施例中，所述步骤S14包括：

步骤S141，对所述正锥体管的小端面进行切割加工，得到加工后小端面；在所述正锥体管小端面切割后的对称平面上，所述加工后小端面投影线与所述正锥体管侧体边线的夹角大小为角β的值；所述β为在所述目标偏心锥体管对称平面上，所述目标偏心锥体管的小端面投影线与所述正锥体管侧体边线的夹角；

步骤S142，对所述正锥体管的大端面进行切割加工，得到加工后大端面；所述加工后大端面与所述加工后小端面平行；所述加工后大端面与所述加工后小端面的距离为所述目标偏心锥体管的高度；

步骤S143，将所述加工后小端面的孔和所述加工后大端面的孔整形为圆形，得到所述目标偏心锥体管。

为解决偏心锥体管存在轴向焊缝及承载能力低的问题，本发明有以下优点：

1通过基于目标偏心锥体管的包容体，来确定环坯的尺寸，这样可以提高坯料的利用率，减少尾料量，从而降低制造成本。

2 通过对环坯整体锻造得到正锥体管，并对正锥体管两端部加工得到目标偏心锥体管的偏心锥体管。这样可以避免加工后偏心锥体管的轴线焊缝，从而提高承载能力。

附图说明

图1示出了一种实施例的偏心锥体加工方法示意图；

图2示出了另一种实施例的偏心锥体加工方法示意图；

图3示出了一种实施例的偏心锥体管立体示意图；

图4示出了一种实施例的偏心锥体管俯视图；

图5示出了一种实施例的偏心锥体管和包容体截面示意图；

图6示出了一种实施例的偏心锥体管的包容体截面示意图；

图7示出了一种实施例的偏心锥体管的包容体俯视图；

图8示出了一种实施例的外扩环坯截面示意图；

图9示出了一种实施例的内缩环坯截面示意图。

附图标示：

10目标偏心锥体管；

11偏锥管小端面；

12偏锥管大端面；

13偏锥管侧壁体；

20包容锥体管；

21包容锥管小端面；

22包容锥管大端面；

30外扩环坯；

40内缩环坯。

具体实施方式

现在将参照若干示例性实施例来论述本公开的内容。应当理解，论述了这些实施例仅是为了使得本领域普通技术人员能够更好地理解且因此实现本公开的内容，而不是暗示对本公开的范围的任何限制。

如本文中所使用的，术语“包括”及其变体要被解读为意味着“包括但不限于”的开放式术语。术语“基于”要被解读为“至少部分地基于”。术语“一个实施例”和“一种实施例”要被解读为“至少一个实施例”。术语“另一个实施例”要被解读为“至少一个其他实施例”。

本实施例公开了一种偏心锥体管加工方法，如图1所示，可以包括：

步骤S11，基于目标偏心锥体管10的外观尺寸，获得目标偏心锥体管10的包容体；

步骤S12，基于所述包容体的小端面最大长度、所述包容体的高度、所述目标偏心锥体管的重量，获得外扩环坯的外径、长度和壁厚；和/或，基于所述包容体的大端面最大长度、所述包容体母线长度、所述目标偏心锥体管的壁厚δ，获得内缩环坯的外径、长度和壁厚；

步骤S13，对外扩环坯30或内缩环坯40进行锻造及余量加工去除，得到正锥体管；

步骤S14，对正锥体管两端部进行切割和整圆加工，得到目标偏心锥体管10。

在本实施例中，如图3、图4和图5所示，目标偏心锥体管10可以为中空的管状结构，包括偏锥管小端面11、偏锥管大端面12及偏锥管侧壁体13。偏锥管小端面11和偏锥管大端面12相互平行。偏锥管小端面11为圆环状，其外径为Yd1，其内径为Yd2。偏锥管大端面12为圆环状，其外径为YD1，其内径为YD2，其中Yd1小于YD1。目标偏心锥体管10的高度为YH。偏锥管侧壁体13从偏锥管小端面11平滑向偏锥管大端面12延伸。通过偏锥管小端面11和偏锥管大端面12连接不同管径的管道，实现管道系统的变径传输流体介质。偏心锥体管的加工方法可以包括步骤S11~步骤S14，以下对各个步骤进行详细说明。

步骤S11，可以通过对整个管道系统的设计，可以得到目标偏心锥体管10的外观尺寸。如图3和图4所示，目标偏心锥体管10的外观尺寸可以包括偏锥管小端面11的外径Yd1、偏锥管小端面11的内径Yd2、偏锥管大端面12的外径YD1、偏锥管大端面12的内径YD2、偏锥管侧壁体13的厚度δ以及偏心锥体管的高度YH。通过目标偏心锥体管10的外观尺寸可以得到目标偏心锥体管10的包容体。这样可以通过包容体获得加工偏心锥体管的坯料，并减少坯料制作过程中的尾料，从而降低制造成本。在另一些实施例中，如图5和图6所示为目标偏心锥体管10在其对称平面的剖面图。目标偏心锥体管10在其对称平面上包括如图5中目标偏心锥体管10的左侧壁和其右侧壁，两侧壁的外壁投影线延长后交于一点，并形成夹角，其大小为2α（该角度的一半为α）。包容体可以是包容目标偏心锥体管10的最小体积的包容锥体管20。目标偏心锥体管10的周侧体（图5中的阴影部分）可以是包容锥体管20的部分周侧体（图6中的阴影部分）。包容锥体管20端面可以垂直于目标偏心锥体管10对称平面上目标偏心锥体管10两侧体边线夹角的角平分线；包容锥体管20两端面可以平行。这样可以得到最小体积的包容锥体管20，从而进一步减少坯料制作过程中的尾料，降低制造成本。

步骤S12，在通过锻造工艺加工环坯成型时，可以选用两种生产工艺，一种是对环坯进行外扩的方式来形成最终产品，另一种是通过对环坯进行压缩的方式来形成最终产品。当然在锻造过程中，这两种方式往往是结合进行的。可以通过包容体的端面尺寸、包容体的高度以及目标偏心锥体管10的重量，获得外扩环坯30尺寸。这样便于通过外扩的锻造方式对外扩环坯30进行加工，从而得到无轴向焊缝的目标偏心锥体管10的偏心锥体管，进一步提高偏心锥体管的强度。也可以通过包容体的端面尺寸、包容体的高度、目标偏心锥体管10的侧壁厚δ，可以获得内缩环坯40尺寸。这样便于通过内缩的锻造方式对内缩环坯40进行加工，从而得到无轴向焊缝的目标偏心锥体管10的偏心锥体管，进一步提高偏心锥体管的强度。为了保证加工产品的最终尺寸符合设计要求，在锻造成型后会留有一定的余量，对锻造后的环坯还需要进行余量的去除加工，从而得到正锥体管。在另一些实施例中，包容体可以是包容目标偏心锥体管10的最小体积的包容锥体管20。如图6和图7所示，包容锥体管20包括包容锥管小端面21、包容锥管大端面22及其侧壁体。如图7所示，包容锥管小端面21可以是椭圆形的环状，包容锥体管20小端面最大长度（即长径）可以是Md1，包容锥体管20小端面最小长度（即短径）可以是Md2。包容锥管大端面22也可以是椭圆形的环状，包容锥体管20大端面最大长度（即长径）可以是MD1，包容锥体管20大端面最小长度（即短径）可以是MD2。包容锥管小端面21的环状尺寸和包容锥管大端面22的环状尺寸可以不同。如图5所示，包容锥体管20的高度MH可以由三段组成，即MH=MH1+MH2+MH3。在图5中，可以将目标偏心锥体管10的包容锥管小端面21与其左侧壁的夹角设置为90°（当然也可以是其他角度，为了便于计算在此取为90°），这样可以通过目标偏心锥体管10的高度YH、偏锥管小端面11的外径Yd1、偏锥管大端面12的外径YD1、目标偏心锥体管10的侧壁厚度δ及其几何关系，计算得的MH1、MH2和MH3，从而最终得到MH的值。还可以通过MH和角度α计算得到包容锥体管20的母线长度L。可以取包容锥体管20小端面最大长度（即长径）Md1为外扩环坯30的外径WD，可以取包容锥体管20的高度MH作为外扩环坯30的长度WH，最后以目标偏心锥体管10的重量作为外扩环坯30的重量计算得到外扩环坯30的壁厚。这样可以准确的获得外扩环坯30的外观尺寸，从而减少加工过程中尾料的产生。可以取包容锥体管20大端面最大长度（即长径）MD1为内缩环坯40的外径ND，可以取包容锥体管20的母线长度L作为内缩环坯40的长度NH，以目标偏心锥体管10的侧壁厚δ的（0.85~0.95）倍为内缩环坯40的侧壁厚。这样可以准确的获得内缩环坯40的外观尺寸，从而减少尾料的产生。

步骤S13，可以根据外扩环坯30的尺寸，制作外扩环坯30。然后将外扩环坯30进行外扩锻造可以得到正锥体管。还可以根据内缩环坯40的尺寸，制作内缩环坯40。然后将内缩环坯40进行内缩锻造可以得到正锥体管。正锥体管可以包括两个端面，两个端面相互平行，且两个端面均为圆环状，正锥体管的高度可以大于等于包容锥体管20的高度MH。通过采用环形坯料进行锻造加工，这样可以避免偏心锥体管的轴向焊缝，从而提高偏心锥体管的强度。

步骤S14，可以对锻造得到的正锥体管两端部再进行切割和整圆加工，得到目标偏心锥体管10的偏心锥体管，从而实现环形锻造加工的方式得到偏心锥体管，这样可以避免偏心锥体管的轴向焊缝，并且提高偏心锥体管的强度。在另一些实施例中，如图2所示，步骤S14可以包括步骤S141~步骤S143，以下对各个步骤进行详细说明。步骤S141,可以对正锥体管的小端面进行切割加工，得到加工后的小端面。从正锥体管小端面的外边缘作为起始点倾斜向正锥体管的内侧切割，切割掉的尾料在其对称面上的投影为三角形。如图5所示，在偏心锥体管对称平面上，可以将目标偏心锥体管的小端面投影线与正锥体管右侧体边线的夹角设置为β。加工后小端面投影线与正锥体管侧体边线的夹角大小可以也为角β的值。这样使得正锥体管小端面的倾斜形状接近目标偏心锥体管10小端面的倾斜形状。步骤S142,可以对正锥体管的大端面进行切割加工，得到加工后的大端面。可以使加工后的大端面与加工后的小端面平行，并确保加工后大端面和加工后小端面之间的距离与目标偏心锥体管10的高度相同。这样可以使得切割加工后的正锥体管的整体形状与目标偏心锥体管10的形状相似。步骤S143，由于加工后大端面和加工后小端面的截面为椭圆形的环，需要将椭圆形的环整形为圆形的环（即将椭圆形的孔整形为圆形），并使得整形后圆形孔的直径与目标偏心锥体管10两端面孔的直径对应相同。这样最终得到与目标偏心锥体管10的偏心锥体管，使得其加工难度和承载能力得到优化。在还有一些实施例中，由于一根偏心锥体管的长度较大，可以将其分成多个小的偏心锥体管，最后将多个小的偏心锥体管连接成一体形成长度较大的偏心锥体管，这样也避免了整根偏心锥体管轴向的焊缝。

在一些实施例中，WD≤ Md1，其中，WD为外扩环坯30的外径，Md1为包容锥体管20小端面最大长度。

在本实施例中，可以采用对环坯进行外扩的方式来形成最终产品。这样可以使外扩环坯30的外径尺寸WD小于等于包容锥管小端面21的最大长度Md1（如图7所示）。由于包容锥管小端面21的最大长度Md1包含了目标偏心锥体管10小端面的部分，因此，用于锻造外扩环坯30的外模一端的尺寸为Md1的大小，通过将外扩环坯30的外径WD设置成小于等于Md1，这样便于外扩环坯30放入锻造外模内，从而提高锻造效率。

在一些实施例中，

，其中，WH为外扩环坯30的长度，MH为包容锥体管20的高度，MD1为包容锥体管20大端面最大长度。

在本实施例中，如图7和图8所示，在对外扩环坯30进行外扩锻造过程时，外扩环坯30的长度在加工过程中会逐渐缩短，由于锻造完成后的长度需要大于等于包容锥体管20的高度MH，可以使

，这样避免外扩环坯30锻造后的正锥体管的高度不够，从而无法得到最终的偏心锥体管。通过增加补偿量(MD1-Md1) *(0.6~1)/2，这样既可以避免正锥体管的高度不够的问题，还可以节省材料，降低成本。

在一些实施例中，外扩环坯30一端的壁厚大于等于另一端的壁厚；外扩环坯30的内壁从一端向另一端平滑延伸。

在本实施例中，如图8所示，外扩环坯30一端的壁厚为Wδ1，另一端的壁厚为Wδ2，其中，Wδ1大于等于Wδ2。外扩环坯30的内壁可以从一端向另一端平滑延伸。这样可以将壁厚为Wδ1的一端作为外扩后的大端面，将壁厚为Wδ2的一端作为外扩后的小端面，其中，小端面直径小于大端面直径。由于小端面所需的材料少于大端面的材料量，通过将Wδ1设置成大于等于Wδ2，这样可以减少小端面材料向大端面的移动，从而提高锻造效率。更进一步可以使得Wδ1大于Wδ2，这样锻造效果更佳。

在一些实施例中，ND≤MD1，其中，ND为内缩环坯40的外径，MD1为包容锥体管20大端面最大长度。

在本实施例中，可以采用对环坯进行内缩的方式来形成最终产品。这样可以使内缩环坯40的外径尺寸ND小于等于包容锥管大端面22的最大长度MD1（如图7所示）。由于包容锥管大端面22的最大长度MD1包含了目标偏心锥体管10大端面的部分，因此，用于锻造外扩环坯30的外模一端的尺寸为MD1的大小，通过将内缩环坯40的外径ND设置成小于等于MD1，这样便于内缩环坯40放入锻造外模内，从而提高锻造效率。

在一些实施例中，NH=（0.9~1）*L，其中，NH为内缩环坯40的长度，L为包容锥体管20在目标偏心锥体管10对称平面上的母线长度。

在本实施例中，通过内缩锻造的方式进行加工时，内缩环坯40的长度NH会延伸。通过将内缩环坯40的长度NH设置成包容锥体管20在目标偏心锥体管10对称平面上的母线长度L的（0.9~1）倍，这样可以使得通过内缩环坯40锻造完成后形成正锥体管母线长度大于包容锥体管20的母线长度L。这样便于后续对正锥体管进行加工时留有加工余量。依据材料的延展性，更进一步可以使得NH=（0.9~0.95）*L，这样可以减少后续切割加工的尾料，从而降低生产成本。

在一些实施例中，内缩环坯40一端的壁厚大于等于另一端的壁厚；内缩环坯40的内壁从一端向另一端平滑延伸。

在本实施例中，如图9所示，内缩环坯40一端的壁厚为Nδ1，另一端的壁厚为Nδ2，其中，Nδ1大于等于Nδ2。内缩环坯40的内壁可以从一端向另一端平滑延伸。这样可以将壁厚为Nδ1的一端作为内缩后的大端面，将壁厚为Nδ2的一端作为内缩后的小端面，其中，小端面直径小于大端面直径。由于小端面所需的材料少于大端面的材料量，通过将Nδ1设置成大于等于Nδ2，这样可以减少小端面材料向大端面的移动，从而提高锻造效率。更进一步可以使得Nδ1大于Nδ2，这样锻造效果更佳。

在一些实施例中，Nδ1=(0.9~0.95)*δ，其中，Nδ1为内缩环坯40一端的壁厚；Nδ2=(0.85~0.9)*δ，其中，Nδ2为内缩环坯40另一端的壁厚。

在本实施例中，如图9所示，由于内缩环坯40在内缩锻造过程中，其周侧壁受到挤压内缩，这样会导致其最终成型后的壁厚会相对于内缩环坯40的壁厚会有所增加，因此可以将内缩环坯40的壁厚设置成小于目标偏心锥体管10的壁厚δ，其中，可以将内缩环坯40一端的壁厚Nδ1=(0.9~0.95)*δ，并将其作为锻造后的大端面，可以将内缩环坯40另一端的壁厚Nδ2=(0.85~0.9)*δ，并将其作为锻造后的小端面，这样即可以减少材料的用量，还可以减少小端面材料向大端面的移动，从而提升锻造效率。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本公开的具体案例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本公开的精神和范围。

Claims (4)

1.一种偏心锥体管加工方法，其特征在于，所述偏心锥体加工方法包括：

步骤S11，基于目标偏心锥体管的外观尺寸，获得所述目标偏心锥体管的包容体；

步骤S12，基于所述包容体的小端面最大长度、所述包容体的高度、所述目标偏心锥体管的重量，获得外扩环坯的外径、长度和壁厚；和/或，基于所述包容体的大端面最大长度、所述包容体母线长度、所述目标偏心锥体管的壁厚δ，获得内缩环坯的外径、长度和壁厚；

所述包容体设置为包容所述目标偏心锥体管的最小体积的包容锥体管；所述目标偏心锥体管的周侧体为所述包容锥体管的部分周侧体；所述包容锥体管端面垂直于所述目标偏心锥体管对称平面上所述目标偏心锥体管两侧体边线夹角的角平分线；所述包容锥体管两端面平行；

WD≤ Md1，其中，所述WD为所述外扩环坯的外径，所述Md1为所述包容锥体管小端面最大长度；

，其中，所述WH为所述外扩环坯的长度，所述MH为所述包容锥体管的高度，所述MD1为所述包容锥体管大端面最大长度；和/或，

ND≤MD1，其中，所述ND为所述内缩环坯的外径，所述MD1为所述包容锥体管大端面最大长度；NH=（0.9~1）*L，其中，所述NH为所述内缩环坯的长度，所述L为所述包容锥体管在所述目标偏心锥体管对称平面上的母线长度；

Nδ1=(0.9~0.95)*δ，其中，所述Nδ1为所述内缩环坯一端的壁厚；Nδ2=(0.85~0.9)*δ，其中，所述Nδ2为所述内缩环坯另一端的壁厚；

步骤S13，对外扩环坯或内缩环坯进行锻造及余量加工去除，得到正锥体管；

步骤S14，对所述正锥体管两端部进行切割和整圆加工，得到所述目标偏心锥体管。

2.根据权利要求1所述的一种偏心锥体管加工方法，其特征在于，

所述外扩环坯一端的壁厚大于等于另一端的壁厚；所述外扩环坯的内壁从一端向另一端平滑延伸。

3.根据权利要求1所述的一种偏心锥体管加工方法，其特征在于，

所述内缩环坯一端的壁厚大于等于另一端的壁厚；所述内缩环坯的内壁从一端向另一端平滑延伸。

4.根据权利要求1所述的一种偏心锥体管加工方法，其特征在于，所述步骤S14包括：

步骤S141，对所述正锥体管的小端面进行切割加工，得到加工后小端面；在所述正锥体管小端面切割后的对称平面上，所述加工后小端面投影线与所述正锥体管侧体边线的夹角大小为角β的值；所述β为在所述目标偏心锥体管对称平面上，所述目标偏心锥体管的小端面投影线与所述正锥体管侧体边线的夹角；

步骤S142，对所述正锥体管的大端面进行切割加工，得到加工后大端面；所述加工后大端面与所述加工后小端面平行；所述加工后大端面与所述加工后小端面的距离为所述目标偏心锥体管的高度；

步骤S143，将所述加工后小端面的孔和所述加工后大端面的孔整形为圆形，得到所述目标偏心锥体管。

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