专利名称：厚壁对焊三通挤压成形模具及制造三通工艺的制作方法
技术领域：
本发明是一种大口径厚壁三通的厚壁对焊三通挤压成形模具及制造三通工艺，涉 及用非轧制的方式生产金属管和压制件的制作技术领域。
背景技术：
公知的大口径厚壁三通主要采用热压成形加工而成，国内大直径挤压三通的生产 多数是半经验方式，加工精度差、效率低、成型率不高。现有大直径厚壁三通的加工工艺，主要是将圆形坯管加热至AC3以上保温一段时 间后，出炉压扁；继续加热至AC3以上一定温度，保温一段时间后，在压力机上鼓包；鼓包工 序均需反复重复3次以上，才能够满足三通对主管、支管高度要求；然后，将支管端部开孔， 入炉加热至AC3以上，保温一段时间后，在压力机上拔口，通常拔口工序需要进行2次以上， 才能加工出所需三通毛坯；最后再对三通进行整形、坡口。为保证鼓包时支管具有足够的高 度，坯管下料余量普遍偏大；由于管线钢屈强比较高，需要对坯管进行多次局部淬火，坯管 淬火部分金属流动性变差，造成加工三通底部、腹部、主管和支管壁厚不均勻；金属向支管 一侧流动，受支管侧凹模影响，金属容易在模具肩部形成堆积，主管壁厚沿轴向方向向外流 动，而沿支管轴向，壁厚减小约80 90% ；同时，坯管经多次加热，管线钢组织成分发生变 化，晶粒粗大，机械性能下降；因需要进行多次鼓包、拉拔，很容易造成坯管表面局部损伤， 而且坯管与模具多次重复定位，很容易造成坯管偏心，单侧增厚严重，甚至报废；由于坯管 内部机加工难度较大，拉拔时，金属沿支管方向流动，受模具摩擦力、拉拔头拉力和材料流 动特点影响，一般很难控制三通肩部补强面积，造成国内生产的热压三通补强效果普遍差 于国外，因此，目前多数企业采用增大坯料壁厚的方法来满足工程要求，如此一来，既不经 济，也不合理。总之，目前大口径厚壁三通的加工工艺模具结构存在一定缺陷，造成挤压成 形难度大，工序复杂，操作难度大，存在原材料和能源浪费，效率低、成品率差、成本高。
发明内容
本发明的目的在于发明一种鼓包、拉拔工序少、三通局部补强效果好、成形质量高 的厚壁对焊三通挤压成形模具及制造三通工艺。本厚壁对焊三通挤压成形所用的成形模具有毛坯锥形模具和毛坯三通拉拔模具。毛坯锥形模具如图5、图6所示，主要由上凹模4和锥形凹模5等组成，上凹模4和 锥形凹模5上下相对，上凹模4为上平下凸的矩形板，其两端有固定孔；锥形凹模5为上凸 下平且中部有通孔的矩形板，上凸部分两轴向向通孔口倾斜，通孔的两外口均有倒角，成慢 过渡，锥形凹模5两端有固定孔；上凹模4由固定螺栓7、锥形凹模5由固定螺钉6分别固定 在压力机机座上；上凹模4和锥形凹模5两端坡面A底部水平夹角为α，锥形凹模5挤压面 具有一定的角度和弧度，其承压面B底部水平夹角为3，竖直圆孔侧面C垂直夹角为Y，竖 直圆孔端部D面锥形角为θ角。毛坯锥形模具各角度分别为α 5° 15° ；3 5° 15° ； θ 100° 120° ； y ^ 5° 10°。
将毛坯锥形模具装入压力机，用固定螺钉6、固定螺栓7将上凹模4和锥形凹模5 固定在压力机机座上，两者距离比毛坯扁管1高出100 200mm，在锥形凹模5上刷涂润滑 剂。毛坯扁管1加热至960°C 士 10°C保温30min以上，将其放入装配好的模具，装配好 后，起动压力机，上凹模4下压，重复毛坯扁管鼓形工序，直至将毛坯扁管压1制成所需高度 的毛坯锥形管2。根据需要，毛坯锥形管2支管高度应留出一定加工余量。毛坯三通拉拔模具如图7、图8所示，主要由校形上模8、校形凹模9、拉拔头10和 丁字形拉拔杆12等组成，其特征在于校形上模8和校形凹模9上下相对，校形上模8为上 平下凸的矩形板，其两端有固定孔；校形凹模9为上凸下平且中部有通孔的矩形板，通孔的 上口有倒角，成慢过渡，锥形凹模5两端有固定孔；校形上模8和校形凹模9分别由固定螺 栓7和固定螺钉6固定在压力机机座上。校形凹模9挤压面具有一定的角度和弧度，校形 上模8端部坡面E水平夹角与校形凹模9端部坡面F水平夹角同为α，承压面G底部水平 方向无坡面，竖直圆孔侧面H垂直方向无坡面，毛坯三通拉拔模具角度α 5° 15°。其中拉拔头10的结构如图9、10所示，图9为拉拔头俯视图，图10为拉拔头俯视图E-E 向剖视图；拉拔头10的外形成无脚的“鼎”状，其中部竖直方向设有矩形的滑槽13通槽，在 顶部滑槽13两边各有一并列的一字槽14 ；拉拔头10上两边各装有一支耳11，支耳11用于 拉拔头10的吊装搬运，扁形滑槽13供丁字形拉拔杆12通过拉拔头10，转动丁字形拉拔杆 12，使之卡装在一字槽14中，丁字形拉拔杆12为扁平丁字形；丁字形拉拔杆12为扁平丁字形；其竖杆为矩形柱，柱的横截面与滑槽13的横截面 形状相吻合。将毛坯三通拉拔模具装入压力机，用固定螺钉6、固定螺栓7将校形上模8、校形凹 模9固定在压力机机座上，两者距离比毛坯锥形管2高出100 200mm，在校形凹模9上刷 涂润滑剂。拉拔头10由开孔后的毛坯锥形管2 —侧，用吊运杆深入支耳11平行送至毛坯锥 形管2中部，放下拉拔头10并抽出吊运杆，丁字形拉拔杆12沿扁形滑槽13送进拉拔头10， 转动丁字形拉拔杆12并使之准确卡装在一字槽14中。装配好后，起动压力机下压，校形上模8随之开始下行，与此同时，牵引丁字形拉 拔杆12、校形上模8和丁字形拉拔杆12运动速度保持适当均衡，拉拔头10受丁字形拉拔杆 12的牵引力下行，校形上模8和校形凹模9合模后，拉拔头10随之将毛坯锥形管2拔制成 毛坯三通管3。本发明制造三通工艺的技术方案是它按照如下工序进行1)毛坯扁管1鼓形将毛坯扁管1在毛坯锥形模具上压制成毛坯锥形管2 ；2)毛坯锥形管2拔制将毛坯锥形管2开孔后，在毛坯三通拉拔模具上校形，拔制 成毛坯三通管；3)加工整形用支撑将毛坯三通管校圆，去除端部余料，并坡口，表面喷砂，去除氧化皮。具体如图I-图3所示，是1)将毛坯锥形模具装入压力机，毛坯扁管1加热至AC3以上50°C 100°C保温30min以上，将其放入模具，分三次将毛坯扁管压制成所需高度的毛坯锥形管2，并留出一 定加工余量；2)将毛坯三通拉拔模具装入压力机，毛坯锥形管2开孔后，加热至AC3以上50°C 100°C保温30min以上，将其放入模具，将拉拔头10由一侧送入毛坯锥形管2，丁字形拉拔杆 12由拉拔头10底部送入并拉拔，将毛坯锥形管2拔制成毛坯三通管3 ；3)用支撑将毛坯三通管3校圆，去除端部余料，并坡口，表面喷砂，去除氧化皮。本发明解决了大口径厚壁对焊三通热压成形时，高强度管线钢金属流动性差，模 具设计不合理，坯管变形不协调，挤压成形难度大，工序较多，操作难度大，原材料和能源浪 费较为严重，效率低、成品率差、成本高的加工难题。采用本方法加工大口径厚壁三通，鼓 包、拉拔工序少、三通局部补强效果好、主管和支管壁厚较均勻，成形质量高，生产效率、产 品合格率均有较大程度提高。
图1毛坯扁管主视2毛坯扁管左视图剖视3毛坯锥形管主视4毛坯三通管主视5毛坯锥形模具A-A向结构剖视6毛坯锥形模具B-B向结构剖视7毛坯三通拉拔模具C-C向结构剖视8毛坯三通拉拔模具D-D向结构剖视9拉拔头俯视10拉拔头俯视图E-E向剖视图其中1-毛坯扁管 2-毛坯锥形管3-毛坯三通管 4-上凹模5-锥形凹模 6-固定螺钉7-固定螺栓 8-校形上模9-校形凹模 10-拉拔头11-支耳 12-丁字形拉拔杆13-滑槽 14-一字槽
具体实施例方式实施例.下面结合附图进一步说明本发明。如图1、2、3、4所示的厚壁对焊三通挤压成形制造工艺及成形模具的毛坯扁管结 构图、毛坯锥形管结构正视图和毛坯三通管结构正视图，毛坯锥形模具如图5和图6所示， 毛坯三通拉拔模具如图7、8、9、10所示。毛坯锥形模具主要由上凹模4和锥形凹模5等组成，上凹模4和锥形凹模5上下 相对，上凹模4为上平下凸的矩形板，其两端有固定孔；锥形凹模5为上凸下平且中部有通 孔的矩形板，上凸部分两轴向向通孔口倾斜，通孔的两外口均有倒角，成慢过渡，锥形凹模55两端有固定孔；上凹模4由固定螺栓7、锥形凹模5由固定螺钉6分别固定在压力机机座上； 上凹模4和锥形凹模5两端坡面A底部水平夹角为α，锥形凹模5挤压面具有一定的角度 和弧度，其承压面B底部水平夹角为β，竖直圆孔侧面C垂直夹角为Y，竖直圆孔端部D面 锥形角为θ角。毛坯三通拉拔模具主要由校形上模8、校形凹模9、拉拔头10和丁字形拉拔杆12 等组成，其特征在于校形上模8和校形凹模9上下相对，校形上模8为上平下凸的矩形板， 其两端有固定孔；校形凹模9为上凸下平且中部有通孔的矩形板，通孔的上口有倒角，成慢 过渡，锥形凹模5两端有固定孔；校形上模8和校形凹模9分别由固定螺栓7和固定螺钉6 固定在压力机机座上。校形凹模9挤压面具有一定的角度和弧度，校形上模8端部坡面E 水平夹角与校形凹模9端部坡面F水平夹角同为α，承压面G底部水平方向无坡面，竖直圆 孔侧面H垂直方向无坡面。其中拉拔头10的结构如图9、10所示，图9为拉拔头俯视图，图10为拉拔头俯视图E-E 向剖视图；拉拔头10的外形成无脚的“鼎”状，其中部竖直方向设有矩形的滑槽13通槽，在 顶部滑槽13两边各有一并列的一字槽14 ；拉拔头10上两边各装有一支耳11，支耳11用于 拉拔头10的吊装搬运，扁形滑槽13供丁字形拉拔杆12通过拉拔头10，转动丁字形拉拔杆 12，使之卡装在一字槽14中，丁字形拉拔杆12为扁平丁字形；丁字形拉拔杆12的竖杆为矩形柱，柱的横截面与滑槽13的横截面形状相吻合。本例中，三通材料WPHY70 ；三通尺寸Φ 1067X42mm ；坯管尺寸 Φ 1300X40X 1600mm ；毛坯扁管1高度1067mm ；毛坯三通管3最大增厚彡52mm ；毛坯锥形模具规格Φ 1087 X 40mm ；上凹模4、锥形凹模5外观尺寸 1750X1400X850mm ；毛坯三通拉拔模具规格Φ1087Χ40πιπι;校形上模8、校形凹模9外观尺寸 1750X1400X850mm。本厚壁对焊三通挤压成形制造工艺如下1)毛坯扁管1鼓形将毛坯锥形模具装入压力机，毛坯扁管1加热至960°C°C保温30min以上，将其放 入模具，分三次将毛坯扁管压制成所需高度的毛坯锥形管2，并留出一定加工余量，毛坯锥 形模具各角度分别为= 10° ；β =10° ； θ =100° ； Y =8° ；2)毛坯锥形管拔制将毛坯三通拉拔模具装入压力机，毛坯锥形管2开孔后，加热至960°C°C保温 30min以上，将其放入模具，将拉拔头8由一侧送入毛坯锥形管2，丁字形拉拔杆7由拉拔头 8底部送入并拉拔，将毛坯锥形管拔制成毛坯三通管3，毛坯三通拉拔模具角度α = 10°。3)加工整形用支撑将毛坯三通管3校圆，去除端部余料，并坡口，表面喷砂，去除氧化皮。用本例的两模具及制造工艺生产的厚壁对焊挤压成形三通，鼓包、拉拔工序少，三 通局部补强效果好，成形质量高。
权利要求
1.一种大口径厚壁三通的厚壁对焊三通挤压成形模具，其特征是它有毛坯锥形模具和 毛坯三通拉拔模具；毛坯锥形模具主要由上凹模(4)和锥形凹模( 组成，上凹模(4)和锥形凹模(5)上 下相对，上凹模(4)为上平下凸的矩形板，其两端有固定孔；锥形凹模(5)为上凸下平且中 部有通孔的矩形板，上凸部分两轴向向通孔口倾斜，通孔的两外口均有倒角，成慢过渡，锥 形凹模(5)两端有固定孔；上凹模由固定螺栓(7)、锥形凹模(5)由固定螺钉(6)分别 固定在压力机机座上；毛坯三通拉拔模具主要由校形上模(8)、校形凹模(9)、拉拔头(10)和丁字形拉拔杆(12)组成，校形上模(8)和校形凹模(9)上下相对，校形上模(8)为上平下凸的矩形板，其 两端有固定孔；校形凹模(9)为上凸下平且中部有通孔的矩形板，通孔的上口有倒角，成慢 过渡，锥形凹模( 两端有固定孔；校形上模(8)和校形凹模(9)分别由固定螺栓(7)和 固定螺钉(6)固定在压力机机座上；校形凹模(9)挤压面具有一定的角度和弧度，校形上模 (8)端部坡面E水平夹角与校形凹模(9)端部坡面F水平夹角同为α，承压面G底部水平 方向无坡面，竖直圆孔侧面H垂直方向无坡面。
2.根据权利要求1所述的厚壁三通的厚壁对焊三通挤压成形模具，其特征是毛坯锥形 模具的上凹模(4)和锥形凹模( 两端坡面A底部水平夹角α 5° 15° ；锥形凹模 (5)挤压面具有一定的角度和弧度，其承压面B底部水平夹角β 5° 15° ；竖直圆孔 侧面C垂直夹角γ 5° 10° ；竖直圆孔端部D面锥形角θ ^ 100° 120°。
3.根据权利要求1所述的厚壁三通的厚壁对焊三通挤压成形模具，其特征是校形上模 (8)端部坡面E水平夹角与校形凹模(9)端部坡面F水平夹角α 5° 15°。
4.根据权利要求1所述的厚壁三通的厚壁对焊三通挤压成形模具，其特征是所述拉拔 头(10)的外形成无脚的“鼎”状，其中部竖直方向设有矩形的滑槽(1 通槽，在顶部滑槽(13)两边各有一并列的一字槽(14)；拉拔头(10)上两边各装有一支耳(11)，丁字形拉拔 杆(1 为扁平丁字形。
5.一种如权利要求1所述成形模具的厚壁三通的厚壁对焊三通挤压成形制造三通工 艺，其特征是它按照如下工序进行1)毛坯扁管(1)鼓形将毛坯扁管(1)在毛坯锥形模具上压制成毛坯锥形管O)；2)毛坯锥形管( 拔制将毛坯锥形管( 开孔后，在毛坯三通拉拔模具上校形，拔制 成毛坯三通管；3)加工整形用支撑将毛坯三通管校圆，去除端部余料，并坡口，表面喷砂，去除氧化皮。
6.根据权利要求1所述的厚壁对焊三通挤压成形制造三通工艺，其特征是所述毛坯扁 管(1)鼓形是将毛坯锥形模具装入压力机，毛坯扁管(1)加热至AC3以上50°C 100°C保 温30min以上，将其放入模具，分三次将毛坯扁管压制成所需高度的毛坯锥形管O)，并留出一定加工余量。
7.根据权利要求1所述的厚壁对焊三通挤压成形制造三通工艺，其特征是所述毛坯锥 形管( 拔制将毛坯三通拉拔模具装入压力机，毛坯锥形管O)开孔后，加热至AC3以上 50°C 100°C保温30min以上，将其放入模具，将拉拔头(10)由一侧送入毛坯锥形管位)，丁 字形拉拔杆(12)由拉拔头(10)底部送入并拉拔，将毛坯锥形管(2)拔制成毛坯三通管(3)。
全文摘要
本发明是一种大口径厚壁三通的厚壁对焊三通挤压成形模具及制造三通工艺，涉及用非轧制的方式生产金属管和压制件的制作技术领域。它有毛坯锥形模具和毛坯三通拉拔模具。其制造工艺为1)毛坯扁管(1)鼓形将毛坯扁管(1)在毛坯锥形模具上压制成毛坯锥形管(2)；2)毛坯锥形管(2)拔制将毛坯锥形管(2)开孔后，在毛坯三通拉拔模具上校形，拔制成毛坯三通管；3)加工整形用支撑将毛坯三通管校圆，去除端部余料，并坡口，表面喷砂，去除氧化皮。本发明鼓包、拉拔工序少，三通局部补强效果好，成形质量高。
文档编号B21D37/12GK102039345SQ200910180518
公开日2011年5月4日 申请日期2009年10月19日 优先权日2009年10月19日
发明者冯斌, 刘宇, 刘金生, 岳莎莎, 李玉卓, 祝鹏, 袁欣然, 郭晓疆, 魏秦文 申请人:中国石油天然气管道局, 中国石油天然气集团公司