本發(fā)明屬于難變形合金鋼大口徑厚壁無(wú)縫鋼管熱擠壓加工成形設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體涉及一種大口徑厚壁管熱擠壓成形過(guò)程中凹模錐角及鑄坯尺寸的確定方法。

背景技術(shù)：

高合金鋼、特種合金鋼和難變形合金鋼材料的大口徑厚壁無(wú)縫管是火電、核電、石油化工等行業(yè)的關(guān)鍵零件。隨著我國(guó)大型超臨界火電機(jī)組、核電機(jī)組、石油化工、航空航天、船舶、高鐵和軍工等行業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)大口徑厚壁無(wú)縫管的需求日益增加，性能要求也日益嚴(yán)苛。專(zhuān)利號(hào)：ZL201310025737.4，專(zhuān)利名稱(chēng)“一種厚壁無(wú)縫鋼管短流程鑄擠連續(xù)成形的方法”采用高溫脫?？招蔫T坯直接進(jìn)行擠壓生產(chǎn)，其生產(chǎn)流程為：合金熔化—鋼液精煉—冒口澆鑄環(huán)坯—熱擠壓—熱處理—精密整形步驟，該技術(shù)流程節(jié)約了能源，節(jié)省了設(shè)備投資，提高了材料利用率和生產(chǎn)效率。在熱擠壓階段，擠壓凹模錐角的確定是依據(jù)工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)；鑄坯尺寸的確定是依據(jù)金屬變形過(guò)程中體積不變?cè)?，根?jù)擠壓成品的體積計(jì)算得出鑄坯尺寸。按照上述方法所得凹模錐角，在擠壓變形過(guò)程的中“死區(qū)”無(wú)法控制，會(huì)產(chǎn)生擠壓縮尾，影響金屬流動(dòng)，使得成品管的力學(xué)性能和組織分布不均；同時(shí)，在確定鑄坯尺寸時(shí)則因忽略擠壓過(guò)程凹模錐角區(qū)、成品管精整及表面處理時(shí)切掉的金屬體積，導(dǎo)致按照現(xiàn)有方法計(jì)算所得鑄坯在加工后，成品管尺寸達(dá)不到尺寸要求，造成了材料的浪費(fèi)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種大口徑厚壁管熱擠壓凹模錐角及鑄坯尺寸確定方法，可以有效解決現(xiàn)有技術(shù)在鑄坯尺寸確定上存在的缺陷。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，其特征是按照如下步驟設(shè)計(jì)：

(1)如圖1所示，根據(jù)大口徑厚壁管熱擠壓的擠壓比λ確定凹模錐角α大小，即：

$\mathrm{\α}=-163\exp (-\frac{\mathrm{\λ}}{1.35})+77.98---\left(1\right)$

(2)因?yàn)樵跓釘D壓過(guò)程中，成品管和鑄坯內(nèi)徑尺寸一致，所以根據(jù)擠壓比λ確定鑄坯壁厚b的尺寸，即：

$b=\sqrt{\mathrm{\λ}(B^2+2{\mathrm{Br}}_0)+r_0^2}-r_0---\left(2\right)$

式中，B為大口徑厚壁管成品的壁厚；2r₀為大口徑厚壁管成品的內(nèi)徑。

(3)如圖2所示，根據(jù)大口徑厚壁管成品的尺寸：內(nèi)徑為2r₀，壁厚為B，長(zhǎng)度為H，擠壓比為λ、凹模錐角α及鑄坯壁厚b，確定鑄坯長(zhǎng)度h，即：

本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)及積極效果為：利用本發(fā)明的設(shè)計(jì)方法，可以利用擠壓比λ快速推導(dǎo)出無(wú)死區(qū)最佳凹模錐角大小，提高擠壓成品管性能和質(zhì)量；利用擠壓比和成品管的壁厚確定鑄坯壁厚，利用擠壓成品管的尺寸、擠壓比和凹模錐角大小確定鑄坯高度，提高了設(shè)計(jì)效率，為鑄坯尺寸的設(shè)計(jì)提供嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦碚撘罁?jù)。本發(fā)明的設(shè)計(jì)方法不僅為大口徑厚壁管鑄坯設(shè)計(jì)提供了最優(yōu)節(jié)材方案，也為成品性能的改善和提高提供了基礎(chǔ)。

附圖說(shuō)明

圖1為凹模錐角α示意圖。

圖2為大口徑厚壁成品管結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為大口徑厚壁管鑄坯結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1—芯棒；2—凹模；α—凹模錐角；B—大口徑厚壁成品管壁厚；2r₀—大口徑厚壁成品管內(nèi)徑；H—大口徑厚壁成品管長(zhǎng)度；b—鑄坯壁厚；h—鑄坯長(zhǎng)度。

具體實(shí)施方式

如圖1、2及3所示，已知成品管尺寸為：內(nèi)徑2r₀＝520mm、壁厚B＝100mm、長(zhǎng)度H＝12000mm，熱擠壓工藝中擠壓比λ＝9。

①按照公式(1)確定凹模錐角α：

$\mathrm{\α}=-163\exp (-\frac{\mathrm{\λ}}{1.35})+77.98---\left(1\right)$

把λ＝9代入上式(1)，計(jì)算得α＝77.8°。

②按照公式(2)確定鑄坯壁厚b：

$b=\sqrt{\mathrm{\λ}(B^2+2{\mathrm{Br}}_0)+r_0^2}-r_0---\left(2\right)$

把λ＝9、r₀＝260mm、B＝100mm代入公式(2)，計(jì)算得b＝531mm

③按照公式(3)確定鑄坯高度h：

把tanα＝-0.964、B＝100mm、H＝12000mm、r₀＝260mm、b＝531mm代入(3)，計(jì)算得h＝1040mm。

最終確定凹模錐角α＝77.8°，鑄坯的內(nèi)徑2r₀＝520mm、鑄坯壁厚b＝531mm、鑄坯度長(zhǎng)h＝1040mm。