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某型号产品中的贮油缸筒体,该零件具有以下特点:
①体是由51mm×3mm钢管经旋压封口而成;②在简体壁多处局部由塑性胀形加工而成的向外凸包或扩径段,凸包或扩径段构成缸筒,局部外径尺寸公差为1T10或IT12。因此,该简体的胀形加工属超长径比厚壁钢管的精密胀形。
工艺分析
(1)该零件长度较大,成形部位分布在简体的不同部位,成形部位的位置尺寸又受到旋压封口的影响,如果在封口后胀形,将会造成局部胀形部位位置尺寸不准,而且模具设计困难。
(2)该零件成形部分的形状尺寸差别较大。既有整体成形,又有局部成形,而且,局部成形部分尺寸差别较大,如果一次成形出所有成形部分,必然会造成模具设计的困难和加工的困难,而且成功的把握性很小。
(3)该零件属超长径比厚壁钢管,所需成形力较大。在金属塑性加工中,该零件的成形适合胀形工艺。胀形工艺一般可分为刚性胀形与软凸模胀形刚性胀形适用胀形力较大,但模具结构复杂,且受模具结构与强度设计的限制,一般适用于零件长径比较小及相对料厚较溥的零件成形,而该零件长径比较大,属细长零件,若采用该方法,模具的强度和刚性都难以保证。软凸模胀形适合长径比较大的零件,其模具结枃较简单,但受软凸模材料性能的限制,一般只适用成形力较小的薄壁件的胀形加工。由于该简体材质为钢材,厚度较大,所需胀形力较大,所以采用软凸模胀形也无法达到该零件成形的需要,因此,该零件的成形具有较大的难度。
胀形工艺及模具结构
根据以上分析,要使该零件成形部分的位置准确,且不受封口部分的影响,那么零件的成形工艺应放在旋压封口之前进行,以成形的位置尺寸确定旋压尺寸,这样同时可避免成形力对旋压部分形状的影响.
近年来我国钢结构工程建设迅速发展,其中大跨度和空间钢结构等也得到了广泛应用,此类结构的用材特点是大量应用圆管管材,而且随着跨度、荷载的加大,要求更大的直径与壁厚,有时还需要更小的径厚比。如新首都机场大量采用大直径锥形、梭形厚壁管柱,主要规格为D3083×60、D2850X55与D1850X50(图1);新广州电视塔立柱钢管为D2000X50(40),并以很小斜率沿长度方向变径;北京电视塔圆管柱为D1200X60,其径厚比为18;原五棵松体育文化中心方案曾要求采用D1000X100的厚壁无缝钢管,其径厚比仅为8,世界上只有极少数厂家可生产．
厚壁钢管的类别与特点
(1)关于管材的壁厚分类尚无明确统一的标准,若按《冷弯薄壁型钢结枃技术规范》、《钢结构设计规范》规定,圆管(冷加工成型)的厚度不宜大于25mm。故钢结构用管材的壁厚类别可大致可分为:薄壁管一一壁厚＜6mm;中等壁厚管壁厚=8mm~28m;厚壁管一一厚壁t≥30mm。关于圆管的径厚比要求,按局部稳定条件,壁厚不应过小,规范规定相应径厚比限值应不大于而按冷加工(卷制、压制)条件为防止过大性变形与残余应力,壁厚又不应过大,其相应径厚比不宜小于20(按内径计算)。
(2)厚壁管按加工方法可分为以下四类
①热扩无缝钢管一一将已轧制成的厚壁无缝钢管
加热后再次挤压、扩张并拉伸成型, 规格为D720X40(径厚比D/t=16),因为热扩成型,除有冷却过程中的残余应力外,并无小径厚比的冷加工变形和残余应力。但因热扩中温度、速度的不均匀性其壁厚公差可达土25%。一般不适用于钢结构。
②热卷成型管将钢板
均匀加热到900~1000℃后,在卷管机上卷制成型,一般需经二次加热与二次卷制,其性能优于冷卷成型管,且可不受径厚比的限制,但加工成本高、效率低,主要用于锅炉、压力容器工程
27SiMn(化学成份(国标):C:0.24-0.32;Mn:1.1-1.4;Si:1.1-1.4;S:≤0.035:P:≤0.035)厚壁钢管(壁厚范围28mm~60m)被广泛用于煤矿液压支架大立柱缸体,有的缸筒长达2000m,其中一段长200m缸筒的外圆直径要从Φ380m增至Φ398m,常规工艺选择用中408m钢管加工,这种方法切削量太大,不仅造成材料的浪费,并且生产周期长。如果采用平常的堆焊方法,当堆焊层金属出现气孔、裂纹、夹渣等缺陷时,就会造成渗漏、密封件挂伤,严重时将出现堆焊层剥落现象,还会出现缸柱间互相窜液、立柱油缸液压力升不上去影响使用的情况。
本发明的目的在于提供一种加工质量和效率高的27SiMn厚壁钢管的堆焊方法
为实现上述目的,本发明可采取下述技术方案:
本发明所述的27SiMn厚壁钢管的堆焊方法,它包括下述加工步骤:
将需堆焊部位粗加工至见金属光泽后,预热140-160℃,控制层间温度在150-200C,用80%Ar+20X00保护气体、采用SLD60焊丝分层堆焊至要求的厚度后,冷却至100℃,再整体加热至900-940℃,保温2小时后出炉淬水至室温:在整体装炉升温至540℃,保温4小时,冷却至室温即可。
所述SLD60焊丝的组分为C:0.05;Mn:1.29:Si:0.76:Mo:0.34:Ti 0.11;S:0.01;P:0.02:所述焊丝的直径为Φ1.6。
本发明的优点在于堆焊前预热,采用80%Ar+20%C0,保护气体,焊接材料用SLD-601.6,按照上述加工方法进行堆焊,焊后热处理,这样不仅工艺方法经济合理,堆焊层与母材之间的熔透质量高、堆焊层金属无气孔、裂纹、夹渣等缺陷,达到满足液压支架缸筒的设计强度及尺寸要求;由于液压支架的生产批量大,且每根缸筒的堆焊层厚达9m,采用本堆焊方法,不仅可以节约材料,又可以提高生产效率。
具体实施方式
本发明所述的27SiMn厚壁钢管的堆焊方法,它包括下述加工步骤:
将需堆焊部位粗加工至见金属光泽,除去表面的油、垢等污物,预热150℃控制层间温度在150-200℃,用远红外测温仪监测温度;用80%Ar+20XC02保护气体、采用SLD-60中1.6焊丝,焊丝的重量组份分为:0.05:Mn:1.29:Si:0.76Mo:0.34:Ti:0.11;S:0.01;P:0.02:选用单枪环缝气体保护自动焊机(电流420A,电压40V,焊速600m/min),分层堆焊至要求的厚度后,冷却至100℃,再整体加热至900-940℃,保温2小时后出炉淬水至室温;在整体装炉升温至540
C,保温4小时随炉缓冷至300℃出炉,冷却至室温即可
如何制造高强度、高韧性的厚壁无缝钢管一直是治金工作者感兴趣的重要课题。近年来,随着治炼和无缝管穿轧技术的进步,对生产≤160mm,0,≥120kgf/mm20,≥140kgf/mm2,-40℃V形缺口试样a≥2kgf·m/cm2的厚壁无缝管,已有较成功经验,并用于兵工生产,但是制造18C~500的大口径厚壁管一直是工艺上的难题。
多年来,制造厚壁管的主要工艺路线是采用电炉(或电渣)钢锭锻造后再机械锆孔的工艺。这种工艺的主要缺点是材料消耗高,钢材利用率低,钢坯的30~40%变为切屑,特别是高强度、大截面部件,往往由于锻压比小,不能充分破坏钢锭心部的柱状晶,使锻坯的断面收缩率和冲击韧性都较低。增大钢锭直径,虽然可以增加锻压比,但是直径増加往往会导致钢锭的元素偏析增加,此举往往不能提高断面收缩率和κ值电渣熔工艺生产的空心管,虽然可以生产高冲击值的管,但是由于铸管上的横列结晶断口难以,妨碍了它的广泛应用。
为了制取高强度、高韧性的厚壁无缝管,我们结合30Cr2Ni2MoVA钢管的研制,进行了一些工艺试验。这些工艺是:1.电渣钢锭十锻造制坯十机加钻孔;2.电渣钢锭十锻造制坯十水压机热挤压成管;3,电渣钢锭十“皮尔格”轧机锻轧无缝管。现将这三种工艺生产管材的性能总结如下。适量的磨削加工,使表面耐久性能得到显著提高的主要原因,是由于充分发挥了残留奥氏体的有利作用;渗层接触疲劳性能随表层残留奥氏体量的增多而增高,其含量达60%左右时,具有 的接触疲劳性能。
3.共渗层中的残留奥氏体在循环应力作用下,均发生马氏体相变。在同一种热处理状态下,残留奥氏体的转变速率越低,其疲劳寿命越高。
4.冷处理虽然能提高共渗层的表面硬度,但是,由于残留奥氏体的有利影响被削弱而使其表面耐久性能降低。
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