[發明專利]智能塑性成形工藝方法及其所用的智能塑性成形設備

有效

• 申請號: 201410475274.6
• 申請日: 2014-09-17
• 公開（公告）號: CN105478641B
• 公開（公告）日: 2018-02-16
• 發明（設計）人: 顏永年;張定軍;荊紅;陳振東;黃曉峰
• 申請（專利權）人: 昆山永年先進制造技術有限公司
• 主分類號: B21J5/00
• 分類號: B21J5/00;B21J9/02
• 代理公司: 昆山四方專利事務所32212
• 代理人: 盛建德

技術領域

本發明涉及一種金屬成形工藝及其所用的成型設備，特別涉及一種智能塑性成形工藝方法及其所用的智能塑性成形設備。

背景技術

任何大規模能量轉換，均需高可靠性、大型和超大型壓力容器，如核電、火電；海洋油氣儲、運系統中的超大型壓力容器；導彈、火箭的鈦合金壓力殼體；潛艇高壓艙壁、魚雷發射管和各種導彈射發射裝置以及大、中、小天然氣氣瓶等等都是重要的壓力殼殼體部件，不勝枚舉。殼體(或稱壓力殼)，是指壁厚與半徑之比小于10％的，承受內、外壓的非鑄、限焊(允許少量焊縫)的大型鍛造結構件，其制造能力是國家科技、經濟和國防實力和水平的標志，世界各工業強國無不重視發展殼體成形的高、新技術。面臨超大型殼體在可靠性和生產效率方面的強勁需求，傳統成形制造技術，越來越顯得力不從心。中、小型殼體的成形，材料浪費嚴重。超大型殼體如果允許焊接，則制造的困難就談不上了，然而各種觸目驚心的大量的(如美國三厘島、前蘇聯切爾諾貝尼、以及日本福島)核工程事故，促使世界工程界對大型殼體成形是否限制焊接的問題重新思考，必需嚴格限制各種焊縫最終成為共識，大量限焊的一體化成形國際標準相繼出臺。如美國西屋公司AP1000、我國CAP1000/CAP1400、法國EPR核鍋爐標準。大型、超大型壓力殼，大量限焊的一體化成形國際和國家標準，引發了成形制造的難題。與核電結構件類似，潛艇、導彈等軍工產品，海工、石油等領域的各種超大型殼體，均存在相同的成形制造難題。

進入21世紀，隨著環境污染問題，促使核電在我國能源結構中地位的進一部上升，國際形勢促使軍工和海工對大型、超大型壓力殼的需求與生產能力之矛盾日益嚴峻。傳統自由鍛核電鍛造工藝，由于鍛造精度低，形成很大加工余量；成形能力差，大量的結構無法成形，需靠“敷料”來簡化鍛件，因而增加了鍛件重量；更為重要的是，為保正“鍛透”，保證各種自由鍛工藝規范的執行，必件采用數倍于鍛件重量的鋼錠，材料浪費十分嚴重(鍛件重量與所需鋼錠單重之比很小，均小于30％，見下表，表中數據由中廣核和上重提供)：

可見傳統的重型自由鍛因精度不夠、材料浪費嚴重、制造周期太長、產品率低而對于大型和超大型殼體的成形制造困難重重；模鍛精度好可以滿足要求，但無法完成大型鍛件，又需設計制造模具，成本過高，難以實現單件、小批制造。

我們的時代已在強烈呼喚新的塑性成形工藝和設備：全世界都需要一種既能像自由鍛那樣高柔性(無需專用模具)的重型鍛造(數十噸至上百噸鍛造鍛件)；又能節能、節耗低成本地達到模鍛和擠壓的精度和效率。本專利正是針對大型和超大型殼體成形制造的世界性難題，提出一種智能成形技術方法，無需模具、節材、節能、高效、環境友好地完成殼體成形，以促進我國各涉殼行業和部門之發展。

發明內容

為了彌補以上不足，本發明提供了一種智能塑性成形工藝方法及其所用的智能塑性成形設備，它是將塑性成形技術與人工智能技術的技術集成形成的創新的成形方法，它摒棄模鍛以型腔控制和保證鍛件的結構和精度的傳統方法，而在人工智能的幫助下，通過改變施力特征，從而控制金屬的流向，完成鍛造成形，本工藝能夠完成結構復雜、精度要求高的大型和超大型殼體，其成型效率高，成本低，材料利用率高，節能環保。

本發明為了解決其技術問題所采用的技術方案是：一種智能塑性成形工藝方法，具體步驟如下：

步驟一：對鍛件進行三維建模并采用有限元分析軟件對模型進行塑性變形的數字模擬；

步驟二：根據模擬結果采用具有機器學習功能的自動程序設計系統完成對該鍛件成形工步的分析和編程；

步驟三：鋼錠加熱；

步驟四：閉式鐓粗：將加熱后的鋼錠放入鐓粗筒內，在智能塑性成形液壓機上對鋼錠進行閉式鐓粗形成毛坯；

步驟五：智能塑性成形：將毛坯定位在支撐裝置上，智能塑性成形液壓機啟動進而帶動智能壓頭上的搟具擠壓毛坯進行塑性鍛造成形，在鍛造過程中，傳感系統直接或間接實時反饋毛坯溫度、搟具擠壓力大小和毛坯金屬流動位移數據給由自動程序設計系統形成的控制系統，控制系統根據傳感系統反饋的數據控制智能塑性成形液壓機施力，同時控制機械手帶動智能壓頭繞軸線轉動來改變搟具的施力特征，所述施力特征包括搟具壓入高溫金屬毛坯形成的分布作用力的分布形態、大小總值、施加方位和搟具的鍥入角，其中搟具的鍥入角為搟具的擠壓面與毛坯表面形成的夾角。

作為發明的進一步改進，所述鍛件為一火或數火鍛造成形。