高颈法兰盘轧制成型的试验研究

高颈法兰盘轧制成型的试验研究周存龙，姚开云，孙斌煜摘要：介绍了一种高颈法兰盘的轧制成型情况。通过几种法兰毛坯的试验轧制，得出了该种法兰盘虽难以轧制成型，但对铸造成型与轧制成型相结合以提高法兰盘质量提供了有力的依据。该方法可以做为高颈法兰盘制造新工艺的一种参考。关键词：联接件；法兰；轧制；研究引言法兰盘做为管道联接件，应用极广。它的制作一般采用铸造成型或锻制冲孔而成。铸造法兰盘内部组织疏松、不均匀，强度、质量难以得到保证；锻制成型则耗材多、能耗大、成本高，且盘、颈交接处易产生应力集中而影响强度，轧制成型则可避免上述问题。因为轧件的纤维呈周向连续分布，金属晶粒排列严密整齐、成型快、能耗小、省材料、表面质量好、成型质量高等，诸多优点使得法兰盘的轧制成型发展迅速。虽然法兰盘的许多型号在发达国家已经采用轧制成型，但在我国尚未见到。为大力推广法兰盘的轧制成型工艺，我们选取难以轧制成型的高颈法兰盘做为试验对象，期望通过高颈法兰盘的轧制试验，掌握法兰盘轧制的一般规律。1试验过程本次试验是在太原重型机械学院冶金机械试验室的whz—200轧环机(1)上进行的。试验是以某厂进出口公司出口的法兰产品中的一种型号为对象。1.1试验材料铅在室温状态下的变形情况与钢在炽热状态下的变形情况相似，可随时停机观察测量，因此试验材料选用铅。1.2孔型设计因法兰盘轧制的过程是在一个孔型内进行的连续轧制的过程，故孔型以试验对象的外部轮廓为基准。为便于金属流动及防止发生局部应力集中现象，颈、盘部相交处设计成圆弧状；为避免金属在变形中有夹持现象，孔型中凹槽设计要有一定斜度。1.3毛坯设计法兰盘的轧制成型与毛坯的设计有很大的关系，不同的型号有不同的尺寸设计。迄今为止，尚未见到有一确定的公式可计算出法兰坯的尺寸。从资料上看，与法兰盘同属异型截面环件的轧件毛坯设计，大都是依据以往的经验或近似截面的产品设计来给出毛坯的大致形状，通过试机、修正再来确定出毛坯的最佳尺寸。对于本试验中的高颈法兰盘来说，我们先给出了三种毛坯形状，见图1。2变形情况及结果分析由于铸坯内部组织疏松，故轧制初始，从疏松到致密这一阶段，内径变化迅速，而外部轮廓的径向尺寸变化不明显。过了这一阶段后，便进入轧件成型阶段，由于毛坯各部位情况不同，故变化也不尽相同。法兰示意图见图2，轧制过程中的测量结果见表1～表4。表1法兰1测量结果压下量\尺寸φ1φ2φ3φ4h1h20195931951955353520298.519618335.956.5520612219417335.8585212132195176346152161532041843071表2法兰2测量结果尺寸压下量\尺寸φ1φ2φ3φ4h1h20192921921243370520298.519618335.956.5520612219417335.8585212132195176346152161532041843071表3法兰3测量结果尺寸压下量\尺寸φ1φ2φ3φ4h1h20217922171283058520298.519618335.956.5520612219417335.8585212132195176346152161532041843071表4法兰4测量结果尺寸压下量\尺寸φ1φ2φ3φ4h1h20240621301202858520298.519618335.956.5520612219417335.85852121321951763461521615320418430712.1颈部法兰颈部在轧制时大致属于较典型的矩形断面环件轧制，略有不同的是颈部呈不完全矩形，则金属沿辊身的流动也就有点差异。此时，与主轧辊接触侧的高度大于与芯辊接触侧的高度，故顶端处的“鱼尾”缺陷形成也很不规范，在配有端轧设备的环轧机上，对清除这一缺陷的产生有很大的作用。但本试验轧机无端轧设备，故无法消除这种缺陷。2.2盘部法兰盘部的形成较为困难。从成型情况看，这三种毛坯的下部即盘部只有一小部分进入孔形中，原因为①该种高颈法兰盘内径小、外径大。如果采取大压下量使金属挤进孔型而形成盘部，则法兰的内径也会扩大到一个超过要求的尺寸上；②法兰盘部虽进入孔型，但从轧件的表面上可明显观察到盘部外侧厚度呈减少趋势，这是周向纤维的形成使虽进入孔型但尚自由的盘部边缘有一个强大的拉力所导致的，因而这种变形影响产品的精确度；③轧机能力有限，不允许有大的压下量，于是变形主要集中于周向纤维的形成和颈部高度的增长上。2.3内、外径及高度内径扩展迅速，使得法兰盘较小的内径尺寸总是在外部轮廓尚未形成之时，便已满足或超过要求尺寸。原因是①法兰坯为铸坯，内部组织疏松；②芯辊直径较小，金属局部压下量较大，金属流动快导致内径扩大较快。从资料上可以看出，轧制成型的法兰内径与外径比值较大。法兰外径主要是指盘部外径，变化较慢。为了使盘部成型，较大的压下量使得该部位的变形较快，在一定变形量下变形均匀，但超过一定量后出现不圆情况，原因比较复杂，如内部材质不均、抱辊力不对称、变形不均等都可造成这些情况。法兰盘的高度变化主要体现在颈部高度的变化上，颈部高度在轧制后增加很快，“鱼尾”现象也较明显，这是金属沿辊身流动的必然结果。3毛坯改进后的轧制情况从上面三种毛坯的成型情况来看，进入孔型最多的毛坯成型好，据此又设计了一种毛坯，然后再进行轧制，轧制过程同上，结果见图3，测量数值见表4。这种毛坯外轮廓尺寸基本上与样品尺寸相同，外轮廓与轧辊接触，最后轧制结果表明，法兰盘内径扩大，高度增加，外轮廓表面光滑，尺寸基本符合。这表明外轮廓在轧辊接触后即受到约束，成型要好得多。4结论4.1通过毛坯的精心设计，高颈法兰盘是可以轧制成型的。4.2对于内径小而外部轮廓尺寸较大的法兰，难以用简单形状毛坯轧制成型，但这个临界值，即内外径之比究竟是多少，还待以后再研究。4.3将传统的铸造法兰工艺改为铸造与轧制相结合的工艺可提高法兰的质量，使它具备了竞争能力且有一定的社会效益和经济效益，值得大力推广。