宋昌哲

摘要：本文通過對(duì)三通閥結(jié)構(gòu)概述、三通閥材料特征以及熱鍛工藝過程分析對(duì)三通閥熱鍛工藝進(jìn)行簡(jiǎn)述。通過工藝參數(shù)對(duì)三通閥鍛件的評(píng)估與仿真結(jié)果分析對(duì)三通閥鍛件質(zhì)量的影響進(jìn)行進(jìn)一步的說明。最后文章對(duì)基于Deform的三通閥熱鍛工藝進(jìn)行總結(jié)。

關(guān)鍵詞：工藝優(yōu)化;三通閥體;Deform;熱鍛成形

前言：三通閥作為火電、核電、石油化工管道的常用件，三通閥由自身的端部螺紋或法蘭部與施工管道進(jìn)行接通，管道接通后，內(nèi)部產(chǎn)生高壓強(qiáng)與氣液體，三通閥作用于閥體外部的動(dòng)載荷，與內(nèi)部的閥門壓強(qiáng)載荷以及外部的動(dòng)載荷雙方工作作用下的工作原理。三通閥的載荷較為復(fù)雜，因其適用范圍在管道建設(shè)工程中，對(duì)于閥體的性能與抗疲勞性要求較高，以此來穩(wěn)定管道的氣液運(yùn)輸。但由于管道的本體不同，三通閥的安裝與設(shè)置時(shí)，存在不合理支出，導(dǎo)致沖頭載荷過大等問題的出現(xiàn)。

三通閥熱鍛工藝

熱鍛是指對(duì)固定的料進(jìn)行加熱后使其形成結(jié)晶溫度上，通過增加溫度與壓縮力度使材料的變形抗力產(chǎn)生變化，并提升其固態(tài)的可塑性。材料在進(jìn)行熱鍛的過程，會(huì)因外力產(chǎn)生變形，隨著溫度與力度的變化會(huì)進(jìn)行熱傳、微觀組織與形變等復(fù)雜反應(yīng)。三通閥使用了熱鍛工藝，通過反復(fù)試驗(yàn)和分析，鍛造出質(zhì)量更好使用性能更高的三通閥。

1.1三通閥結(jié)構(gòu)概述

鍛件是重大設(shè)備、施工材料等的重要使用部件，因其使用與工作環(huán)境較為復(fù)雜，無論是從工藝還是力學(xué)角度來講，鍛件的力學(xué)性能與要求都較高。三通閥體作為可進(jìn)行內(nèi)部布設(shè)管道的連通器，要承受的載荷十分巨大，且要考慮管道內(nèi)部的輸送氣液體，因此對(duì)于三通閥的基本材質(zhì)就有一定的要求[1]。作為左右互通、中通閥軸貫通的圓筒形閥門，中部的凸起與另外相同的筒管都各有用處。

1.2三通閥材料特征

因三通閥作為建筑施工中的重要材料之一，使用穩(wěn)定性較強(qiáng)，且有較好的耐腐蝕性、強(qiáng)度等有助特點(diǎn)為一體，采用1Cr13合金鋼，可以更好的進(jìn)行閥件本體的鍛造。如圖1中所示，為穩(wěn)定三通閥的材料結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性，鍛造合金的化學(xué)組成部分較為復(fù)雜：

使用合金進(jìn)行三通閥鍛造的原因是因?yàn)楹辖鸬幕瘜W(xué)元較為穩(wěn)定，即使在北方的天氣中也仍舊擁有較為強(qiáng)的沖擊吸收力、硬度高、抗拉深度高等優(yōu)勢(shì)，被廣泛的應(yīng)用。

1.3熱鍛工藝過程分析

三通閥體的煅燒網(wǎng)格由上中、左右三部分，進(jìn)行閥體的熱鍛成時(shí)，要先將三通閥的模具進(jìn)行預(yù)熱。將合金放置于模具中心[2]，在放置的過程中要注意坯料要與左右沖頭進(jìn)行對(duì)齊。上沖頭要留出一部分的空余位置，以便左右兩側(cè)向內(nèi)進(jìn)行坯料擠壓時(shí)有足夠的空間。由模具的外部向左右沖頭內(nèi)部施加相同壓力，當(dāng)左右沖頭都被坯料填實(shí)后，檢查兩邊距離。考慮到不同型號(hào)的三通閥體鍛造的時(shí)間、壓力與熱鍛參數(shù)等有所不同。如一段直徑75mm，長(zhǎng)度為115mm。經(jīng)過1000-1200度的溫度對(duì)合金進(jìn)行加熱。初始的模具預(yù)加熱至350-400度左右，水平為沖頭進(jìn)行施力。

工藝參數(shù)對(duì)三通閥鍛件質(zhì)量的影響

2.1工藝參數(shù)對(duì)三通閥鍛件的評(píng)估

對(duì)合金進(jìn)行加工的過程中，由于是使用熱加工過程，填充坯料的余量會(huì)對(duì)最終的三通閥鍛件的成品質(zhì)量造成影響?？萍嫉陌l(fā)展下，使用科技含量較高的Deform軟件可以對(duì)鍛件的鍛造進(jìn)行預(yù)先演示。可以節(jié)約許多不必要的原材料浪費(fèi)。在使用Deform軟件對(duì)三通閥進(jìn)行鍛造時(shí)，可將選定的代替坯料進(jìn)行加熱。通過對(duì)沖頭的速度與沖力的調(diào)整。三通閥在進(jìn)行鍛造時(shí)，中心的溫度較低，水平的沖頭與填充坯料的接觸部分會(huì)因?yàn)闊岫鹊膯栴}產(chǎn)生不同的質(zhì)量變化。沖頭設(shè)置如果存在一定的不合理時(shí)，填充的坯料雖然進(jìn)行了預(yù)熱，但在沖頭速度與坯料接觸時(shí)還是會(huì)因?yàn)殛P(guān)鍵的中心位置溫度不足，坯料流速過大導(dǎo)致鍛件在后續(xù)的冷卻過程中產(chǎn)生應(yīng)力，最終導(dǎo)致三通閥的鍛造質(zhì)量。

2.2仿真結(jié)果分析

對(duì)Deform軟件下進(jìn)行的三通閥鍛件成品進(jìn)行分析，使用不同的力與速度進(jìn)行三通閥鍛造，保證在熱鍛的預(yù)鍛與終鍛坯料都填充完畢，且均已充滿模具。根據(jù)鍛造時(shí)對(duì)載荷大小的變化關(guān)系中，載荷的突變情況下會(huì)在鐓粗、預(yù)鍛、終鍛處產(chǎn)生。因?yàn)樵谶M(jìn)行熱鍛的過程中，上模中的坯料填充物是一直在變換和運(yùn)動(dòng)的，上模的運(yùn)動(dòng)速度產(chǎn)生一定的變化下，填充坯料的溫度是會(huì)變化的，上文中提到鍛造過程中模具中心的位置溫度比起其他位置較低，隨著上模的運(yùn)動(dòng)變化，接觸能量也會(huì)有所不同，對(duì)于合金坯料的填充與分布都會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的改變。如上模的運(yùn)動(dòng)速分別為400mm和450mm，通過反復(fù)試驗(yàn)后得出，450mm的上模速度下，鍛件的周邊金屬流動(dòng)性更佳，且金屬的速度場(chǎng)分布良好，使用Deform軟件進(jìn)行三通閥鍛件可以減少流線性，對(duì)后續(xù)的使用合金金屬進(jìn)行上模的載荷有一定的影響，且減少了金屬回流的折疊風(fēng)險(xiǎn)。

除此之外，垂直沖頭速率對(duì)檢測(cè)點(diǎn)的溫差也會(huì)對(duì)三通閥的鍛件造成參數(shù)的數(shù)值影響，各分為溫差從100度降低至55度與150度降至49度兩組進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。設(shè)定1000-2000度的坯料加熱溫度，并分別對(duì)兩組溫度變化下的三通閥鍛件進(jìn)行了對(duì)比，經(jīng)過對(duì)比后發(fā)現(xiàn)，溫差降低率小的鍛件冷卻后的效果比溫差降低較大的鍛造應(yīng)力更小，三通閥的鍛造質(zhì)量更優(yōu)秀。

基于Deform的三通閥熱鍛工藝總結(jié)

三通閥的熱鍛工藝技術(shù)中，以Deform軟件為基礎(chǔ)，通過軟件對(duì)熱鍛的形成材料與動(dòng)力模型進(jìn)行試驗(yàn)與分析，對(duì)比模型應(yīng)力、對(duì)微觀組織的演變、模型演化與熱成形開裂模型等情況集為一體[3]。從多方面的角度進(jìn)行三通閥的熱鍛模型鍛造預(yù)演。對(duì)比熱成型與溫度控制下的數(shù)據(jù)，對(duì)熱鍛工藝進(jìn)行分析。較快的速度與較小溫差下的三通閥熱鍛會(huì)使最終的成品效果更好。對(duì)于Deform軟件的實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，除合金的金屬坯料。Deform軟件中使用的晶體粒子材料在溫變下達(dá)到一定程度后，并未顯示出進(jìn)一步成長(zhǎng)跡象，因此對(duì)于Deform軟件中代替實(shí)際金屬與合金等填充料進(jìn)行補(bǔ)充的試驗(yàn)材料有一定的極限數(shù)值。只有在試驗(yàn)中按實(shí)際情況隨時(shí)進(jìn)行晶體粒子的填充，才能更加符合金屬模型的使用度。

多次對(duì)三通閥進(jìn)行熱鍛時(shí)，對(duì)于靜置等待降溫的一過程，晶體也會(huì)一定的變化，成品中的合金鍛件在進(jìn)行冷卻時(shí)無金屬流動(dòng)情況。需要對(duì)的組織進(jìn)行數(shù)值的模擬演變，使用雙道次進(jìn)行熱模擬壓縮試驗(yàn)后，進(jìn)行對(duì)比來形成最后的模擬數(shù)值，可以大幅度的提升演變數(shù)值的實(shí)際結(jié)果，使其更接近于真實(shí)的金屬填充物。

結(jié)束語：由此可見，Deform軟件可以模擬三通閥門的體熱鍛的填充，進(jìn)行三通閥體熱鍛的工藝優(yōu)化，可以大幅度的提升與優(yōu)化三通閥的工藝參數(shù)。鍛件關(guān)鍵位置的優(yōu)化會(huì)為鍛件最終的質(zhì)量與精度提供更加穩(wěn)定的保障。多次進(jìn)行熱鍛形成集成，并對(duì)最終的組織演變、空洞型缺陷演化以及開裂與測(cè)等，都可以通過Deform鍛件對(duì)數(shù)值進(jìn)行最終模擬，來定制合理的熱鍛工藝，并為三通閥體的鍛造工藝提供科學(xué)的依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

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