高炉风口前端帽体的短流程挤压成型工艺的优化设计方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107808064A(43)申请公布日2018.03.16(21)申请号201711174100.6(22)申请日2017.11.22(71)申请人武汉理工大学地址430070湖北省武汉市洪山区珞狮路122号(72)发明人兰箭毛华杰华林钱东升申学军(74)专利代理机构湖北武汉永嘉专利代理有限公司42102代理人唐万荣汪玮华(51)Int.Cl.G06F17/50(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图2页(54)发明名称高炉风口前端帽体的短流程挤压成型工艺的优化设计方法(57)摘要本发明提出一种高炉风口前端帽体的短流程挤压成型工艺的优化设计方法，通过将紫铜圆筒坯料经过一次热反挤压和一次扩孔即可得到前端帽体成品，具体包括以下步骤：(1)高炉风口前端帽体的热反挤压工艺设计；(2)高炉风口前端帽体的扩孔工艺设计；(3)高炉风口前端帽体的热反挤压工艺优化与模具设计；(4)高炉风口前端帽体的分瓣扩孔模具设计；(5)将紫铜空心圆筒坯料加热至热成形温度，放入反挤压模具中，一次反挤压得到半成品；(6)利用所设计的分瓣扩孔模具，对其中心孔挤压扩孔。该工艺优化设计方法针对性强，使得具有高度差内外锥度筒类的高炉风口用前端帽体成型工艺简单、流程短、成品质量有保障、使用寿命长。CN107808064ACN107808064A权利要求书1/2页1.高炉风口前端帽体的短流程挤压成型工艺的优化设计方法，其特征在于，包括如下步骤：S1)高炉风口前端帽体的热反挤压工艺设计，确定挤压件的形状及尺寸参数，得出圆筒坯料的尺寸参数；S2)高炉风口前端帽体的扩孔工艺设计，对扩孔变形程度进行校核，并计算扩孔变形力的大小；S3)高炉风口前端帽体的热反挤压模具设计，用有限元软件对高炉风口前端帽体的挤压成型过程进行数值模拟，根据挤压件的形状及尺寸、数值模拟中所确定的模具结构设计热反挤压模具；S4)高炉风口前端帽体的分瓣扩孔模具设计，根据高炉风口前端帽体成品设计分瓣扩孔模具。2.根据权利要求1所述的高炉风口前端帽体的短流程挤压成型工艺的优化设计方法，其特征在于，所述步骤S1)中包括如下内容：S11)挤压件形状的设计，根据高炉风口前端帽体成品的形状，确定挤压件为双层套筒，外层为锥形套筒与帽体成品一致，内层为内孔为圆锥孔的圆柱套筒结构，壁厚从底端到顶端逐渐增加，其高度满足条件：h1≥h+20，其中，h1为挤压件内层套筒高度，h为帽体成品内层套筒高度；S12)挤压件尺寸的计算，挤压件外层锥形套筒尺寸与帽体成品外层套筒一致，内层套筒高度由体积相等原则求得：Dmin＝D1max，t0＝tminh1＝y1-y0，y1＝kx1+b其中，V表示帽体成品内层圆锥套筒的体积，t0为帽体成品内层套筒壁厚，Dmax表示帽体成品内层圆锥套筒的最大内径，Dmin表示帽体成品内层圆锥套筒的最小内径，y、b、k分别表示挤压件内层圆柱套筒内壁在所建直角坐标中直线方程的纵坐标、截距、斜率，x1，y1分别表示挤压件内层圆柱形套筒内侧顶点横、纵坐标，D1max表示挤压件内层圆柱套筒的最大内径，tmin表示挤压件内层圆柱套筒的最小壁厚；S13)圆筒坯料尺寸计算，根据所确定挤压件形状及尺寸，利用proe软件建立该模型，计算出挤压件体积V1，选取圆筒坯料内径d2＝Dmin＝D1max，根据体积相等原则，求得圆筒坯料高度h2为：其中，Dout为帽体成品外层锥形套筒最小外径。3.根据权利要求2所述的高炉风口前端帽体的短流程挤压成型工艺的优化设计方法，其特征在于，所述步骤S2)中包括如下内容：S21)扩孔变形程度校核，根据前端帽体成品内层套筒的最大内径Dmax，挤压件内层圆柱2CN107808064A权利要求书2/2页套筒的最小直径D1min计算出扩孔系数mc＝Dmax/D1min，使其满足mc≤mec，其中极限扩孔系数mec的大小取决于材料性能；S22)扩孔变形力的计算，根据挤压件形状及帽体成品形状可知，采用锥形分瓣刚性凸模扩孔，其单位扩孔力p按下式计算：其中，σ表示材料单位变形抗力，u表示摩擦因数，α表示锥形分瓣刚性凸模半锥角，R表示挤压件内层套筒顶端内侧半径。4.根据权利要求3所述的高炉风口前端帽体的短流程挤压成型工艺的优化设计方法，其特征在于，所述步骤S3)中包括如下内容：S31)热反挤压工艺优化，用有限元软件对帽体的挤压成型过程进行数值模拟，在保证每次下压量恒定、坯料体积恒定、始锻温度恒定的情况下，利用控制变量法分别对不同的摩擦系数、不同的模具结构进行数值模拟，总结成型规律、成型最大载荷以及内外套筒高度差等，确定热挤压成型过程中，最佳的润滑条件、最佳模具工作部分结构尺寸；S32)热反挤压模具设计，根据挤压件的形状及尺寸、数值模拟中所确定的模