付有余 孫 嫘

(中國第二重型機(jī)械集團(tuán)公司鍛造廠 ，四川618013)

石化工業(yè)等壓力容器產(chǎn)品中，有一種上下直徑不同的等壁厚錐形環(huán)鍛件。隨著壓力容器設(shè)備向大型化發(fā)展，對這類鍛件的性能提出了更嚴(yán)格的要求。錐形環(huán)鍛件的成型屬于大型異形鍛件鍛造，成形難度大。長期以來，我們一直采用將傳統(tǒng)的直壁環(huán)形鍛件機(jī)加工出錐形環(huán)鍛件的工藝方法。這種方法不僅材料浪費(fèi)極大，加工工時(shí)長，而且改變了錐形環(huán)鍛件金屬的纖維流線，筒體內(nèi)外層相對致密的鍛造區(qū)域也被機(jī)加工掉，造成鍛件組織性能不佳，熱處理工序壓力增大。為此，我們針對熱高壓分離器設(shè)備過渡環(huán)鍛件開展了一系列研究工作，著力實(shí)現(xiàn)錐形環(huán)整體異形鍛造。

1 工藝方案比較

錐形環(huán)鍛件的粗加工圖見圖1。根據(jù)新工藝設(shè)計(jì)的鍛件圖見圖2，根據(jù)傳統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)的鍛件圖見圖3。由此圖算得鍛件的鍛件重量：G=53 t。

對以上兩種工藝方案進(jìn)行比較可知，新工藝設(shè)計(jì)的錐形環(huán)鍛件與傳統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)的直壁環(huán)鍛件相比，鍛件重量減少29 t，可節(jié)約鋼水約50 t。

2 大型錐形環(huán)鍛件新工藝介紹

2.1 工藝過程

圖1 錐形環(huán)鍛件粗加工圖Figure 1 The tapered ring's rough machining scheme

圖2 新工藝鍛件圖Figure 2 The tapered ring forging scheme by the new method

圖3 傳統(tǒng)工藝鍛件圖Figure 3 The forging scheme by the conventional method

(a)第一火：壓鉗口、倒棱、下坯料

(b)第二火：鐓粗、沖孔

(c)第三火：芯棒拔長、平整

(d)第四火：馬杠擴(kuò)孔、出成品圖4 大型錐形環(huán)鍛件的鍛造工藝Figure 4 The new forging processes

大型錐形環(huán)鍛件的鍛造工藝見圖4。

2.2 工藝分析

(1)工藝采用鋼錠直接氣割水冒口下料。利用下料鐓粗比和后續(xù)的坯料拔長、擴(kuò)孔比來達(dá)到所需的鍛比，從而達(dá)到鍛透壓實(shí)、均勻變形的目的。

(2)沖孔時(shí)使用空心沖子。為了保證將鋼錠水、冒口端的質(zhì)量薄弱部位完全沖掉，通過對鐓粗高度的控制，選取了較大的沖孔尺寸。

(3)以體積不變條件做為貫穿始終的工藝基本原理和計(jì)算基礎(chǔ)，改變傳統(tǒng)制坯觀念，將擴(kuò)孔前的中間坯設(shè)計(jì)為不等壁厚的帶孔件。計(jì)算時(shí)忽略擴(kuò)孔時(shí)沿軸向的金屬流動(dòng)，中間坯每一截面的金屬分布按成品相應(yīng)截面所需的金屬進(jìn)行分布，同時(shí)考慮火耗及鍛造形狀誤差，讓金屬在擴(kuò)孔過程中自然沿周向流動(dòng)，形成帶錐度的環(huán)。

2.3 技術(shù)難點(diǎn)

(1)鍛件制坯尺寸的測算

準(zhǔn)確計(jì)算鍛件中間坯的尺寸，保證兩端的變形量，制坯過程中仔細(xì)測量，確保按工藝尺寸下料。這是保證鍛件尺寸的關(guān)鍵。

(2)中間坯的尺寸控制

采用上平、下V砧鍛出帶孔的錐形坯料難度是很大的。實(shí)際操作中必須使用芯棒進(jìn)行局部拔長，并嚴(yán)格控制坯料的角度，才能保證兩端的壁厚分配達(dá)到工藝要求。

(3)在擴(kuò)孔過程中保證錐度

在擴(kuò)孔過程中，由于受軸向伸長、坯料扭轉(zhuǎn)等因素的影響，擴(kuò)孔過程的錐度將很難保證，無論工藝或操作上都必須要有足夠的措施加以保證。

2.4 工藝參數(shù)及操作要點(diǎn)

(1)為了使鍛件組織均勻、枝晶破碎，除在煉鋼和熱處理方面采取措施外，在鍛造過程中對鍛比也進(jìn)行了規(guī)定。

(2)以體積不變做為貫穿始終的計(jì)算基礎(chǔ)，通過理論分析和數(shù)值模擬，分別確定大小端對軸向伸長量的貢獻(xiàn)，在制坯時(shí)進(jìn)行工藝參數(shù)補(bǔ)償。

(3)鍛造加熱溫度選為1 220～1 250℃。

3 結(jié)語

(1)生產(chǎn)實(shí)踐驗(yàn)證，采用新開發(fā)的大型異形環(huán)鍛件整體鍛造工藝方案不僅成形效果良好，而且鍛件各部分尺寸均能滿足加工要求，探傷完全合格。用該方法完全可以實(shí)現(xiàn)壓力容器用大型錐形環(huán)鍛件的鍛造。

(2)大型錐形環(huán)鍛件鍛造過程中最關(guān)鍵的問題就是要確保鍛件在擴(kuò)孔過程中的錐度，這一要求貫穿了整個(gè)制坯和成形過程。

(3)大型錐形環(huán)鍛件的制坯面積能否滿足擴(kuò)孔變形的需要也同樣是決定鍛件能否成功的關(guān)鍵，因此在制坯過程中必須嚴(yán)格監(jiān)控。

(4)大型錐形環(huán)鍛件在成形過程中的扭轉(zhuǎn)也是不容忽視的問題，必須采取特別措施予以控制。

(5)與直壁環(huán)鍛件工藝方案相比，大型錐形環(huán)鍛件工藝方案不僅減少了原材料投入和機(jī)加工臺時(shí)，縮短了生產(chǎn)周期，降低了成本，而且由于這種鍛造方式使筒體纖維連續(xù)，因此使產(chǎn)品質(zhì)量也得到了進(jìn)一步提高。我們的實(shí)踐充分證明了這種工藝方案兼具經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性，具有推廣價(jià)值。