中國(guó)第一重型機(jī)械集團(tuán)公司水壓機(jī)鍛造分廠 (齊齊哈爾 161042) 馬海源
筒形鍛件是典型鍛件類(lèi)型中的重要一種,在鍛件生產(chǎn)當(dāng)中占有較大比重,廣泛應(yīng)用于核電、加氫等壓力容器中,在電站等民用產(chǎn)品中也常有應(yīng)用。相對(duì)于軸類(lèi)件、餅類(lèi)件而言,筒形鍛件鍛造基本工序多,因而生產(chǎn)難度亦較大。
除了較為常見(jiàn)的直筒形(筒節(jié)內(nèi)外徑尺寸不隨其高度方向發(fā)生變化),異徑筒類(lèi)件(筒節(jié)內(nèi)外徑尺寸在高度方向上有變化)也占據(jù)了較大比例。以往,受限于工、輔具及對(duì)于制造難度的考量,異徑筒類(lèi)件常通過(guò)增加余塊的方式被簡(jiǎn)化為直筒形,其后再通過(guò)機(jī)加工的方式來(lái)獲得最終零件。此舉雖然在某種程度上降低了產(chǎn)品的鍛造難度,但因材料成本高、機(jī)加時(shí)間長(zhǎng)等系列問(wèn)題也成為了生產(chǎn)組織者所不得不考慮的重要因素。尤其在當(dāng)前重機(jī)行業(yè)整體低靡的市場(chǎng)背景下,降本增效已然成為一個(gè)企業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必由之路。因此,異徑筒類(lèi)件的仿形鍛造便逐步顯現(xiàn)出其獨(dú)有的優(yōu)越性,而關(guān)于仿形鍛造方案的研究也更顯得迫在眉睫。
下面結(jié)合一實(shí)際案例對(duì)異徑筒類(lèi)件的仿形鍛造工藝進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹,并對(duì)此類(lèi)工藝方案較之傳統(tǒng)方案的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行分析。由我公司為某電機(jī)廠承制的軸身鍛件(ASTM A668),其粗加工尺寸如圖1所示。
圖1 軸身粗加工尺寸
可見(jiàn),該鍛件為異徑筒類(lèi)件,外圓臺(tái)階基本處于零件高度方向的中間部位,且臺(tái)階處落差達(dá)200mm。若采用傳統(tǒng)鍛造工藝方案,則外圓應(yīng)在大口端Φ3470mm的基礎(chǔ)上加入鍛造余量,小口端Φ3070mm臺(tái)階被引入鍛造余塊,最終鍛件呈直筒形,經(jīng)計(jì)算,鍛件重量達(dá)212.9t。
圖2
(1)鍛件圖繪制 因考慮要將臺(tái)階處鍛出,所以在粗加工圖基礎(chǔ)上正常加入鍛造余量即可,鍛件圖如圖2b所示,鍛件重168.3t.
(2)錠型確定 因本文以介紹仿形鍛造方案為目的故此步驟略。
(3)氣割下料 由于鋼錠水冒口分別吸納了不同雜質(zhì)成分,因此下料時(shí)要對(duì)水冒口進(jìn)行適當(dāng)比例切除。
(4)鐓粗沖孔 為確保分布在坯料心部粗晶區(qū)處的孔洞得以鍛實(shí)焊合,在確定坯料鐓粗高度時(shí)應(yīng)充分考慮工序鍛造比及鍛件總鍛造比。另外,由于本鍛件為筒類(lèi)件,本工序要進(jìn)行沖孔操作為后續(xù)的芯棒拔長(zhǎng)及擴(kuò)孔做準(zhǔn)備。因此鐓粗時(shí)還要兼顧考慮坯料直徑應(yīng)符合沖孔條件。
(5)芯棒拔長(zhǎng) 因坯料鐓粗后高度小于成品長(zhǎng)度,所以要通過(guò)本工序?qū)⑴髁祥L(zhǎng)度拔長(zhǎng)至成品尺寸;同時(shí)考慮到成品的最終臺(tái)階形狀,本工序還應(yīng)通過(guò)芯棒拔長(zhǎng)對(duì)坯料外徑的臺(tái)階進(jìn)行預(yù)成形(若坯料拔長(zhǎng)呈直筒形,根據(jù)體積不變的原則,擴(kuò)孔時(shí)當(dāng)成品外徑大口端與小口端滿足工藝尺寸時(shí),小口端內(nèi)孔會(huì)小于大口端內(nèi)孔,形成不必要的余塊)。通過(guò)理論計(jì)算與DEFORM軟件模擬,可確定拔長(zhǎng)后的坯料各部尺寸。
(6)馬杠擴(kuò)孔 由于此類(lèi)大型鍛件屬單件小批量生產(chǎn),因此設(shè)計(jì)制造專(zhuān)用擴(kuò)孔錘頭不僅耗時(shí)長(zhǎng)且成本高。鑒于此,可利用水壓機(jī)上砧板對(duì)拔長(zhǎng)后坯料進(jìn)行分段擴(kuò)孔(以臺(tái)階處為界分兩段),擴(kuò)孔至成品尺寸即可,鍛件成品如圖3所示。
圖3 采用仿形鍛造的軸身鍛件成品
(1)由于鍛件生產(chǎn)采用了仿形鍛造,保證了金屬纖維的完整性,避免因后續(xù)加工切斷金屬纖維,有效確保了鍛件整體力學(xué)性能。
(2)通過(guò)計(jì)算對(duì)比,采用仿形鍛造方式生產(chǎn)的異徑筒節(jié)較傳統(tǒng)的直筒節(jié)鍛件重量輕44.6t,合算節(jié)約鋼水80余t(錠身質(zhì)量增加后其水冒口尺寸也相應(yīng)加大,因此增加的鋼水重量遠(yuǎn)大于增加的鍛件重量),以每噸鋼水6000元計(jì),節(jié)省成本達(dá)48萬(wàn)元。
(3)因鍛件形狀已無(wú)限接近最終零件形狀,所以仿形鍛造方案還大幅降低了后續(xù)的機(jī)加工時(shí)(據(jù)冷加工回饋的可靠數(shù)據(jù)減少約20個(gè)工作日),降低了對(duì)立車(chē)資源的占用,提高了生產(chǎn)效率。
(4)鍛件重量的大幅降低,也可有效緩解因鍛件超重給天車(chē)、機(jī)床帶來(lái)的生產(chǎn)壓力與安全隱患,尤其對(duì)于一些設(shè)備能力有限的中小型企業(yè)而言,仿形鍛造在一定程度上能夠拓展其機(jī)加能力。
綜上所述,異徑筒類(lèi)件的仿形鍛造方案無(wú)論從材料成本還是從加工工時(shí)等諸多方面都較傳統(tǒng)工藝方案有著無(wú)可比擬的先天優(yōu)勢(shì)。當(dāng)然,鍛造難度的增加也是一個(gè)不可忽略的事實(shí)。鑒于此,若同一類(lèi)型產(chǎn)品形成批量化生產(chǎn),可考慮設(shè)計(jì)專(zhuān)用輔具來(lái)降低生產(chǎn)難度。此外,對(duì)于其他形狀更為復(fù)雜的異徑筒類(lèi)件也可通過(guò)專(zhuān)門(mén)的仿形輔具實(shí)現(xiàn)鍛件的低操作難度仿形方案的實(shí)現(xiàn)。