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        用厚壁管模鍛零件的工藝過(guò)程

        2014-11-24 08:22:54無(wú)錫東海鍛造有限公司江蘇214024黃云舉
        金屬加工(熱加工) 2014年5期
        關(guān)鍵詞:厚壁半成品模鍛

        無(wú)錫東海鍛造有限公司 (江蘇 214024)何 剛 黃云舉

        在各個(gè)工業(yè)部門(mén)中廣泛使用法蘭形、圓柱形、錐形和帶法蘭曲面接頭空心零件,以及用于生產(chǎn)球狀旋塞外形像封頭半球狀半成品。為了制造這些零件,通常使用如下工藝過(guò)程:多道工序拉深平面毛坯;機(jī)械加工整體模鍛毛坯;將管件與法蘭焊接,液壓、激光、等離子弧切割或由厚材上割出;為獲得壓力容器焊接封頭;焊接半球形隨后需要熱處理和機(jī)械加工。

        現(xiàn)有方法有一系列缺點(diǎn):低的勞動(dòng)生產(chǎn)率,材料利用率低,零件質(zhì)量差。因此,必須尋求現(xiàn)有類似零件的新制造方法。方法之一是通過(guò)使用薄壁管或厚壁管擴(kuò)徑或縮徑方法,這種方法一般在冷態(tài)下進(jìn)行,但若需劇烈變形則要在熱態(tài)下進(jìn)行。

        按照冷變形管材據(jù)其幾何尺寸參數(shù)——外徑DH、壁厚s及其相對(duì)壁厚DH/s可分為4組。①特薄管DH/s>40和管徑DH≤20mm,s≤0.5mm。②薄壁管12.5<DH/s≤40和管徑DH≤20mm,s=1.5mm。③厚壁管6<DH/s≤12.5。④特厚管,DH/s<6。

        1.帶法蘭圓柱體接頭

        圖1 帶法蘭圓柱體接頭零件

        圖1為零件圖(實(shí)線)模鍛半成品圖(虛線)帶法蘭圓柱體接頭,加工到最終尺寸帶法蘭錐形接頭。毛坯材料為工業(yè)純鈦TA1。

        這兩種形式法蘭都要3個(gè)工序成形。為劇烈變形需要,管子毛坯局部加熱到750℃進(jìn)行溫鍛。在第一工步用與對(duì)稱軸成α=45°夾角沖頭1擴(kuò)徑(見(jiàn)圖2a);第二工步用與對(duì)稱軸成α=70°夾角沖頭1擴(kuò)徑;第三工步,法蘭最終成形,用平面沖頭2擴(kuò)徑。

        由此可見(jiàn),在一副模具中實(shí)現(xiàn)3個(gè)工步變形。擴(kuò)徑過(guò)程中法蘭周邊厚度由18mm減到14mm,即減薄22%。法蘭半成品如圖2b所示。

        圖2

        圖3為法蘭厚度與直徑關(guān)系曲線,可見(jiàn)在擴(kuò)徑過(guò)程中,隨著外徑增加,法蘭周邊區(qū)域壁厚的變化。試驗(yàn)指出,為了保證毛坯穩(wěn)定性,采用分段加熱。在這種情況下,毛坯變形部分溫度為750℃,而毛坯置于凹模中部分加熱到200℃,凹模徑向底部邊緣450℃。

        圖3 法蘭厚度與直徑關(guān)系

        2.錐形法蘭和錐形接頭

        在制造帶錐形法蘭接頭時(shí),錐形段成形(見(jiàn)圖4),將圖2半成品加熱到750℃,壓力機(jī)滑塊一次行程實(shí)現(xiàn)擴(kuò)徑。錐形接頭和法蘭部分同心度為3~4mm,由于毛坯管壁壁厚不均及其不均勻的加熱,這是不可避免的,在工藝設(shè)計(jì)階段要預(yù)先考慮用機(jī)械加工方法去除所留余量。

        圖4 用管材成形錐形法蘭

        錐形焊接接頭模鍛用縮徑和擴(kuò)徑復(fù)合模鍛方法,其規(guī)范在溫鍛溫度范圍內(nèi)劇烈變形。工序可在毛坯各段管徑甚至毛坯原始外徑219mm、壁厚14mm實(shí)現(xiàn)(見(jiàn)圖5)。

        劃分變形區(qū)域源頭,允許保證設(shè)計(jì)減少壁厚相對(duì)變形過(guò)程的有利條件。毛坯加熱后,在錐形凹模3中用平?jīng)_頭1擠壓(見(jiàn)圖5a),然后用錐形沖頭將孔擴(kuò)到最大φ(285+3)mm。

        應(yīng)該強(qiáng)調(diào)指出,伴隨由規(guī)定熱力規(guī)范出現(xiàn)的偏差,通常管子擴(kuò)徑段由于變形區(qū)域局部失穩(wěn)形成裂紋,之所以失穩(wěn),是因變形段加熱溫度不均勻或由于冶金原因造成管材表面缺陷。因此,必須仔細(xì)選擇毛坯和加熱規(guī)范。

        圖5

        圖6為帶法蘭錐形接頭或無(wú)法蘭錐形接頭,用擴(kuò)徑和擠壓復(fù)合模鍛方法制造。

        圖6 用擠壓和擴(kuò)徑在溫鍛劇烈變形下復(fù)合模鍛制造接頭

        3.大外廓尺寸球狀龍頭

        為了生產(chǎn)球狀龍頭半成品殼體鍛件,設(shè)計(jì)了包括離心澆注或可鍛管坯熱正擠壓,隨后在澆口區(qū)域縮徑并在球形沖頭下部半球形上擴(kuò)徑。

        圖7 球狀龍頭大外廓尺寸鍛件制造

        在專用模具中完成擠壓,為下部圓柱體半成品形狀中獲得細(xì)晶粒組織,通過(guò)減少原始毛坯管材壁厚并規(guī)定相對(duì)變形程度實(shí)現(xiàn)(見(jiàn)圖7a)。擠壓后,加熱半成品,置于第二副模具中,擠壓上部得到上部更厚圓柱體壁部(孔口),下部擴(kuò)徑,對(duì)應(yīng)壁部變形不超過(guò)10%(見(jiàn)圖7b)。在擠壓時(shí),半成品上部分鑄造組織得到破碎。

        因此,事實(shí)上管坯整個(gè)金屬體積經(jīng)受了塑形變形而沒(méi)有破壞其密實(shí)性,極大提高了鍛件力學(xué)性能指標(biāo),還可以使用更廉價(jià)原始毛坯。使用新工藝減少了金屬消耗30%~45%并提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。推薦該工藝用于制造通徑Dy=700mm、1000mm、1200mm、1400mm半成品殼體小批量和中批量生產(chǎn)。

        4.結(jié)語(yǔ)

        運(yùn)用所研制的工藝由厚壁管坯用壓力加工方法生產(chǎn)空心零件,保證了高生產(chǎn)率、金屬材料高利用率和產(chǎn)品的高質(zhì)量。

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