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        盲孔類鍛件鍛造工藝研究

        2019-08-30 09:01:38王玉杰楊后雷肖廣帥李國瑞
        大型鑄鍛件 2019年5期
        關(guān)鍵詞:金屬纖維盲孔芯棒

        王玉杰 張 帥 楊后雷 李 威 肖廣帥 李國瑞 孫 博

        (通裕重工股份有限公司,山東251200)

        目前盲孔類鍛件的鍛造生產(chǎn)工藝通常為分體鍛造,機(jī)加工完成后進(jìn)行焊接而成。對于一些性能要求嚴(yán)格的產(chǎn)品,這種方法生產(chǎn)的產(chǎn)品性能就難以滿足其使用要求。因此,對于不允許焊接的盲孔類鍛件一般采用先鍛制成實(shí)心或較小、較淺的盲孔,再通過機(jī)加工將盲孔加工至零件尺寸的工藝方案,但是這種工藝方案不僅造成鍛件重量和后續(xù)機(jī)加工量的增加,并且破壞了鍛件纖維流線。而采用鍛出盲孔的鍛造工藝方案可大幅度減輕鍛件重量和機(jī)加工量,同時還可以保持鍛件較完整的纖維流線,從而保證鍛件質(zhì)量。

        1 鍛造工藝

        以公司生產(chǎn)的活塞套產(chǎn)品為例分析盲孔鍛件的鍛造工藝。

        1.1 技術(shù)要求

        鍛件為活塞套,其材質(zhì)為20Mn2。

        要求整體鍛造成形,不允許焊接。鋼錠采用電爐冶煉+鋼包精煉+真空脫氣。拉伸試樣端頭檢測化學(xué)成分,按GBT 3077—2015控制成品化學(xué)成分允許偏差。

        超聲檢測:根據(jù)SEP 1921—1984 Gr.3要求,按照CLASS Cc級驗(yàn)收。

        力學(xué)性能要求:ReL≥590 MPa,Rm≥785 MPa,A≥10%;Z≥40%,KU2≥47 J。

        1.2 形狀分析

        產(chǎn)品整體形狀為帶法蘭筒子,內(nèi)孔為臺階孔,大孔尺寸?950 mm×1650 mm,小孔尺寸?200 mm×200 mm,其產(chǎn)品設(shè)計尺寸如圖1所示。

        1.3 鍛造難點(diǎn)

        此鍛件小頭端內(nèi)孔太小,常規(guī)鍛造工藝無法鍛出此內(nèi)孔。為此對此鍛件進(jìn)行了技術(shù)分析討論,并制訂了詳細(xì)的鍛造工藝。

        圖1 活塞套產(chǎn)品設(shè)計圖Figure 1 Design drawing of piston sleeve product

        1.4 常規(guī)鍛造工藝思路

        活塞套鍛造成實(shí)心,需要使用鋼錠約31 t,鍛造后通過機(jī)加工銑出內(nèi)孔,需要機(jī)加工工時約170 h。

        1.5 新工藝方案

        為減少材料消耗,提高生產(chǎn)效率,設(shè)計如下方案:經(jīng)過一次鐓拔主變形后,鍛至?1900 mm,先拔出Ⅱ、Ⅲ部臺階,然后使用盲孔芯棒沖拔鍛出盲孔,最終鍛各部分至尺寸,見圖2。此工藝比常規(guī)工藝節(jié)約鋼錠接近5 t,并節(jié)約機(jī)加工工時約80 h。

        經(jīng)過工藝討論確定了鍛造出盲孔的工藝方案,并使用計算機(jī)模擬軟件進(jìn)行了鍛造出盲孔的金屬纖維流線和變形情況模擬,如圖3所示,模擬結(jié)果顯示可行,于是進(jìn)行了生產(chǎn)試驗(yàn)。

        圖2 活塞套鍛造圖Figure 2 Forging drawing of piston sleeve

        圖3 模擬鍛出盲孔鍛件的金屬纖維流線及變形圖
        Figure 3 The metal fiber streamline and deformation diagram of blind hole forgings simulated by computer

        圖4 活塞套壓肩圖
        Figure 4 Pressing shoulder of piston sleeve

        圖5 拔長Ⅱ、Ⅲ部
        Figure 5 Drawing out Part Ⅱ and Ⅲ

        1.6 具體工藝過程

        (1)鋼錠冶煉:電爐精煉+鋼包精煉+真空脫氣。采用35 t鋼錠模澆鑄,鋼錠脫模后熱轉(zhuǎn)至鍛壓車間裝爐加熱。

        (2)鍛造過程:此工藝使用鋼錠26 t,在50 MN壓機(jī)上鍛造完成。

        第1火:1250℃保溫15 h,鋼錠冒口端壓鉗把,倒棱,挫水口,鐓粗至?1950 mm,采用WHF鍛造法拔長,拔至八方1250 mm。

        第2火:1250℃保溫12 h,鐓粗至?2000 mm,圓至?1900 mm,壓肩如圖4所示,拔長Ⅱ、Ⅲ部至?1550,如圖5所示,剁鉗把,平端面。

        第3至4火:200℃保溫12 h,?650 mm實(shí)心沖頭沖盲孔,深600 mm,大端插入盲孔芯棒,拔長至一定長度,將坯料開口向上直立豎起,再將芯棒插入盲孔,用壓機(jī)壓下芯棒。壓下適當(dāng)深度后,橫下坯料,伸芯棒拔長,如此反復(fù),直至鍛至鍛件尺寸,精整,校直,出成品。

        1.7 工藝控制要點(diǎn)及注意事項

        (1)第一火拔長使用寬平砧,嚴(yán)格按照WHF工藝參數(shù)拔長,并在1250℃保溫,從而滿足中心壓實(shí)的三個條件:良好的應(yīng)力狀態(tài)(壓應(yīng)力)、合適的應(yīng)變條件(大壓下量)和促使壓實(shí)、焊合的溫度場(高溫)。從而打碎鋼錠鑄態(tài)組織,壓實(shí)焊合鋼錠內(nèi)部缺陷,保證鍛件滿足無損檢測要求。

        (2)沖盲孔后沖頭容易發(fā)生抱死現(xiàn)象,不易從盲孔拔出,故設(shè)計沖頭拔模斜度≥10°,底面圓角半徑≥100 mm。

        (3)為利于拔出芯棒,芯棒錐度應(yīng)大于1∶20;為減輕盲孔底部的折疊,芯棒頂端與側(cè)面圓滑過渡,圓角半徑≥100 mm。

        (4)將坯料鍛制成臺階圓坯,先拔出小頭端臺階,以減少后續(xù)小頭端變形量,節(jié)省火次。然后用專用沖頭沖盲孔,盲孔深度不宜太大。將專用芯棒伸入盲孔后進(jìn)行沖拔時,芯棒要緊緊頂住盲孔頂部。芯棒頂部若不頂緊盲孔底部,易造成盲孔底部折疊。

        (5)由于壓機(jī)上下行程限制,缸體長度沖盲孔時不能太長,此缸體沒有超行程。

        鍛造完成后經(jīng)過一次正回火,晶粒度達(dá)到5級,無損檢測滿足SEP 1921—1984 Gr.3 CLASS Cc級,力學(xué)性能ReL為761 MPa,Rm為958 MPa,A為12%,Z為48%,KU2為54 J,性能滿足客戶要求,本次試驗(yàn)取得成功。

        2 結(jié)束語

        通過鍛盲孔鍛造工藝設(shè)計,本鍛件節(jié)約原材料5 t,減少了機(jī)加工工時80 h,并使鍛件保持了良好的金屬纖維流線,為盲孔類鍛件鍛造工藝設(shè)計積累了經(jīng)驗(yàn)。

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