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        一種核電凸緣輪轂的自由鍛鍛造方法

        2021-11-12 14:32:44胡兆明常州市雙強機(jī)械制造有限公司
        鍛造與沖壓 2021年21期
        關(guān)鍵詞:工藝

        文/胡兆明·常州市雙強機(jī)械制造有限公司

        錢云杰·江蘇恒立液壓股份有限公司

        王平懷·寶雞石油機(jī)械有限責(zé)任公司

        本文通過對核電凸緣輪轂鍛件的分析,從理論上對核電凸緣輪轂鍛件的鍛造可行性進(jìn)行探討。結(jié)合鍛造廠的生產(chǎn)實際,制定鍛造工藝。從下料、加熱、鍛造、鍛后處理、檢驗進(jìn)行規(guī)范,分析鍛造變形過程的可行性。確保鍛出形狀,保證鍛件力學(xué)性能,提高鍛件的質(zhì)量,為高質(zhì)量的核電凸緣輪轂提供質(zhì)量保證。

        我公司是集自由鍛、模鍛、機(jī)械加工為一體的綜合性企業(yè)?,F(xiàn)擁有5噸電液錘、6500mm輾環(huán)機(jī)組、5000t油壓機(jī)等設(shè)備,具有CCS、ABS船級社認(rèn)證,生產(chǎn)應(yīng)用于風(fēng)電、航天、船舶、工程機(jī)械的精密模鍛件,同時生產(chǎn)各種大型自由鍛件。

        工藝分析

        凸緣輪轂是我公司為國內(nèi)某公司供應(yīng)的一種核電配件。數(shù)量少,質(zhì)量要求高,對鍛件的力學(xué)性能及無損探傷都有很高的要求。鍛造是改善鍛件內(nèi)部質(zhì)量的關(guān)鍵工序,鍛件質(zhì)量直接影響凸緣輪轂的整體重量。我們從下料、加熱、鍛造過程、鍛后正火、冷卻等方面進(jìn)行全方位的控制,鍛出了質(zhì)量合格,外形滿足用戶要求的優(yōu)質(zhì)鍛件。

        凸緣輪轂的形狀如圖1所示,它的形狀為大圓盤帶一個凸起的小圓盤,中間一個孔。產(chǎn)品質(zhì)量要求高,鍛造難度大。以往的工藝是鍛成圓餅,目前,客戶提出更高的要求,要求我們鍛出凸緣,并且不承擔(dān)模具費用。為了滿足用戶要求,提高鍛件質(zhì)量,我們經(jīng)過分析對凸緣輪轂的鍛造提出了三種方案。

        圖1 零件圖

        方案一:鍛一個圓餅,中間沖一個孔,鍛件為一個圓盤。該鍛造過程簡單,有利于成形。但是鍛件重量需要達(dá)到10964kg,不符合用戶要求。

        方案二:設(shè)計制作一個鍛造漏盤模具,利用模具成形凸緣,這需要加工一個模具。鍛造過程比方案一略復(fù)雜,鍛件重量7333kg,節(jié)約3631kg。但需要制作一個漏盤模具,模具重3600kg。

        方案三:利用自由鍛的方法,通過一定的鍛造過程,鍛出凸緣,節(jié)約了模具費用。鍛造過程比方案一和方案二都復(fù)雜,重量與方案二相仿。此方案既達(dá)到減輕重量的目的,又不需要模具,但對鍛造技術(shù)要求高,需要制定完備的工藝方案。

        根據(jù)零件形狀對產(chǎn)品的鍛造可行性進(jìn)行分析,制定一種凸緣輪轂的自由鍛工藝方法,采用方案三,解決了方案一中存在的不合理、不科學(xué)的工藝而導(dǎo)致成品材料利用率低的問題。省去了方案二中需要的模具加工。

        鍛造工藝的原理是,利用一些簡單的鍛造輔助工具,采用獨特的工藝方法進(jìn)行鍛造加工。所制備的凸緣輪轂鍛件沿成品外形成形,能夠保持鍛件的完整流線;其力學(xué)性能指標(biāo)優(yōu)于方塊進(jìn)行機(jī)械加工件;節(jié)省原材料,降低成本提高質(zhì)量。

        凸緣輪轂所用材料為45鋼。由于鍛件形狀獨特,自由鍛鍛出凸緣難度大。根據(jù)本體的零件特點,結(jié)合鍛造廠的生產(chǎn)實際情況,研究制定鍛造工藝方案,研究鍛造的可行性。

        進(jìn)行鍛造工藝設(shè)計,鍛件最大限度接近零件形狀。編制鍛造工藝鍛件圖、鍛造工序工步圖,選擇鍛造工藝參數(shù):下料規(guī)格、重量、鍛造溫度、設(shè)備、冷卻、鍛后處理等。嚴(yán)格按工藝執(zhí)行,保證鍛造順利進(jìn)行,滿足鍛造工藝要求。

        生產(chǎn)工藝流程

        計算鍛件重量、下料重量

        根據(jù)鍛造工藝鍛件圖(圖2)計算鍛件重量,就是密度乘以體積,并考慮鍛件的過渡部分的不平等因素,考慮沖孔芯料等。綜合考慮計算出鍛件重量為6793kg;下料為7333kg。由于沖孔會產(chǎn)生芯料損失,芯料重量為60kg。6793+60=6853kg。按三火次鍛造,火耗為1.07。

        6853×1.07=7333kg。而鍛造圓餅的重量為10187kg,加上沖孔芯料和火耗下料重量為10964kg。新的鍛造工藝方法比較以往的工藝方法單件節(jié)約原材料10964-7333=3631kg 。

        下料規(guī)格的選取

        采用10.5噸鋼錠為原材料,材料為45鋼,鋸切下料并充分切除水口及冒口,重量約7340kg,利用率為70%。一般的工藝方法是采用工裝熱切,我們采用加熱前進(jìn)行鋸切,用鋸床將水口、冒口鋸除,留下錠身,進(jìn)爐加熱。注意觀察鋼錠表面有無缺陷,若發(fā)現(xiàn)缺陷立即磨除。

        設(shè)備與加熱

        根據(jù)鍛造設(shè)備的鍛造能力,鍛件需要的鍛造噸位和鍛造廠的實際情況,并考慮鍛造工人的素質(zhì),選取5000噸壓力機(jī)。加熱設(shè)備選取天然氣室式爐,根據(jù)鍛件材料(45鋼)始鍛溫度為1200℃,終鍛溫度為850℃。

        根據(jù)鍛造工藝鍛件圖2,考慮到零件的復(fù)雜程度和變形過程,選取鍛造火次為3火次。根據(jù)鍛件材料(45鋼),原材料形式(鋼錠)和鍛件的有效散熱面積,鍛后冷卻采用鍛后控制處理。

        圖2 鍛件圖

        加熱前錠身在加熱爐門口靜置5小時,然后再進(jìn)爐加熱。為了避免冷熱鋼錠同時加熱,將爐內(nèi)其他鍛坯加熱完畢后,清爐降溫,保證凸緣輪轂用料獨自一爐加熱。鋼錠直徑大頭約φ970mm,小頭φ910mm,首先,設(shè)定爐溫為700℃,鋼錠進(jìn)爐保溫3小時;經(jīng)過1.5小時升溫,爐溫升到850℃,保溫2小時;最后經(jīng)2小時升溫達(dá)到爐溫1250℃,保溫4小時,總加熱時間12.5小時。鋼錠應(yīng)充分加熱透,方可出爐進(jìn)行鍛造。當(dāng)溫度低于終鍛溫度850℃時,必須停鍛,入爐重新加熱方可出爐進(jìn)行鍛造。

        坯料出爐,操作機(jī)夾持鋼錠,進(jìn)行倒棱,倒去棱角后焊合鋼錠皮下缺陷,此步驟可防止鍛件開裂。

        鍛造工藝過程

        鋼錠整個鍛造過程如下,成品鍛件如圖3所示。

        圖3 成品鍛件圖

        ⑴鋼錠倒棱角后尺寸為φ900mm×1430mm,鐓粗到φ1300mm×685mm,鍛造比為2。

        ⑵然后將鋼錠拔長到φ900mm,鍛造比為2。

        ⑶再次鐓粗到φ1300mm,鍛造比為2。

        ⑷然后將鋼錠拔長到φ1000mm,鍛造比為1.7。

        ⑸再次鐓粗到φ1780mm,鍛造比為3.1。僅鐓粗鍛造比達(dá)到7.1時,鍛造比滿足要求,鍛件技術(shù)協(xié)議要求鍛造比大于6,鋼錠充分鍛透。

        ⑹用φ350mm沖頭沖制φ350mm內(nèi)孔。

        ⑺用φ25mm圓鋼焊一個內(nèi)徑為φ780mm的圓環(huán)。圖4為壓痕圓環(huán),將壓痕圓環(huán)夾持放在圓餅上,調(diào)整好中心,輕壓深度約為10mm,目的是為隨后的鍛造定一個壓制基準(zhǔn)。

        圖4 壓痕圓環(huán)

        ⑻操作機(jī)夾持圓盤側(cè)邊一邊,以壓痕為基準(zhǔn)輕壓一下。然后轉(zhuǎn)動圓盤約30°依次以壓痕為基準(zhǔn)輕壓轉(zhuǎn)動一圈后,開始轉(zhuǎn)圈壓制。

        ⑼將邊緣一圈壓到厚度222mm,操作機(jī)夾持中間凸起,將圓盤立起,滾圓。

        ⑽修正到工藝尺寸。

        鍛后處理

        一般鋼錠鍛造完成后,由于鋼錠中含有有害氣體,需要進(jìn)行鍛后處理。為了防止白點的產(chǎn)生,鍛后采用等溫退火進(jìn)行去氫處理。白點是鍛件冷卻過程中產(chǎn)生的一種內(nèi)部缺陷,鋼錠中的氫在鍛造過程中來不及逸出,而殘留在材料中從而產(chǎn)生應(yīng)力,與鍛件冷卻過程中組織相變應(yīng)力共同作用使鍛件產(chǎn)生內(nèi)部缺陷,同時鍛造殘余應(yīng)力和溫度熱應(yīng)力對鍛件也有一定影響。因此,鍛造后首先要進(jìn)行去氫處理。

        鍛件鍛后要保持600℃以上入爐,爐溫控制在600℃。等待本批鍛件全部鍛完,都裝入退火爐后,進(jìn)行正式去氫處理。爐溫升至(640±20)℃,此溫度下等溫保溫30小時,充分進(jìn)行去氫處理,最后升溫到870℃進(jìn)行正火處理。

        結(jié)束語

        本批產(chǎn)品交付用戶,經(jīng)隨后的一系列尺寸檢驗、磁粉探傷、超聲波探傷、鍛件的力學(xué)性能檢驗,結(jié)果顯示鍛件完全符合用戶要求。說明我們設(shè)計的工藝過程是合理可行的,我公司采用自由鍛鍛造凸緣輪轂,合理利用工藝鍛出凸緣,節(jié)約了大量的原材料,降低了用戶的成本。使我公司在核電鍛件鍛造上邁上一個新的臺階,極大地提高了企業(yè)競爭力。

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