帶翼瓦形鍛件鍛造工藝研究

鄧正華　孫　嫘　石玉萍　趙　剛

(中國第二重型集團(tuán)公司大型鑄鍛件研究所，四川618013)

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帶翼瓦形鍛件鍛造工藝研究

鄧正華孫嫘石玉萍趙剛

(中國第二重型集團(tuán)公司大型鑄鍛件研究所，四川618013)

摘要：通過分析帶翼瓦形鍛件特征，結(jié)合機(jī)械加工、熱處理要求，制定合理的鍛造成形方案，降低鍛件制造成本并生產(chǎn)出合格鍛件產(chǎn)品。

關(guān)鍵詞：帶翼瓦形鍛件；鍛造工藝；數(shù)值模擬

某裝置零部件形狀尺寸簡圖如圖1所示，零件材質(zhì)35CrMo，成對使用，執(zhí)行NB/T 47008標(biāo)準(zhǔn)，具有嚴(yán)格的非金屬夾雜物和低倍組織缺陷檢驗要求。鍛件按NB/T 47013執(zhí)行無損檢測，檢測靈敏度?2 mm，不允許超過?3 mm的單個缺陷存在。

圖1　帶翼瓦形鍛件零件圖Figure 1　The part drawing of semicircular forging with wings

1鍛件分析

根據(jù)鍛件制造技術(shù)要求，該產(chǎn)品需經(jīng)鍛造、粗加工、調(diào)質(zhì)、精加工等工序。按鍛件產(chǎn)品的常規(guī)技術(shù)準(zhǔn)備流程，首先在考慮變形、性能、晶粒度等問題的基礎(chǔ)上完成調(diào)質(zhì)粗加工圖，然后在此基礎(chǔ)上完成鍛造工藝的制定，確定其成形方式。

本鍛件調(diào)質(zhì)熱處理采用隨形方案，其調(diào)質(zhì)狀態(tài)形狀與零件圖相同，而鍛造工藝的首要任務(wù)則是保證鍛件成形質(zhì)量，其次是在綜合產(chǎn)品數(shù)量、工附具要求、成形可行性等因素的基礎(chǔ)上選擇最佳鍛件設(shè)計及工藝流程[1]。按圖1，鍛件最大外輪廓呈長方體，兩翼上方和中間圓孔處屬鍛件余塊區(qū)，在設(shè)計鍛件圖時應(yīng)盡可能減少余塊區(qū)域，以降低鋼水使用量和后續(xù)切削加工量，但同時會增加鍛造的難度，實際制作時需考慮平衡。

2鍛造成形工藝方案分析

根據(jù)上述分析，可用于鍛造該鍛件的典型成形方案簡述如下。

2.1胎膜鍛造成形法

此方法鍛件形狀與零件基本保持一致，需借助一定的成形模才能完成，可得到最佳的鍛件狀態(tài)。但由于采用模具制造，需要考慮模具的制造成本，因此對零件的數(shù)量有嚴(yán)格的要求，太少的數(shù)量反而會提高鍛件的制造成本。根據(jù)測算，采用此方法成形鍛件重量約4 t，模具重量約12 t。由于成形模受力狀況簡單，材料選擇要求不高，一般材質(zhì)(如普通碳素鋼，低合金鋼等)即可?？梢灶A(yù)見，模具材料的噸生產(chǎn)成本與產(chǎn)品幾乎相當(dāng)。

方案采用壓鉗口、主變形(鐓粗+WHF法拔長)、制坯、模具成形的生產(chǎn)流程完成鍛件制造，其重點(diǎn)在于成形模具的設(shè)計及成形前坯料的制備，而鍛件的鍛透壓實則主要依靠主變形來完成。同時，我們采用DEFORM-3D軟件對鍛件的成形過程進(jìn)行了數(shù)值模擬分析，并通過優(yōu)化模具結(jié)構(gòu)及坯料，實現(xiàn)了鍛件充分小余量成形(圖2)。

2.2傳統(tǒng)鍛造成形法

該方法基于鍛件主要截面及外形構(gòu)思，是此類大型自由鍛件最常用的鍛造成形方法之一，工藝成熟，質(zhì)量穩(wěn)定，具有豐富的生產(chǎn)經(jīng)驗。按我廠實際生產(chǎn)情況，本文鍛件如圖3所示，毛坯重量約6 t。鍛造成形分為壓鉗口、主變形壓實拔扁方分料、鍛出成品等主要火次。該成形方法結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)場工附具情況和操作可行性，將兩翼上方兩端部位設(shè)為鍛造余塊，中部則通過正三角分料予以鍛出，最大程度接近粗加工尺寸。但仍由于受現(xiàn)場條件限制使得鍛件兩翼端部需增加鍛造余塊(圖4)，這既增加了鍛件重量，也增加了坯料所需鋼水量，同時還增加了后續(xù)切削加工量，適用于單件大型鍛件生產(chǎn)。

圖4　兩翼鍛造余塊(陰影部分)Figure 4　The forging accessorial block of two wings (shaded area)

2.3扁八方鍛造法

當(dāng)前，自由鍛件市場競爭日趨激烈，各制造企業(yè)都在大力降低制造成本，提高效益。為此，我們結(jié)合該鍛件實際情況，將傳統(tǒng)鍛造成形方法進(jìn)行了改進(jìn)，消除了圖4所示余塊區(qū)，降低了鍛件重量和鋼水重量，減少了后續(xù)切削加工。

在鍛件圖的設(shè)計上，考慮零件數(shù)量成對出現(xiàn)，故采用兩件零件倍尺合鍛的方式進(jìn)行鍛造，鍛件圖見圖5。在此方案下，調(diào)質(zhì)熱處理時也可采用整體方式(圖6)進(jìn)行，然后再通過機(jī)械加工的方式完成零件分割，這樣既可以省料，也可以減少調(diào)質(zhì)時的變形程度。

圖5　扁八方鍛件圖Figure 5　The drawing of forging with different dimensions on two sides

圖6　粗加工調(diào)質(zhì)狀態(tài)圖Figure 6　The rough machining drawing of quenched and tempered forging

在此方案中，鍛件形狀已經(jīng)與零件十分接近，其鍛件重量約5.2 t。鍛件成形經(jīng)壓鉗口、主變形壓實(鐓粗+WHF法拔長)、拔圓下料、鐓粗沖孔、芯軸拔八方、修整等幾步完成。同時，為分析鍛件成形方案可行性，我們基于DEFORM數(shù)值模擬軟件對其成形過程進(jìn)行相關(guān)計算模擬，對鍛造成形工藝的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行修正，確保鍛造方案有效可行。

3討論

本文所述三種鍛造方案均可以滿足生產(chǎn)需求，其適用性需要根據(jù)產(chǎn)品的數(shù)量信息、設(shè)備工附具條件、制造成本等諸多因素進(jìn)行選擇，三種鍛造工藝方案的對比信息見表1。

通過上述對比可看出，三種方案各有優(yōu)缺點(diǎn)及各自的適用范圍。結(jié)合本次產(chǎn)品情況，我們認(rèn)為：第一方案需投專用工裝，工裝重量接近12 t，而模具材料的選用與產(chǎn)品相當(dāng)，實際節(jié)約有限；第

二方案鍛件重量為三者之中最重，從材料利用角度可將之考慮為次選方案之一；第三方案鍛件重量適中，且零件數(shù)量為雙，滿足成形條件，而鍛件成形僅需通用工裝即可完成。綜上所述，我們選用第三方案作為本文鍛件的最終成形方案。

表1　三種鍛造工藝方案的對比Table 1　Comparison of three forging processes

4結(jié)論

(1)胎膜鍛造成形法最大程度反映了鍛件形狀，材料利用率最高，鍛件性能好，但因需要采用專用成形模具，當(dāng)有大量產(chǎn)品支撐時才能真正體現(xiàn)其在制造上的優(yōu)勢。

(2)傳統(tǒng)鍛造成形法僅對鍛件形狀做了簡單處理，鍛件重量最重，材料利用率最低，經(jīng)濟(jì)性最差，適用于單件產(chǎn)品生產(chǎn)。

(3)扁八方鍛造成形法基于傳統(tǒng)鍛造成形法改進(jìn)，材料利用率適中，鍛件質(zhì)量受控，不需考慮其他專用工裝附具，適用于零件數(shù)量為雙的小批量鍛件生產(chǎn)。

(4)帶翼瓦形鍛件形狀特殊，考慮鍛件成形方案時需綜合考慮各方因素，結(jié)合鍛件形狀、材質(zhì)、數(shù)量以及生產(chǎn)工裝附具，從降低成本、減小風(fēng)險方向選用適用的鍛造成形方案。

參考文獻(xiàn)

[1]呂炎.鍛造工藝學(xué).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995.

編輯杜青泉

Research on Forging Process of Semicircular Forging with Wings

Deng Zhenghua,Sun Lei,Shi Yuping,Zhao Gang

Abstract：By analyzing the characteristics of semicircular forging with wings on the main body,a reasonable forging process has been prepared combining with the requirements of machining and heat treatment process.Meanwhile,the manufacturing cost of forgings has been reduced,and the qualified forging has been produced eventually.

Key words：semicircular forging with wings;forging process;numerical simulation

收稿日期：2015—12—22

中圖分類號：TG316

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B