彈射止動器殼體成形工藝優(yōu)化

■ 袁牧雨 夏懷樹

1 概述

30CrNi2MoVA 鋼是一種利用鉬釩碳化物強化的低合金結構鋼，適于制造截面厚度不大在高溫回火后使用的零件，也常用于制造截面厚度小于50mm 的高強度構件。因此，除兵器工業(yè)生產(chǎn)中已被廣泛使用外，航空工業(yè)生產(chǎn)中亦被采用，如導彈、火箭發(fā)射裝置生產(chǎn)。該鋼在我廠生產(chǎn)的某型產(chǎn)品部件中被采用，如彈射止動器殼體[1-3]。該材料可鍛性比較好，最佳鍛造溫度范圍比較寬（850～1160℃）。

本文研究的30CrNi2MoVA 鋼彈射止動器殼體其外形結構較為復雜，成形難點主要位于“牛角型”底部，在實際生產(chǎn)中出現(xiàn)的主要問題為夾傷嚴重，出坯復雜且不穩(wěn)定，制坯及模鍛火次多，坯料及鍛件打磨量巨大，這些嚴重地影響了鍛件生產(chǎn)進度。因此，為研究該彈射止動器殼體的成形過程以解決上述問題，本文對其進行了工藝分析與優(yōu)化設計，進而指導實際生產(chǎn)，加快生產(chǎn)進度，制備出合格鍛件。

2 初始工藝方案的制定

2.1 彈射止動器殼體鍛件圖的制定

根據(jù)零件圖及其技術要求繪制鍛件圖（圖1）。鍛件結構較復雜，具有窄長的“牛角型”構造，出坯復雜且不穩(wěn)定、底部牛角尺寸制坯難以控制，鍛件外形底部牛角型為非加工面。

圖1 彈射止動器殼體鍛件圖

2.2 工藝方案的制定

該鍛件總長度約為144mm，最寬處度約為240mm，長寬比達到0.6，外形結構較為復雜。通過對其進行工藝分析，確定工藝為自由鍛出坯加模鍛成型。由于鍛件的形狀特殊性，出坯過程中存在兩個主要難點：①鍛件中牛角部位較難成形，因此在自由鍛過程中必須要成形出“牛角型”底部，如果制坯不合理，尺寸不到位會造成該部位填充不完全。②鍛件底部形狀復雜。制坯過程極易出現(xiàn)夾傷，制坯火次多，坯料及鍛件打磨量大，如果制坯不合理，會造成該部位終鍛成形時也容易產(chǎn)生夾傷，影響產(chǎn)品質(zhì)量，增加模鍛火次，嚴重影響生產(chǎn)進度。

因此，綜合對該鍛件各部位成形難易程度的分析，并依據(jù)模具設計手冊[4]及實際生產(chǎn)經(jīng)驗,初定其成形工藝方案為：（3 火次回火制坯+排傷）+（3～4火次模鍛成型+排傷）。經(jīng)計算確定初始下料規(guī)格為Φ90mm×230mm。自由鍛設備為750Kg 自由鍛錘。終鍛成形設備為5T 模鍛錘。

3 成形結果分析

3.1 初始方案結果分析

對初定工藝方案進行實際鍛造分析。鍛件坯料成形效果很不理想，底部尺寸難以控制，且在過渡區(qū)根部夾傷嚴重，而且也會導致模鍛出現(xiàn)夾傷及打不滿現(xiàn)象，需要多次排傷、多火次制坯及模鍛，增加報廢風險和工作量與機加費用，延緩生產(chǎn)進度。

在該鍛件成形過程中，導致模鍛成形困難的因素總結如下：①坯料制坯困難，尺寸難以控制，制坯坯料穩(wěn)定性較差?！芭＝切汀迸髁吓c模具不契合，成形過程易產(chǎn)生夾傷及充型不滿現(xiàn)象。②機加去除制坯夾傷后，模鍛尺寸不足并未從根本上解決夾傷問題，導致終鍛時再次出現(xiàn)夾傷。

3.2 優(yōu)化設計

對初定工藝方案的分析可知，彈射止動器殼體制坯缺陷大，嚴重影響最終模鍛件的成形周期。因此，針對上述明顯的缺陷做出必要的優(yōu)化設計。

⑴ 制作胎模，優(yōu)化制坯，減少打磨（圖2）。將原始棒料放在胎模中經(jīng)一次鍛造制坯且無夾傷，顯著降低火次，節(jié)約時間成本。

圖2 胎模實物圖

⑵ 底部做圓，便于模鍛。將胎模底部做圓，頂部橢圓這樣制出的坯料與終鍛模具高度契合，避免模鍛時容易出現(xiàn)夾傷的問題。

⑶ 觀察模鍛毛邊分布，減少火次。根據(jù)所制坯料的模鍛件毛邊分布情況更改倉部容料，減少火次，這樣可明顯提高鍛造效率。

針對上述改進方案，進行制坯過程分析。與初始方案相比，可明顯看到過渡區(qū)圓滑無夾傷。將改進后的坯件放入終鍛模膛中進行成形分析。優(yōu)化后的最終鍛件成形質(zhì)量良好，各部位充填飽滿。制作彈射止動器殼體51 件，抽樣20 件進行尺寸檢測，抽樣合格率100%。完全達到圖紙要求。各項性能指標檢測合格，符合力學性能要求。這說明工藝優(yōu)化取得顯著效果。

4 結論

用此工藝工裝已成功生產(chǎn)出符合要求的鍛件，因此工藝制定和模具設計達到了預期目標，可以為鋼質(zhì)彈射止動器殼體成形提供有益參考。此工藝方法優(yōu)點為：

(1) 確定該鍛件成形工藝為：一火次胎模鍛+一火次模鍛成形。同時，減少了回火次數(shù)，節(jié)約了時間成本和機加成本，顯著提高了生產(chǎn)效率。

(2) 針對該坯件底部易出現(xiàn)夾傷和充型不滿等問題，在自由鍛時增加胎模，控制坯料尺寸和形狀，從而避夾傷和充型不滿的材料問題。

(3) 制坯后模鍛成形工藝完全能夠?qū)崿F(xiàn)鋼質(zhì)彈射止動器殼體零件成形，并能保證尺寸和性能要求，成品率達到100%。

(4) 模鍛能夠保證金屬流線的完整，細化晶粒，提高工件的性能。優(yōu)化后進行實際生產(chǎn)驗證，結果表明，彈射止動器殼體成形質(zhì)量良好，無明顯缺陷，符合產(chǎn)品的使用要求。