汽輪機(jī)用法蘭鐓鍛成形與模具設(shè)計(jì)

0 引 言

汽輪機(jī)是蒸汽熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的原動(dòng)機(jī)，其結(jié)構(gòu)包含各種類型的中小法蘭，數(shù)量多且質(zhì)量要求高。由于其在高溫、高壓條件下工作，法蘭零件要求采用鍛件，法蘭的傳統(tǒng)成形工藝一般采用自由鍛，利用簡(jiǎn)易工裝（如漏盤）人工鍛造成形，鍛造效率低、尺寸精度且成形質(zhì)量難以保證。按當(dāng)前產(chǎn)能需求，傳統(tǒng)制造方式對(duì)生產(chǎn)周期影響較大，為此對(duì)其進(jìn)行一模多件鐓鍛成形研究，以確保法蘭高效、高質(zhì)量生產(chǎn)。

1 鐓鍛成形原理

為驗(yàn)證一模多件鐓鍛成形及模具設(shè)計(jì)的可行性，采用鐓鍛技術(shù)制造法蘭毛坯，工作原理如圖1所示。利用模具將坯料中間桿部固定，然后在坯料兩端施加一定作用力，兩端部棒料在擠壓力作用下充滿型腔，一次成形2個(gè)法蘭毛坯，法蘭毛坯余量單面預(yù)留3 mm，棒料采用中頻感應(yīng)加熱，加熱時(shí)間短（1～2 min），氧化皮少，表面質(zhì)量良好且生產(chǎn)效率高，材料性能易保證。

2 法蘭毛坯設(shè)計(jì)

以汽輪機(jī)用典型法蘭為例，在零件圖上單面預(yù)留3 mm余量，如圖2所示，同時(shí)考慮法蘭鐓鍛時(shí)兩端棒料高徑比≤3，加大法蘭底徑處余量并進(jìn)行圓整處理。

3 鐓鍛工藝設(shè)計(jì)

在整個(gè)鐓鍛過(guò)程中只有左、右兩端金屬參與塑性變形，中間桿部不發(fā)生變形，鐓鍛工藝設(shè)計(jì)時(shí)需根據(jù)兩端變形部分（包括過(guò)渡圓角部分）坯料質(zhì)量，按成形體積不變?cè)瓌t核算相應(yīng)變形部分棒料長(zhǎng)度，然后加上無(wú)需變形的棒料長(zhǎng)度即為毛坯鐓鍛棒料總長(zhǎng)度。圖3所示為典型法蘭毛坯鐓鍛工藝尺寸，根據(jù)毛坯預(yù)放熱收縮量，采用1模2件對(duì)稱布置，中間預(yù)留20 mm鋸縫，以便于成形后從中間鋸開(kāi)。

4 鐓鍛模設(shè)計(jì)

模具結(jié)構(gòu)采用水平分模方式，沿鐓鍛坯料最大輪廓分模，分型面上不設(shè)置飛邊槽，模具也不設(shè)置脫模斜度。推料桿中心與鐓鍛壓力機(jī)中心重合，接近坯料幾何中心，上、下模之間采用定位銷定位，模具型腔尺寸與坯料尺寸一致。

（2）試制結(jié)果及分析。根據(jù)上述參數(shù)進(jìn)行法蘭鐓鍛試制，鐓鍛法蘭實(shí)物如圖8所示，毛坯軸頸

部位光滑無(wú)折疊，但兩端面存在明顯傾斜，端面厚度不足，主要由于所選棒料規(guī)格相對(duì)偏小，毛坯兩端受力鐓擠時(shí)變形部分棒料高徑比較大，棒料軸向變彎所致。

（1）工藝優(yōu)化。為改善第一次試制產(chǎn)生的端面傾斜缺陷，對(duì)模具桿部直徑進(jìn)行優(yōu)化，加大棒料桿部直徑至

90 mm，縮短變形部分棒料長(zhǎng)度，減小高徑比到2.5以下，避免鐓鍛過(guò)程中棒料彎曲變形，改善成形端面傾斜的缺陷。

（3）交流輸入，有備電：采取UPS+蓄電池的供電方式。這種方式能為信號(hào)源提供高質(zhì)量的交流電，并在市電停電時(shí)保證信號(hào)源的工作，適合對(duì)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量要求比較高，同時(shí)信號(hào)源為交流輸入的場(chǎng)景。

杰克和蘇婷婷回到住處，蘇婷婷說(shuō)：杰克，你聽(tīng)我解釋一下好嗎？杰克搖搖頭：N O，我不想聽(tīng)你解釋。蘇婷婷著急地：張陽(yáng)只是請(qǐng)我喝咖啡，真的！杰克點(diǎn)點(diǎn)頭：這我看見(jiàn)了，不用解釋。蘇婷婷又說(shuō)：我和張陽(yáng)什么都沒(méi)談，什么都沒(méi)做。杰克轉(zhuǎn)過(guò)身反問(wèn)：那你還要解釋什么？不是多此一舉嗎？蘇婷婷舒了一口氣：杰克，你相信我了。杰克抱起蘇婷婷，熱烈地：我相信你，愛(ài)是不需要解釋的。蘇婷婷抱住杰克：杰克，你比中國(guó)男人好，我愛(ài)你。

5 法蘭鐓鍛試生產(chǎn)

5.1 首次試制

（1）參數(shù)設(shè)定。根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)圓鋼余料，選擇棒料規(guī)格

80 mm×575 mm進(jìn)行試制，材料為0Cr17Ni12Mo2，始鍛溫度為1 150℃，終鍛溫度為850℃，鐓鍛機(jī)參數(shù)設(shè)置如表1所示，根據(jù)工藝設(shè)置左、右沖頭及上模的起始位置及最終位置。

如此，她對(duì)秦川的想念，牽掛，體貼，服侍，取悅，愛(ài)，全都有了理由。她愛(ài)的不是秦川，而是男人。她需要的亦不是秦川，而是男人。惡毒的工廠讓她的思想、情感以及行為變得極其簡(jiǎn)單——為服侍和取悅她的顧客而存在，便是她活著的全部意義。

5.2 優(yōu)化試驗(yàn)

從模塊化及制造成本考慮，采用分體式模具方案，即設(shè)計(jì)1套通用的模座（見(jiàn)圖4）用于與設(shè)備緊固、定位，不同規(guī)格的法蘭模具（見(jiàn)圖5）嵌入到模座中（見(jiàn)圖6），減小模具模塊尺寸（整體模塊截面尺寸600 mm×210 mm，分體模具模塊截面尺寸：330 mm×170 mm），縮短了模具模塊制造時(shí)間，降低了制造成本，且可實(shí)現(xiàn)法蘭模具快速安裝與拆卸，同時(shí)模座上端面低于上、下模分型面，避免模具合模時(shí)產(chǎn)生干涉，裝配結(jié)構(gòu)如圖7所示。

數(shù)學(xué)運(yùn)算是貫穿整個(gè)學(xué)業(yè)生涯乃至人一生的素養(yǎng)，在高考中強(qiáng)化對(duì)數(shù)學(xué)運(yùn)算素養(yǎng)的考查，有利于進(jìn)一步發(fā)展學(xué)生的運(yùn)算求解、有效借助運(yùn)算方法解決實(shí)際問(wèn)題的能力．因?yàn)閿?shù)學(xué)是一門非常嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)科，因此對(duì)數(shù)學(xué)運(yùn)算的準(zhǔn)確性要求非常高，不容許有任何的差錯(cuò)，在某種程度上，這也決定了對(duì)學(xué)生的要求，要求他們養(yǎng)成一絲不茍、嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)精神，以及規(guī)范化思考問(wèn)題的品質(zhì)．

（2）優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果及分析。鐓鍛參數(shù)設(shè)置與第一次試制一致，針對(duì)左、右沖頭及上模的起始位置按工藝參數(shù)進(jìn)行設(shè)置即可。優(yōu)化試驗(yàn)鐓鍛法蘭及分割后實(shí)物如圖9所示，成形尺寸滿足技術(shù)要求，表面質(zhì)量良好，且法蘭兩端面無(wú)傾斜，法蘭盤與中間桿部同軸度較好。

6 經(jīng)濟(jì)性分析

雖然鐓鍛模設(shè)計(jì)復(fù)雜、制造周期長(zhǎng)，但法蘭需求量大，批量化生產(chǎn)單件分?jǐn)偝杀据^低，以典型法蘭為例，采用自由鍛與鐓鍛制造的數(shù)據(jù)對(duì)比如表2所示。從表2可以看出，采用鐓鍛工藝，該法蘭每件可節(jié)約原材料14.9-25.6/2=2.1 kg，按目前生產(chǎn)量，每年可節(jié)約（原材料單價(jià)按30元/kg計(jì)算）56.7萬(wàn)元左右，此外，鍛造時(shí)間及淬火次數(shù)都將減少，可縮短法蘭制造時(shí)間及降低相應(yīng)的能源費(fèi)用。

7 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)法蘭一模多件鐓鍛成形研究，驗(yàn)證了法蘭鐓鍛成形的可行性，并實(shí)現(xiàn)了批量化生產(chǎn)。通過(guò)實(shí)際生產(chǎn)試制，鐓鍛法蘭零件滿足工藝要求，表面質(zhì)量光滑且無(wú)缺陷，節(jié)約了原材料及生產(chǎn)時(shí)間，提高了法蘭制造效率。分體式的鐓鍛模結(jié)構(gòu)可通用于汽輪機(jī)其他法蘭、葉片結(jié)構(gòu)的鐓鍛制坯，模塊化結(jié)構(gòu)通用性強(qiáng)，降低模具制造成本的同時(shí)可實(shí)現(xiàn)模具快速安裝與拆卸。

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