BD 輥近終鍛成形鍛造工藝研究

文/李建輝，韓宇樂·中鋼集團(tuán)邢臺機(jī)械軋輥有限公司

BD 輥?zhàn)鳛檐堉粕a(chǎn)時的第一道輥，工作條件比較惡劣，軋輥板坯溫度一般在1000℃左右，軋制的同時還受到冷卻水的冷卻，因此對BD輥性能要求較高，輥面需具備很高的耐磨、耐熱、耐沖擊能力。合理的設(shè)計產(chǎn)品鍛造工藝成為提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本的關(guān)鍵。

本研究通過對鍛造工藝進(jìn)一步優(yōu)化，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)采用數(shù)值模擬技術(shù)，制定BD 輥近終鍛成形工藝方案，保證鍛件生產(chǎn)過程的穩(wěn)定受控，大幅降低產(chǎn)品制造成本，實(shí)現(xiàn)工藝降本增效的同時提升鍛件產(chǎn)品質(zhì)量。

研制過程

目前，對于BD 輥鍛造在設(shè)計鍛件圖時，輥身一般均按平輥鍛造，粗加工時為了保證產(chǎn)品質(zhì)量硬度指標(biāo)及使用要求，需要開槽后再進(jìn)行熱處理，不但浪費(fèi)原材料，而且浪費(fèi)加工臺時及加工成本。因此針對BD 輥可以考慮根據(jù)輥身成品的孔形形狀及尺寸情況分臺階或采用凹檔鍛造，最大限度接近孔形形狀鍛造出輥坯，節(jié)約原材料和加工成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

毛坯設(shè)計

針對產(chǎn)品形狀及尺寸進(jìn)行梳理，根據(jù)產(chǎn)品孔形部位設(shè)計鍛件毛坯圖，盡可能地減少加工量，降低產(chǎn)品原材料使用量，同時設(shè)計毛坯余量應(yīng)滿足產(chǎn)品性能處理要求，保障毛坯鍛造生產(chǎn)時的可操作性及毛坯尺寸精度的可控性，結(jié)合產(chǎn)品尺寸規(guī)格及精度操作控制，最終選擇使用80MN 油壓機(jī)搭配125t 操作車生產(chǎn)。

工藝研究過程的主要難點(diǎn)及解決方案

⑴鍛件形狀復(fù)雜，無成熟生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。該鍛件不同于傳統(tǒng)臺階軸類件，需采取孔形凹檔鍛造，實(shí)際生產(chǎn)凹檔時，易出現(xiàn)凹檔尺寸不完全受控，不滿足工藝尺寸要求，同時刻印生產(chǎn)時產(chǎn)品鍛造表面質(zhì)量不一致，容易引起產(chǎn)品加工問題。

解決措施：通過多次鍛造試驗(yàn)，分析認(rèn)為專用砧圓角越小，專用砧與刻槽寬度間隙越小，槽幫和槽底形狀越規(guī)則。結(jié)合R40mm 圓角單邊間隙20mm 壓下結(jié)果，根據(jù)模擬認(rèn)為先刻印，單邊間隙≤10mm 最好。

⑵鍛件凹檔鍛造需使用專用工具，工具更換時間長，鍛件溫度下降明顯，變形抗力大。一般鍛造生產(chǎn)中，更換鍛造工具時，采用的是同時更換上下砧的方式，此時需要摘上錘頭，該方式耗費(fèi)時間長，更換效率低，更換時還需要重新找正定位孔的位置，十分繁瑣。對于大型鍛件的鍛造工藝來說，更換工具用時越長，鍛件表面的熱量流失越多，鍛造溫度降低的越多，也就意味著留給生產(chǎn)的時間越短，鍛件表面的質(zhì)量會有一定的波動，一方面對實(shí)際的生產(chǎn)造成了很大影響，另一方面也增加了鍛件產(chǎn)品質(zhì)量不合格的風(fēng)險。

解決方案：結(jié)合現(xiàn)場生產(chǎn)設(shè)備的實(shí)際情況，設(shè)計了上懸掛式專用砧，掛于80MN 油壓機(jī)上平砧進(jìn)行生產(chǎn)。為了便于BD 輥的生產(chǎn)，在需要使用不同規(guī)格的工具時，只需要簡單更換砧塊而無需更換上錘頭，簡單快速的更換工具，且可以上下砧塊同時使用，相比只使用下砧塊，該裝置極大提高了鍛造效率，減少了生產(chǎn)用時。

根據(jù)BD 輥孔形尺寸設(shè)計涵蓋200 ～400mm 多個系列寬度的組合砧型，如圖1 所示。設(shè)計專用上砧機(jī)構(gòu)及配套掛鉤，實(shí)現(xiàn)不同寬度砧型與上砧機(jī)構(gòu)的組合使用，除此之外上砧機(jī)構(gòu)同時兼具大砧寬開坯鍛造功能，如圖2 所示。

圖1 BD 輥專用組合砧示意圖

圖2 BD 輥專用上砧機(jī)構(gòu)示意圖

生產(chǎn)驗(yàn)證

經(jīng)模擬后確定了生產(chǎn)工藝，確定預(yù)留30mm刻印，刻印深度100mm，然后上下砧壓槽鍛造，生產(chǎn)過程照片如圖3 所示。

圖3 生產(chǎn)過程照片

通過試驗(yàn)生產(chǎn)認(rèn)為利用上下專用砧鍛造孔形輥可行，比單獨(dú)使用上平+下面專用砧生產(chǎn)效率提高一倍，尤其對于多個孔形的鍛造特別適用，生產(chǎn)效率明顯提高，原來鍛造單個孔形約12 分鐘，那么生產(chǎn)3 個孔形需約36 分鐘，若用上下專用砧鍛造則可以減少生產(chǎn)時間約18 分鐘。

為了了解終鍛成形孔的組織及性能情況，先后對孔形輥槽底和槽幫進(jìn)行現(xiàn)場金相檢測，圖4 為產(chǎn)品粗加圖，其中2處為鍛造出的槽底，4處為加工出的槽底，1 處為外圓表面，3 處為表面深度27.5mm 處。金相檢測對比發(fā)現(xiàn)鍛造孔形處組織晶粒更加細(xì)小，性能相對更好，金相照片如圖5、圖6、圖7、圖8 所示。

圖4 產(chǎn)品局部粗加圖

圖5 1 處金相檢測照片

圖6 3 處金相檢測照片

圖8 4 處金相檢測照片

結(jié)束語

針對孔形輥特殊形狀實(shí)現(xiàn)近終成形鍛造，軋輥毛重降低，可以節(jié)約大量原材料成本。近終成形鍛造孔形輥，可以縮短加工臺時，節(jié)約加工成本。近終成形鍛造孔形輥，可以避免大量鍛坯表面致密的鍛造組織被加工去掉，更好地保證鍛件產(chǎn)品質(zhì)量及硬度均勻性。