大型锻造操作机钳杆轴制造技术研究

锻㊀造

大型锻造操作机钳杆轴制造技术研究

王㊀平１㊀易泓宇２㊀王鹏刚２

(１.国机重型装备集团股份有限公司ꎬ四川６１８０００ꎻ２.二重(德阳)重型装备有限公司ꎬ四川６１８０００)摘要:介绍了大型锻造操作机钳杆轴锻件制造工艺ꎬ着重对比三种锻造方式ꎬ最终确定了整体仿形锻造方案ꎬ成功制造出了该钳杆轴锻件ꎮ

关键词:大型锻造操作机ꎻ钳杆轴ꎻ整体仿形中图分类号:ＴＰ２４１.２㊀㊀文献标志码:Ｂ

ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＮｉｐｐｌｉｎｇＬｅｖｅｒＳｈａｆｔｉｎ

ＬａｒｇｅＦｏｒｇｉｎｇＭａｎｉｐｕｌａｔｏｒ

ＷａｎｇＰｉｎｇꎬＹｉＨｏｎｇｙｕꎬＷａｎｇＰｅｎｇｇａｎｇ

Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｏｆｔｈｅｆｏｒｇｉｎｇｏｆｎｉｐｐｌｉｎｇｌｅｖｅｒｓｈａｆｔｉｎｌａｒｇｅｆｏｒｇｉｎｇｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ.Ｔｈｒｅｅｆｏｒｇｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓｈａｖｅｂｅｅｎｃｏｍｐａｒｅｄｅｍｐｈａｔｉｃａｌｌｙꎬａｎｄｔｈｅｆｏｒｇｉｎｇｓｃｈｅｍｅｏｆｉｎｔｅｇｒａｌｐｒｏｆｉｌｉｎｇｈａｓｂｅｅｎｆｉｎａｌｌｙｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄꎬａｎｄｔｈｅｆｏｒｇｉｎｇｏｆｔｈｅｎｉｐｐｌｉｎｇｌｅｖｅｒｓｈａｆｔｈａｓｂｅｅｎｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｄｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ.

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｌａｒｇｅｆｏｒｇｉｎｇｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒꎻｎｉｐｐｌｉｎｇｌｅｖｅｒｓｈａｆｔꎻｉｎｔｅｇｒａｌｐｒｏｆｉｌｉｎｇ

收稿日期:２０１８－１０－３０

㊀㊀本次生产的钳杆轴锻件是某厂大型锻造操作机中的关键零部件ꎬ在操作机中主要带动夹钳做平移㊁旋转等运动ꎬ是设备中的主要承力部件ꎬ质量要求较高ꎮ同时本次生产的钳杆轴法兰直径超大ꎬ达到了⌀２６００ｍｍ(如图１所示)ꎬ同时内部带有两个台阶孔ꎬ且最小孔的直径仅有⌀３３０ｍｍꎬ也给制造带来较大的难度ꎮ

本文主要对钳杆轴的冶炼㊁锻造㊁热处理工艺进行了研究ꎬ根据锻件结构特点和质量要求ꎬ着重开展了仿形锻造的细致工艺研究ꎬ生产出尺寸满足图纸要求㊁超声检测合格㊁性能指标满足规范要求的锻件ꎮ１㊀制造技术要求

本次生产的钳杆轴材质为３０Ｃｒ２Ｎｉ２Ｍｏꎬ锻件按照用户标准验收ꎬ其主要技术要求为:(１)成品化学分析结果应符合表１规定ꎻ(２)在工件二分之一壁厚处取样ꎬ且力学性能指标应符合表２规定ꎻ(３)超声检测要求应符合ＪＢ/Ｔ５０００.１５

２００７中Ⅲ级要求ꎮ２㊀制造流程

主要生产流程为:冶炼㊁浇注ң锻造ң锻后热处理ң粗加工ң超声检测ң性能热处理ң性能检验ң半精加工ң无损检测ң精加工ꎮ其中由于钳

杆轴结构尺寸的特殊性ꎬ首先需要对冶炼㊁锻造㊁热处理工序综合考量ꎬ以达到协调配合ꎬ其次锻造工序能否实现仿形成形也显得尤为重要ꎮ

图１㊀钳杆轴粗加工轮廓图

Ｆｉｇｕｒｅ１㊀Ｒｏｕｇｈｍａｃｈｉｎｉｎｇｏｕｔｌｉｎｅｏｆｎｉｐｐｌｉｎｇｌｅｖｅｒｓｈａｆｔ

３㊀制造工艺方案３.１㊀炼钢

㊀㊀冶炼过程主要有电弧炉冶炼㊁钢包炉精炼㊁真空浇注三个步骤ꎬ具体工艺为:

(１)选用优质生铁和成分明确的废钢在电弧炉中熔化㊁对Ｃ㊁Ｐ等元素过氧化ꎬ然后将钢水与钢渣分离ꎻ

(２)将钢水转入精炼包中ꎬ进一步去除氧化渣ꎬ并防止回磷ꎻ

(３)精炼包在一定真空度的条件下冶炼钢水ꎬ并调整还原渣以及钢水的温度与成分ꎻ(４)进行真空浇注ꎮ

３.２㊀锻造

结合钳杆轴的结构特点和制造难点ꎬ本产品

的制造方案主要以整体仿形锻造方案为基础展开ꎮ

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«大型铸锻件»

Ｎｏ.３ＨＥＡＶＹＣＡＳＴＩＮＧＡＮＤＦＯＲＧＩＮＧＭａｙ２０１９

表１㊀３０Ｃｒ２Ｎｉ２Ｍｏ化学成分要求(质量分数ꎬ％)

Ｔａｂｌｅ１㊀Ｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆ３０Ｃｒ２Ｎｉ２Ｍｏ(ｍａｓｓｆｒａｃｔｉｏｎꎬ％)

Ｃ

Ｓｉ

Ｍｎ

Ｐ

Ｓ

Ｃｒ

Ｎｉ

Ｍｏ

ＶＣｕ

０.２６~０.３４０.１７~０.３７０.３０~０.６０

ɤ０.０３ɤ０.０３１.８０~２.２０１.８０~２.２００.３０~０.５０

－

ɤ０.３０表２㊀力学性能要求

Ｔａｂｌｅ２㊀Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ

Ｒｍ/ＭＰａ

Ｒｐ０.２/ＭＰａＡ(％)ＫＶ/ＪＨＢＷ

８３０~９８０ȡ６３５

ȡ１２

ȡ４５

２５０~３０２图２㊀分段锻造示意图

Ｆｉｇｕｒｅ２㊀Ｄｉａｇｒａｍｏｆｆｏｒｇｉｎｇｉｎｓｕｂｓｅｃｔｉｏｎ

图３㊀冲台阶孔后专用芯棒拔长成形示意图Ｆｉｇｕｒｅ３㊀Ｓｃｈｅｍｉｃａｌｄｉａｇｒａｍｏｆｄｒａｗｉｎｇａｎｄｆｏｒｍｉｎｇｂｙ

ｓｐｅｃｉａｌｃｏｒｅｒｏｄａｆｔｅｒｐｕｎｃｈｉｎｇｓｔｅｐｈｏｌｅ

图４㊀收口锻造示意图

Ｆｉｇｕｒｅ４㊀Ｄｉａｇｒａｍｏｆｃｌｏｓｉｎｇｕｐｆｏｒｇｉｎｇ

图５㊀钳杆轴锻件图

Ｆｉｇｕｒｅ５㊀Ｄｒａｗｉｎｇｏｆｔｈｅｎｉｐｐｌｉｎｇｌｅｖｅｒｓｈａｆｔｆｏｒｇｉｎｇ

３.２.１㊀确定锻造方案

考虑的锻件成形方式主要有以下三种[１]:(１)分体锻造后ꎬ组焊成整体ꎻ(２)冲台阶孔后专用芯棒拔长ꎻ(３)整体仿形收口锻造ꎮ对于本产品ꎬ使用以上三种方式进行锻造成形各有利弊ꎬ故需结合产品的结构特点选定一种合适的成形方式ꎮ３.２.１.１㊀分段成形后组焊

分段成形即为图２中所示将工件拆分为两个

孔型件单独锻造ꎬ然后组焊成整体ꎮ此种方式非常省料ꎬ但是组焊后的焊缝强度难以保证ꎬ同时结合３０Ｃｒ２Ｎｉ２Ｍｏ的化学成分以及低碳调质的低合金高强度钢的碳当量公式[２]:Ｃｅｑ＝Ｃ＋

Ｓｉ２４＋Ｍｎ６＋Ｎｉ４０＋Ｃｒ５＋Ｍｏ４＋Ｖ１４

(％)㊀㊀若材料成分按标准要求的平均值控制ꎬ可得

该材料的碳当量Ｃｅｑʈ０.９５％ꎬ远大于０.５％ꎬ此时材料焊接时裂纹倾向性较大ꎬ焊接性能较差

３.２.１.２㊀冲台阶孔后专用芯棒拔长成形冲台阶孔即为一面冲大孔㊁反面冲小孔ꎬ然后

利用台阶芯棒拔长成形ꎬ其过程如图３所示ꎬ此种方式对于法兰直径较小ꎬ台阶孔直径差异不大的锻件成形时优势较为明显ꎮ但对于大规格的钳杆轴锻件而言ꎬ冲台阶孔时易偏心ꎬ同时ꎬ芯棒拔长

过程中操作难度较大ꎬ坯料有倾倒的风险ꎮ

３.２.１.３㊀收口锻造

收口锻造成形过程如图４所示ꎬ即坯料预制

大直径通孔ꎬ并在收口部位预留较大的外径尺寸ꎬ然后对收口部位进行拔长ꎬ同时缩小孔径的一种成形方式ꎮ此种方式镦粗后预制通孔直径较大ꎬ

可以有效去除钢锭心部冶金缺陷ꎬ同时ꎬ拔长时芯棒穿入内孔长度较长ꎬ降低了操作难度ꎮ但此种方式的收口部位直径预留量没有具体的公式可依ꎮ另外ꎬ在收口的过程中需准确控制变形量和变形均匀性ꎬ否则极易产生裂纹与折叠ꎬ导致小孔端内孔不能满足加工要求ꎮ

综合上述三种方案的利弊ꎬ并结合产品质量要求及我公司现场的工装辅具情况ꎬ最终确定使

用收口锻造的方式进行成形ꎮ

３.２.２㊀制定工艺参数该钳杆轴成形的主要步骤为:镦粗冲孔ң制坯ң收口成形ꎮ

通过对锻件粗加工图的分析ꎬ成形时将锻件内孔原有的双台阶简化为单台阶ꎮ为避免收口后小孔内端面产生裂纹㊁折叠缺陷ꎬ将小孔的锻造尺寸确定为⌀２５０ｍｍ(如图５所示)ꎬ通过数值模拟确定收口直径和收口部位坯料的尺寸ꎮ

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Ｎｏ.３«大型铸锻件»

Ｍａｙ２０１９ＨＥＡＶＹＣＡＳＴＩＮＧＡＮＤＦＯＲＧＩＮＧ