精锻机锤头加工及堆焊工艺研究

Ｏ
Ｎ Ｃｕ Ｓｎ Ｓｂ Ａｓ
含量 ≤２ ｐｐｍ
≤３０ ｐｐｍ
≤１５０ ≤
≤
≤
≤
ｐｐｍ ０．１％ ０．０１％ ０．００８％ ０．０２％
注：ｐｐｍ 为气体浓度；％为质量分数。
１８
锻 压 技 术
第 ３８ 卷
分析如下面所述。 （１） 毛坯冶炼。 采 用 中 频 感 应 炉 冶 炼 ＋ 电 渣 重
熔铸锭，毛坯直径约为 Φ３５０～Φ３８０ｍｍ， 表面无线 性缺陷。冶炼铸锭时需注意：１） 原材料不得用锈蚀 严重的废钢；２） 所用工具、锭模、原料均要充分干 燥和烘烤，避免水分 进 入；３） 钢 液 温 度 不 宜 过 高， 以免过分吸氢；４） 渣液不可太稀，且要保证足够的 时间、足够有力的沸腾，以利于脱氢。
图 ２ 退 火 工 艺 Ｆｉｇ．２ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ
（５） 粗加工。１） 机加工：①按照锤头外形尺寸 要求加工至双梯 形 坯 料， 单 面 预 留 加 工 余 量 ５ｍｍ。 加工 前， 锻 坯 尺 寸 为 ５７０ｍｍ×４１０ｍｍ×１８０ｍｍ， 先将 锻 坯 两 边 分 别 去 掉 ５ ｍｍ， 加 工 成 ５６０ ｍｍ× ４１０ｍｍ×１８０ｍｍ； 进 行 各 方 向 （正 交 ） 超 声 波 探 伤；如超声波探伤合格，以底面作为基准平面，在 比底面高３０ｍｍ 处 沿 长 度 方 向 线 切 割 ４５°斜 面， 机 加工成梯形坯料。再以底面为基准平面，从梯形坯 料两端分别取２１５和１５５ｍｍ 加工１５°斜面。 由此将
图 ４ 回 火 工 艺 Ｆｉｇ．４ Ｔｅｍｐｅｒｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ
（８） 精加工。加工堆焊槽。 （９） 堆焊。 （１０） 去应力退火。５５０℃保温１０～１２ｈ， 随炉 冷却至室温。 （１１） 加工锤头工作面，即堆焊部位。
２ 锤头堆焊工艺
堆焊操作 既 ［８］ 用 于 锤 头 的 加 工 过 程， 也 用 于 锤 头磨损后的再制造修复过程，以锤头再制造修复为 例制定锤头的堆焊工艺。
Ｐ
０．５～０．６ ０．１～０．４ ０．６５～０．９５ ≤０．０３ ≤０．０３
Ｃｒ
Ｍｏ
Ｎｉ
Ｖ
１．０～１．２ ０．４５～０．５５ ０．４５～０．５５ ０．０７～０．１２
表 ２ 气 体 及 有 害 元 素 含 量
Ｔａｂｌｅ ２ Ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｇａｓ ａｎｄ ｈａｒｍｆｕｌ ｅｌｅｍｅｎｔ
元素 Ｈ
（２） 铸锭退火。随炉加热至７５０℃，保温０．５～ １ｈ， 随 炉 缓 慢 冷 却 至 ５００ ℃ 以 下 出 炉 ， 自 然 冷 却 。
（３） 锻造。锻造工艺参数如表３所示 。 ［６］
矩 形 块 坯 料 加 工 成 双 梯 形 坯 料 ； ② 加 工 ５ 个Φ２５ｍｍ 的平孔和２个 Ｍ２０ｍｍ 的螺纹孔。２）按照ＩＮＮＳＥ１５４ 规定采用超声波探伤对坯料内部质量进行检验。３）从 加工下的料头中取出一块进行金相组织检验。
表 ３ 锻 造 工 艺 参 数 Ｔａｂｌｅ ３ Ｆｏｒｇｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ
材料 加热温度／℃ 始锻温度／℃ 终锻温度／℃
冷却
钢坯 １１００～１１５０ １０５０～１１００ ８００～８５０ 缓冷（坑冷或砂冷）
锻造 时 需 要 注 意：１） 室 温 至 ６００ ℃ 加 热 要 缓 慢 以 ［７］ 避免开裂，待均匀热透后再升温至加热 温 度； ２） 锻造 比 不 少 于 １５， 采 用 多 向 镦 粗、 拔 长 锻 造， 避免组织取向性；３） 始锻时压下量要小，逐步增大 变形 量， 避 免 产 生 裂 纹；４） 锻 后 需 缓 慢 冷 却 至 １５０℃ 以 下， 并 立 即 进 行 退 火。 锻 坯 尺 寸 为 ５７０ｍｍ×４１０ｍｍ×１８０ｍｍ。
Ｔａｉｙｕａｎ ０３００５１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ａｎｄ ｗｅｌｄｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｆｏｒ ｈａｍｍｅｒ ｍａｃｈｉｎｅ ｗｅｒｅ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ，ｔｈｅ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ｈａｍｍｅｒ ｆｏｒｇ－ ｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｗｈｉｃｈ ｃｏｕｌｄ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｌｏｗｅｒ ｔｈｅ ｃｏｓｔ ｏｆ ｔｈｅ ｉｍｐｏｒｔｅｄ ｈａｍｍｅｒ ｈｅａｄ ｗａｓ ｆｏｒｍｕｌａｔｅｄ．Ａｎｄ ｔｈｅ ｗｅｌｄｉｎｇ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｉｎ ｒｅｐａｉｒｉｎｇ ｔｈｅ ｈａｍｍｅｒ ａｆｔｅｒ ｗｅａｒｉｎｇ，ｗｈｉｃｈ ｐｒｏｖｉｄｅｄ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｙ ｂａｓｉｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｒｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｏｆ ｈａｍｍｅｒ ｈｅａｄ．Ｔｈｅ ｐｒａｃｔｉｃｅ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｈａｍｍｅｒ ｍａｄｅ ｉｎ ａｃｃｏｒｄａｎｃｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ａｎｄ ｗｅｌｄｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｈａｓ ｓｍａｌｌ ｃｒａｃｋｓ ａｆｔｅｒ ｆｏｒｇｉｎｇ ａｂｏｕｔ ２０００ａｘｌｅｓ ｆｏｒ １３ｄａｙｓ，ｗｉｔｈｏｕｔ ｏｂｖｉｏｕｓ ｃｒａｃｋ ａｎｄ ｗｅａｒ ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ，ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｆｏｒｇｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ；ｈａｍｍｅｒ；ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ａｎｄ ｗｅｌｄｉｎｇ
１ 锤头加工工艺过程
锤头坯体 采 用 热 作 模 具 钢， 牌 号 为 ５６ＮｉＣｒＭｏＶ７， 其化学成分如表１所示，铸锭用钢中气体及有害元 素 含 量 控 制 范 围 如 表２所 示 ，锤 头 坯 体 的 加 工 工 艺
收 稿 日 期 ：２０１３－０４－２２； 修 订 日 期 ：２０１３－０７－２９ 基金项目：２０１３年度山西省国际科技合作项目 “航空发动 机 激 光 熔覆再制造关键技术研究” 作者简介：辛志杰 （１９６６－），男，博士，教授；通讯作者：曹敏曼 电 子 信 箱 ：ｘｉｎｚｈｉｊｉｅ６６６＠１６３．ｃｏｍ；ｃａｏｍｉｎｍａｎ＠１６３．ｃｏｍ
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ａｎｄ ｗｅｌｄｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｆｏｒｇｉｎｇ ｈａｍｍｅｒ
ＸＩＮ Ｚｈｉ－ｊｉｅ，ＣＡＯ Ｍｉｎ－ｍａｎ，ＬＩＵ Ｆａｎｇ （Ｓｈａｎｘｉ Ｄｅｅｐ－Ｈｏｌｅ Ｃｕｔｔｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎｏｒｔｈ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｃｈｉｎａ，
（６） 淬火。 淬 火 工 艺 如 图 ３ 所 示。 淬 火 时 应 注 意：１） 采用电 炉 进 行 热 处 理， 须 对 工 件 进 行 防 脱 碳、氧化保护；２）６００℃以 下 缓 慢 加 热， 加 热 速 度 不得大于１５０ ℃ ·ｈ－１；３） 预 热 后， 缓 慢 加 热 至 预 定保温温 度；４） 对 工 件 上 的 ７ 个 孔 使 用 湿 石 棉 保 护，防止淬裂；５） 淬火后应立即回火，间隔时间不 得 超 过 １ｈ。
（４） 锻后 退 火。 退 火 工 艺 如 图 ２ 所 示。 退 火 时 应注意：１） 采用电炉 进 行 热 处 理；２） 加 热 速 度 不 得大于２００℃·ｈ－１。锻坯退火后硬度≤２５０ ＨＢ。
图 ３ 淬 火 工 艺 Ｆｉｇ．３ Ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ
（７） 回火。 回 火 工 艺 如 图 ４ 所 示， 回 火 时 应 注 意：１） 回火时应缓慢升温至３５０～４００℃，保温１～ １．５ｈ均温后，缓慢 升 温 至 回 火 温 度；２） 回 火 应 充 分，保温时间不得低 于 ３ｈ；３） 回 火 后 在 油 中 冷 却 至 １００ ℃ 方 可 取 出 空 冷。 回 火 后 硬 度 为 ２８～ ３３ ＨＲＣ。
精锻机全称 是 “卧 式 径 向 四 锤 头 精 密 锻 造 机”， 是一种多 锤 头、 高 效 率 的 锻 压 设 备 。 ［１］ 随 着 国 内 经 济的发展，精 锻 机 的 应 用 越 来 越 广 泛 。 ［２］ 目 前 国 内 精锻机主要是用于加工机车车轴、炮管及锻件和特 殊钢坯料 。 ［３］ 径向 锻 造 是 一 种 利 用 两 锤 头 或 多 锤 头 生产实心或空心变断面锻件的热锻或冷锻生 产 工 艺 。 ［４］ 国外进口一 付 锤 头 的 价 格 约 为 十 万 元 人 民 币 左右，而 企 业 自 己 加 工 锤 头 可 以 节 省 大 量 外 汇 。 ［５］ 并且锤头在磨损后按照合理的堆焊工艺进行再制造 修复能够节省原材料。锤头模型如图１所示。
３ 锤头磨损情况
第６期
辛志杰等：精锻机锤头加工及堆焊工艺研究
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坯体钢种的可焊性不好，因此在进行堆焊前应 预热到较高 温 度 并 采 取 严 格 的 堆 焊 工 艺 。 ［９］ 在 进 行 堆焊修复前，将锤头表面的磨损部分及周围的裂纹 去除，可用车削加工的方 法 进 行 。 ［１０］ 在 锤 头 堆 焊 过 程中，如果操作不当，堆焊层可能会出现开裂和剥 离。正确的方法是： （１） 首 先 在 焊 接 前 应 清 除 焊 接 处表面的 氧 化 物 和 杂 质， 将 锤 头 进 行 焊 前 预 热 ， ［１１］ 对锤头 进 行 整 体 预 热 或 合 理 的 局 部 预 热 至 ６００～ ７００℃；在锤头焊接过程中， 温 度 应 不 低 于 ４００ ℃。 （２） 堆焊过程中 应 避 免 过 度 稀 释， 硬 面 层 必 须 建 立 横向裂纹以释放焊接内应力，堆焊层不能进行火焰 切割以及机械加工，结构中的焊缝应尽量对称分布， 避免密集和交叉，并且不宜采用大电流；若焊接电 流太大或者焊接速度太慢，容易产生焊瘤，对于产 生的焊瘤应及时进行清 理 平 整。 （３） 堆 焊 后 对 锤 头 进行保温缓冷，以防止温度骤变而产生的应力集中 造成的锤头工作表面焊层开裂，有效地防止白口和 裂缝的产生。在堆焊时，进行多层焊接，尽量使堆 焊 层 达 到 ３～４ 层 ［１２］。
由于修复后的锤头工作表面加入了镍基高温合 金，其强度、硬度及韧性等都有显著提高。焊接修 复的锤锻模具寿命不低于甚至通常远大于原始模具 的寿命。锤头堆焊的主要特点 ： ［１３］ （１） 节 省 模 具 钢 材的用量，生产效率高，节约 工 时； （２） 堆 焊 后 可 提高工件工作表面的耐磨性与耐蚀性，零件变成双 金属结构，性能更优异，从而延长零件寿命，节省 制造和维修费用，降低 生 产 成 本； （３） 可 以 经 济 的 利用贵重合金元素，进而降低制造成本，可以为企 业节省维修和更换零件 费 用； （４） 有 利 于 企 业 实 现 自动化和机械化。
图 １ 锤 头 模 型 图 Ｆｉｇ．１ Ｈａｍｍｅｒ ｈｅａｄ ｍｏｄｅｌ
表１ ５６ＮｉＣｒＭｏＶ７化学成分 （％，质量分数）
Ｔａｂｌｅ １ Ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ５６ＮｉＣｒＭｏＶ７ （％ ，ｍａｓｓ ｆｒａｃｔｉｏｎ）
成分 含 量／％
成分 含 量／％
Ｃ
Ｓｉ
Ｍｎ
Ｓ
第３８卷 第６期 Ｖｏｌ．３８ Ｎｏ．６
Fra Baidu bibliotek
ＦＯＲＧＩＮＧ ＆ ＳＴＡＭＰＩＮＧ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
２０１３ 年 １２ 月 Ｄｅｃ． ２０１３
精锻机锤头加工及堆焊工艺研究
辛志杰，曹敏曼，刘 芳
（中北大学 山西省深孔加工工程技术研究中心，山西 太原０３００５１）
摘要：针对精锻机锤头加工和堆焊工艺进行研究，制定了合理的锤头锻造加工工艺，能够有效节省进口锤头所需的 费用。同时，堆焊工艺在锤头磨损后能够进行修复，为锤头的再制造修复提供了理论依据。工艺实验证明，按照加 工和堆焊工艺制造的锤头，经过１３天锻打约２０００件车轴 后 的 锤 头 表 面 只 有 细 小 裂 纹 ，无 明 显 的 开 裂 及 磨 损 现 象， 能够满足生产加工的要求。 关键词：精锻机；锤头；堆焊 ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－３９４０．２０１３．０６．００３ 中图分类号：ＴＨ１２２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００－３９４０ （２０１３）０６－００１７－０４