大型缸体锻件锻造工艺

3.2 成型设备的选择
锻件成形时变形力 P=p×F 圆截面镦粗时 H／D>=0.5
P= 1+ D 3H
芯轴拔长
无润滑，故μ=0.5 查取 = 89MPa 可得变形力 P=89×【1+（0.5×3110）／（3×3420）】
=10249KN 锻锤打击力过小且不确定性太大故选择水压机进行加压处理 钢锭尺寸过大宜选用空心冲子冲孔。
中碳合金钢制造的较小锻件。 （3） 油—空间隙冷却：对于一些重要的合金钢大型锻件可采
用。第一次油冷时间必须保证锻件从油中提出时不致引 起油赵火，而心部冷却到贝氏体形成温度区间以下，冷 却时间不宜过长。 5. 喷雾冷却：喷雾冷却就是利用压缩空气吹到与其成一定角度的 水柱上，使水的方向改变并使之成雾状，然后利用雾化了的水 和风对缓慢转动的轴类零件进行冷却，水压和风压可以根据要 求进行调整，有些工厂还在喷雾装置上设置喷水冷却装置，这 样使冷却速度可以在水冷到自然空冷的宽广的范围内进行调 整。 综上所述，选用等温回炉冷却。
工具设备：水压机，空心冲子，冲垫，型砧，心轴等。
3.3 计算
取镦粗比 2.3 拔长比 2.4
由锻件直径高度和锻造比得
K=K1+K2=（D1／D2）²+（D3／D4）²=L2／L1+L4／L3
其中 L4=3420mm D4=3110mm d=1650mm
工件第一次加热烧损（烧损率δ=2.5%）后钢锭的体积 V=0.97×
3）均热保温 （1） 在 850℃左右保温的目的是为了减少前段加热后钢材料断
面上的温差，减小温度应力，并可以缩短坯料在锻造温度下 的保温时间。对于有相变的钢种，更需要此阶段的均热保温， 以防止产生组织应力裂纹。锻造温度下的保温，是为了防止 坯料中心温度过低，引起锻造变形不均，并且还可以借高温 扩散作用，使坯料组织均匀化，以提高塑性，减少变形不均 匀，提高锻件质量。 （2） 为了提高加热速度，减少加热时间，防止过热过烧等现象 产生，常常采用提高温度头的方法。温度头是指设定的炉温 高出始锻温度之数值。
为了使钢锻件有较好的力学性能和切削加工性能，并防止白点 产生，采用去氢退火的热处理方法。 去氢退火工艺参数： 通过去氢退火将锻件中的氢降至钢的无白点或无氢脆极限氢含量 以下，并使其分布均匀，以免初白点，氢脆的危害。对于绝大多 数大型锻件来说，这是锻后热处理的首要任务，必须完成。去氢 退火的关键工艺参数是: 1. 退火温度：通常取 650+/-10℃。因此温度与钢的高温回火相
大型缸体锻件锻造工艺报告
机械工程学院 09 锻压一班
韩宝峰 090101020049
大型缸体锻件 材料 20MnNiMo 锻件质量 152t 锻比：镦粗不小于 2.2，拔长 不小于 2.3 实际锻比为 4.7（2.3+2.4）
一、钢锭的选型及尺寸
下料方式：因为是以铸锭为原材料，其内部组织、成分不均匀，
通常要用自由锻方法进行开坯，然后以剁割法将锭料两端切除。
材料利用率的确定：
钢锭材料 20MnNiMo 为合金钢，故
冒口=25% 30%
锭底=7% 10%
采用室式煤气炉加热刚，烧损
率
烧损=2.0% 2.5% ：
= 1－
冒口+
锭底+
烧损
100%
取 冒口=29%
锭底=10%
烧损=2.5%
近，故经常将退氢退火与高温回火合并进行。取 650℃为此锻 件的退火温度。 2. 保温时间：根据实际工件的定氢结果，需要经由锻件的扩氢计 算确定。 3. 冷却速度：应足够缓慢，以防因在冷却过程中瞬间应力过大而 出现白点，并尽量减少锻件中的残余应力。通常将冷却过程分
为两个阶段：在 400℃以上，因钢处于塑性较好，脆性较低的 温度范围，冷速可稍快一些；在 400℃一下，因钢已进入冷硬 和脆性较大的温度范围，为了避免开裂和减少瞬时应力，应采 取更为缓慢的冷却速度。 大锻件的冷却方式： 大型锻件的冷却方式主要有一下几种：水冷（包括喷水冷），油冷， 空冷（自然空冷和鼓风冷），间隙冷却（水—空，水—油，油—空） 及喷雾冷却。大锻件常用的淬火介质有水，油和空气。 各冷却方式比较： 1. 水冷：由于水的冷却能力很强，所以锻件的表面和中心的冷却 速度差别很大，使锻件截面上产生较大的温度。例如一般的碳 钢和低合金钢截面不大于 200mm，有些厂规定不大于 300 或 400mm 才采用水冷方式。 2. 油冷：广泛采用的一种方式，油的冷却能力比水小。 3. 空冷：空冷虽然较为安全，但为达到所要求的力学性能，往往 需要提高钢的淬透性，就必须采用加有更多合金元素的合金 钢，就使成本大为提高。 4. 间隙冷却：水冷，油冷，空冷的冷却能力都局限在一定的范围 之内，因而不能完全满足各种直径和不同钢种大锻件的冷却要 求，而将几种冷却方法结合起来，是解决这一问题的有效方法。 （1） 水—油间隙冷却：操作复杂，不易控制。 （2） 水—油间隙冷却：这种冷却方式广泛地应用于中碳钢及
4）加热速度 提高加热速度可以缩短加热时间从而提高生产率。但加热速度过 快容易使坯料产生各种质量缺陷，所以应在满足坯料质量的情况 下尽量提高加热速度，减少加热时间 三、锻造工艺 3.1 锻造工艺的确定： 坯料→滚圆→镦粗→拔长→镦粗→冲子冲孔→扩孔→芯轴拔长→ 平整端面
坯料
滚圆
镦粗
拔长
镦粗
冲孔
扩孔
=5721mn
轴 向 尺 寸 ： =3102mm =2787mm =2760mm =2978mm
=2324mm =930mm =910mm
= 580mm
二、钢的加热规范
1）钢性能的确定 20MnNiMo 为合金结构钢，查课本中 2—5 可知，钢的过热
温度为 1300 度，所以始锻温度定为 1200 度；终锻温度定为 800 度。
以煤气和天然气为燃料在加热炉内加热，烧损率查表得
烧损=2.5%
为了避免直接装入高温炉的坯料因加热速度过快而引起断裂，坯 料应由炼钢车间送来的热钢锭直接加热，所以大型钢坯所以装炉 炉温定为 650℃。 2）加热过程确定 为了避免直接装入高温炉的坯料因加热速度过快而引起断裂，坯 料应先装入低温炉中预热，由于是大型钢坯所以装炉炉温定为 650℃，为了防止大锻件温差过大所以选择五锻式加热方法，其加 热图形如下：
工序的转移。 四、对各类重要大型锻件来说，在制订锻后热处理工艺时，必须 首先考虑的是防止和消除白点问题。为此，必须知道制作此锻件 的大型钢锭的冒口端取样定氢结果，用以作为钢中平均含量的数 据，然后通过大锻件的扩氢计算确定为保证锻件中不出现白点缺 陷所必须的去氢退火时间，并在锻后热处理工艺中给予安排。这 是在制订大型锻件锻后热处理工艺时最为重要和必须首先解决的 问题，必须做到。
=1－29%－10%－2.5%=58.5%
cm 钢锭的密度 =7.85g
3
钢锭质量
G
锭=
G
锻
=152 58.5% =260t
各尺寸如下：
钢锭总质量 260 吨，冒口质量 65.415 吨，定身质量 194.743 吨，
底部质量 6.842 吨。
径 向 尺 寸 ： =1468mm =250mm =409mm =3514mm
D3／d=3--5 即 d=963.6~1606mm 可取冲孔的直径 d=1550mm 然后
采用冲子扩孔，为了防止坯料胀裂，故每次扩孔量不宜过大，取 A=25mm 冲孔后扩孔 2~3 次（锻件质量大于 30kg）所以需要再加 热一次。
四、热处理与冷却工艺
4.1 通常大型锻件的热处理和冷却是结合在一起进行的。 由于大型锻件的断面尺寸大且生产过程复杂，大型锻件热处理应 考虑以下特点：1）锻件的组织与性能很不均匀；2）锻件晶粒度 粗大不均;3）锻件内部存在较大应力；4）一些锻件容易产生白点 缺陷。 因此大型锻件热处理除了消除应力，降低硬度以外，主要目的首 先是预防锻件出现白点，其次是提高化学成分的均匀性，调整细 化锻件的组织。目前一致的看法是认为：白点是由钢中的氢和内 应力共同作用的结果。防止白点最常用的方法是在刚冷却至 650 至 540 度时利用氢气扩散速度快保温停留。 4.2 热处理目的： 一、消除锻造应力，降低锻件的表面硬度，提高其切削加工性能。 二、对于不再进行最终热处理（或产品热处理）的工件，通过锻 后热处理还应使锻件达到产品技术条件所要求的各种性能指标。 三、调整与改善大型锻件在锻造过程中所形成的过热与粗大组织， 降低大型锻件内部化学成分与金相组织的不均匀，细化钢的奥氏 体晶粒；提高锻件的超声波探伤，消除草状波，使得锻件中的各 种内部缺陷都能够较清晰地显示出来，以杜绝不合格锻件向下道
πD ²×Hs／4=24.8m ²将工件进行简单的自由锻变为同等高度的
圆柱体，塑性变形形体不变。
镦粗时镦粗比在 2~3 之间即
Hs／L1=2--3
（D1／D2）²= L2／L1 = 2.3
Hs =3514mm
取 L1=1560mm 则 L2=3600mm
D1=4427mm
D2=2920mm
第一次镦粗时的下压量 为 Hs－L1=1950mm；
第二次镦粗时的下压量 为 L2－L3=2140mm
第一次拔长时的下压量 为 D1－D2 =1507mm；
第二次拔长时的下压量 为 D3－D4=1708mm
一共有三个火次，在第一次镦粗拔长之后将工件进行回炉加热。
冲孔后扩孔需要一次加热。
冲孔：在第二次镦粗之后需保证冲孔时钢锭没有过大的变形需保证
参考文献：
《锻压技术手册》上册
国防工业出版社
《锻造工艺学》
张志文
机械工业出版社
《大型锻件材料及热处理》康大韬 叶国斌 龙门书局
《金属材料及热处理》
崔中圻
贾耀春
机械工业出版社
《塑性体积成形工艺及模具》
姚泽坤
西北工业大学出版社