本文摘要：摘要:介紹了大型鍛造操作機鉗桿軸鍛件制造工藝，著重對比三種鍛造方式，最終確定了整體仿形鍛造方案，成功制造出了該鉗桿軸鍛件。 關(guān)鍵詞:大型鍛造操作機;鉗桿軸;整體仿形 本次生產(chǎn)的鉗桿軸鍛件是某廠大型鍛造操作機中的關(guān)鍵零部件，在操作機中主要帶動夾鉗
摘要:介紹了大型鍛造操作機鉗桿軸鍛件制造工藝，著重對比三種鍛造方式，最終確定了整體仿形鍛造方案，成功制造出了該鉗桿軸鍛件。
關(guān)鍵詞:大型鍛造操作機;鉗桿軸;整體仿形
本次生產(chǎn)的鉗桿軸鍛件是某廠大型鍛造操作機中的關(guān)鍵零部件，在操作機中主要帶動夾鉗做平移、旋轉(zhuǎn)等運動，是設(shè)備中的主要承力部件，質(zhì)量要求較高。同時本次生產(chǎn)的鉗桿軸法蘭直徑超大，達到了2600mm，同時內(nèi)部帶有兩個臺階孔，且最小孔的直徑僅有330mm，也給制造帶來較大的難度。本文主要對鉗桿軸的冶煉、鍛造、熱處理工藝進行了研究，根據(jù)鍛件結(jié)構(gòu)特點和質(zhì)量要求，著重開展了仿形鍛造的細致工藝研究，生產(chǎn)出尺寸滿足圖紙要求、超聲檢測合格、性能指標(biāo)滿足規(guī)范要求的鍛件。
1制造技術(shù)要求
本次生產(chǎn)的鉗桿軸材質(zhì)為30Cr2Ni2Mo，鍛件按照用戶標(biāo)準(zhǔn)驗收，其主要技術(shù)要求為:(1)成品化學(xué)分析結(jié)果應(yīng)符合規(guī)定;(2)在工件二分之一壁厚處取樣，且力學(xué)性能指標(biāo)應(yīng)符合表2規(guī)定;(3)超聲檢測要求應(yīng)符合JB/T5000.15—2007中Ⅲ級要求。
2制造流程
主要生產(chǎn)流程為:冶煉、澆注→鍛造→鍛后熱處理→粗加工→超聲檢測→性能熱處理→性能檢驗→半精加工→無損檢測→精加工。其中由于鉗桿軸結(jié)構(gòu)尺寸的特殊性，首先需要對冶煉、鍛造、熱處理工序綜合考量，以達到協(xié)調(diào)配合，其次鍛造工序能否實現(xiàn)仿形成形也顯得尤為重要。
3制造工藝方案
3.1煉鋼
冶煉過程主要有電弧爐冶煉、鋼包爐精煉、真空澆注三個步驟，具體工藝為:(1)選用優(yōu)質(zhì)生鐵和成分明確的廢鋼在電弧爐中熔化、對C、P等元素過氧化，然后將鋼水與鋼渣分離;(2)將鋼水轉(zhuǎn)入精煉包中，進一步去除氧化渣，并防止回磷;(3)精煉包在一定真空度的條件下冶煉鋼水，并調(diào)整還原渣以及鋼水的溫度與成分;(4)進行真空澆注。
3.2鍛造
結(jié)合鉗桿軸的結(jié)構(gòu)特點和制造難點，本產(chǎn)品的制造方案主要以整體仿形鍛造方案為基礎(chǔ)展開。
3.2.1確定鍛造方案
考慮的鍛件成形方式主要有以下三種[1]:(1)分體鍛造后，組焊成整體;(2)沖臺階孔后專用芯棒拔長;(3)整體仿形收口鍛造。對于本產(chǎn)品，使用以上三種方式進行鍛造成形各有利弊，故需結(jié)合產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點選定一種合適的成形方式。
3.2.1.1分段成形后組焊
將工件拆分為兩個孔型件單獨鍛造，然后組焊成整體。此種方式非常省料，但是組焊后的焊縫強度難以保證，同時結(jié)合30Cr2Ni2Mo的化學(xué)成分以及低碳調(diào)質(zhì)的低合金高強度鋼的碳當(dāng)量公式[2]:Ceq=C+Si24+Mn6+Ni40+Cr5+Mo4+V14(%)若材料成分按標(biāo)準(zhǔn)要求的平均值控制，可得該材料的碳當(dāng)量Ceq≈0.95%，遠大于0.5%，此時材料焊接時裂紋傾向性較大，焊接性能較差。
3.2.1.2沖臺階孔后專用芯棒拔長成形
沖臺階孔即為一面沖大孔、反面沖小孔，然后利用臺階芯棒拔長成形，此種方式對于法蘭直徑較小，臺階孔直徑差異不大的鍛件成形時優(yōu)勢較為明顯。但對于大規(guī)格的鉗桿軸鍛件而言，沖臺階孔時易偏心，同時，芯棒拔長過程中操作難度較大，坯料有傾倒的風(fēng)險。
3.2.1.3收口鍛造
即坯料預(yù)制大直徑通孔，并在收口部位預(yù)留較大的外徑尺寸，然后對收口部位進行拔長，同時縮小孔徑的一種成形方式。此種方式鐓粗后預(yù)制通孔直徑較大，可以有效去除鋼錠心部冶金缺陷，同時，拔長時芯棒穿入內(nèi)孔長度較長，降低了操作難度。但此種方式的收口部位直徑預(yù)留量沒有具體的公式可依。
另外，在收口的過程中需準(zhǔn)確控制變形量和變形均勻性，否則極易產(chǎn)生裂紋與折疊，導(dǎo)致小孔端內(nèi)孔不能滿足加工要求。綜合上述三種方案的利弊，并結(jié)合產(chǎn)品質(zhì)量要求及我公司現(xiàn)場的工裝輔具情況，最終確定使用收口鍛造的方式進行成形。
3.2.2制定工藝參數(shù)
該鉗桿軸成形的主要步驟為:鐓粗沖孔→制坯→收口成形。通過對鍛件粗加工圖的分析，成形時將鍛件內(nèi)孔原有的雙臺階簡化為單臺階。為避免收口后小孔內(nèi)端面產(chǎn)生裂紋、折疊缺陷，將小孔的鍛造尺寸確定為250mm，通過數(shù)值模擬確定收口直徑和收口部位坯料的尺寸。利用數(shù)值模擬技術(shù)，分別對D=3000mm、d=1000mm，D=3000mm、d=850mm及D=2800mm、d=850mm三種坯料的收口成形進行了模擬分析，采用方案(b)收口得到的小孔直徑小且均勻。故選用方案(b)的坯料進行收口較為合適。
3.3熱處理
由于工件尺寸較大，鍛后考慮了充分的去氫時間，防止氫元素聚集帶來的質(zhì)量問題，并通過一次正火+回火處理，改善組織并細化晶粒。性能熱處理階段，采用了調(diào)質(zhì)處理，且淬火過程使用水淬油冷的方法。
4鉗桿軸的制造過程
我公司通過對冶煉、鍛造和熱處理工藝精確把控，獲得了滿足工藝要求的中間坯料，并成功制造出該鉗桿軸鍛件，雖然鍛造過程中出現(xiàn)了輕微折疊的情況，但可通過加工去除，尺寸合格，且按照JB/T5000.15的Ⅲ級標(biāo)準(zhǔn)超聲檢測驗收合格，力學(xué)性能指標(biāo)也完全滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。
5結(jié)論
(1)鉗桿軸鍛件冶煉工藝主要有電弧爐冶煉、鋼包爐精煉、真空澆注三個步驟。
(2)臺階孔鍛件可以通過多種方式進行鍛造成形，但具體選用哪一種方式需根據(jù)鍛件的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)及質(zhì)量要求等進行綜合考慮。
(3)采用收口鍛造成形時，鍛件圖要根據(jù)鍛件實際情況進行設(shè)計，同時借助數(shù)值模擬軟件輔助確定收口前中間坯的結(jié)構(gòu)尺寸。
(4)收口過程中，應(yīng)控制壓下量均勻以降低折疊缺陷風(fēng)險。
(5)通過合理的熱處理參數(shù)，得到力學(xué)性能合格的產(chǎn)品。
參考文獻
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