盲孔類鍛件鍛造工藝研究

王玉杰 張 帥 楊后雷 李 威 肖廣帥 李國瑞 孫 博

(通裕重工股份有限公司，山東251200)

目前盲孔類鍛件的鍛造生產(chǎn)工藝通常為分體鍛造，機(jī)加工完成后進(jìn)行焊接而成。對于一些性能要求嚴(yán)格的產(chǎn)品，這種方法生產(chǎn)的產(chǎn)品性能就難以滿足其使用要求。因此，對于不允許焊接的盲孔類鍛件一般采用先鍛制成實(shí)心或較小、較淺的盲孔，再通過機(jī)加工將盲孔加工至零件尺寸的工藝方案，但是這種工藝方案不僅造成鍛件重量和后續(xù)機(jī)加工量的增加，并且破壞了鍛件纖維流線。而采用鍛出盲孔的鍛造工藝方案可大幅度減輕鍛件重量和機(jī)加工量，同時還可以保持鍛件較完整的纖維流線，從而保證鍛件質(zhì)量。

1 鍛造工藝

以公司生產(chǎn)的活塞套產(chǎn)品為例分析盲孔鍛件的鍛造工藝。

1.1 技術(shù)要求

鍛件為活塞套，其材質(zhì)為20Mn2。

要求整體鍛造成形，不允許焊接。鋼錠采用電爐冶煉+鋼包精煉+真空脫氣。拉伸試樣端頭檢測化學(xué)成分，按GBT 3077—2015控制成品化學(xué)成分允許偏差。

超聲檢測：根據(jù)SEP 1921—1984 Gr.3要求，按照CLASS Cc級驗(yàn)收。

力學(xué)性能要求：ReL≥590 MPa，Rm≥785 MPa，A≥10%；Z≥40%，KU2≥47 J。

1.2 形狀分析

產(chǎn)品整體形狀為帶法蘭筒子，內(nèi)孔為臺階孔，大孔尺寸?950 mm×1650 mm，小孔尺寸?200 mm×200 mm，其產(chǎn)品設(shè)計(jì)尺寸如圖1所示。

1.3 鍛造難點(diǎn)

此鍛件小頭端內(nèi)孔太小，常規(guī)鍛造工藝無法鍛出此內(nèi)孔。為此對此鍛件進(jìn)行了技術(shù)分析討論，并制訂了詳細(xì)的鍛造工藝。

圖1 活塞套產(chǎn)品設(shè)計(jì)圖Figure 1 Design drawing of piston sleeve product

1.4 常規(guī)鍛造工藝思路

活塞套鍛造成實(shí)心，需要使用鋼錠約31 t，鍛造后通過機(jī)加工銑出內(nèi)孔，需要機(jī)加工工時約170 h。

1.5 新工藝方案

為減少材料消耗，提高生產(chǎn)效率，設(shè)計(jì)如下方案：經(jīng)過一次鐓拔主變形后，鍛至?1900 mm，先拔出Ⅱ、Ⅲ部臺階，然后使用盲孔芯棒沖拔鍛出盲孔，最終鍛各部分至尺寸，見圖2。此工藝比常規(guī)工藝節(jié)約鋼錠接近5 t，并節(jié)約機(jī)加工工時約80 h。

經(jīng)過工藝討論確定了鍛造出盲孔的工藝方案，并使用計(jì)算機(jī)模擬軟件進(jìn)行了鍛造出盲孔的金屬纖維流線和變形情況模擬，如圖3所示，模擬結(jié)果顯示可行，于是進(jìn)行了生產(chǎn)試驗(yàn)。

圖2 活塞套鍛造圖Figure 2 Forging drawing of piston sleeve

圖3 模擬鍛出盲孔鍛件的金屬纖維流線及變形圖
Figure 3 The metal fiber streamline and deformation diagram of blind hole forgings simulated by computer

圖4 活塞套壓肩圖
Figure 4 Pressing shoulder of piston sleeve

圖5 拔長Ⅱ、Ⅲ部
Figure 5 Drawing out Part Ⅱ and Ⅲ

1.6 具體工藝過程

(1)鋼錠冶煉：電爐精煉+鋼包精煉+真空脫氣。采用35 t鋼錠模澆鑄，鋼錠脫模后熱轉(zhuǎn)至鍛壓車間裝爐加熱。

(2)鍛造過程：此工藝使用鋼錠26 t，在50 MN壓機(jī)上鍛造完成。

第1火：1250℃保溫15 h，鋼錠冒口端壓鉗把，倒棱，挫水口，鐓粗至?1950 mm，采用WHF鍛造法拔長，拔至八方1250 mm。

第2火：1250℃保溫12 h，鐓粗至?2000 mm，圓至?1900 mm，壓肩如圖4所示，拔長Ⅱ、Ⅲ部至?1550，如圖5所示，剁鉗把，平端面。

第3至4火：200℃保溫12 h，?650 mm實(shí)心沖頭沖盲孔，深600 mm，大端插入盲孔芯棒，拔長至一定長度，將坯料開口向上直立豎起，再將芯棒插入盲孔，用壓機(jī)壓下芯棒。壓下適當(dāng)深度后，橫下坯料，伸芯棒拔長，如此反復(fù)，直至鍛至鍛件尺寸，精整，校直，出成品。

1.7 工藝控制要點(diǎn)及注意事項(xiàng)

(1)第一火拔長使用寬平砧，嚴(yán)格按照WHF工藝參數(shù)拔長，并在1250℃保溫，從而滿足中心壓實(shí)的三個條件：良好的應(yīng)力狀態(tài)(壓應(yīng)力)、合適的應(yīng)變條件(大壓下量)和促使壓實(shí)、焊合的溫度場(高溫)。從而打碎鋼錠鑄態(tài)組織，壓實(shí)焊合鋼錠內(nèi)部缺陷，保證鍛件滿足無損檢測要求。

(2)沖盲孔后沖頭容易發(fā)生抱死現(xiàn)象，不易從盲孔拔出，故設(shè)計(jì)沖頭拔模斜度≥10°，底面圓角半徑≥100 mm。

(3)為利于拔出芯棒，芯棒錐度應(yīng)大于1∶20；為減輕盲孔底部的折疊，芯棒頂端與側(cè)面圓滑過渡，圓角半徑≥100 mm。

(4)將坯料鍛制成臺階圓坯，先拔出小頭端臺階，以減少后續(xù)小頭端變形量，節(jié)省火次。然后用專用沖頭沖盲孔，盲孔深度不宜太大。將專用芯棒伸入盲孔后進(jìn)行沖拔時，芯棒要緊緊頂住盲孔頂部。芯棒頂部若不頂緊盲孔底部，易造成盲孔底部折疊。

(5)由于壓機(jī)上下行程限制，缸體長度沖盲孔時不能太長，此缸體沒有超行程。

鍛造完成后經(jīng)過一次正回火，晶粒度達(dá)到5級，無損檢測滿足SEP 1921—1984 Gr.3 CLASS Cc級，力學(xué)性能ReL為761 MPa，Rm為958 MPa，A為12%，Z為48%，KU2為54 J，性能滿足客戶要求，本次試驗(yàn)取得成功。

2 結(jié)束語

通過鍛盲孔鍛造工藝設(shè)計(jì)，本鍛件節(jié)約原材料5 t，減少了機(jī)加工工時80 h，并使鍛件保持了良好的金屬纖維流線，為盲孔類鍛件鍛造工藝設(shè)計(jì)積累了經(jīng)驗(yàn)。