大型工裝吊卡的鍛造

康海鵬 王金鵬 關(guān) 朕 司桂珍 陳孝慶 李大喬

(寶雞石油機(jī)械有限責(zé)任公司，陜西721000)

公司接到一件大型工裝吊卡的生產(chǎn)任務(wù)，該鍛件為石油鉆機(jī)游吊系統(tǒng)的關(guān)鍵試?yán)ぱb，試驗(yàn)負(fù)荷大，零件要求高。吊卡材料為20Cr2Ni4A，尺寸如圖1所示，重量2600 kg，零件要求超聲檢測(cè)符合NBT 47013.3—2015的規(guī)定，并達(dá)到質(zhì)量分級(jí)等級(jí)評(píng)定5.5.8.1條Ⅱ級(jí)的要求。力學(xué)性能符合Rm≥900 MPa，ReL≥800 MPa，A50 mm(d0=12.5 mm)≥18%，Z≥50%，KV8≥42 J(-20℃)。

圖1 零件圖Figure 1 The drawing of part

1 鍛造工藝方案分析

分析零件形狀，該吊卡總體上屬于大型塊類鍛件，兩端帶有長(zhǎng)度較短的圓臺(tái)階，中間有尺寸較大的臺(tái)階通孔。

大型塊類鍛件一般采用自由鍛成型，兩端帶有臺(tái)階時(shí)，也可以采用中間墩粗的胎模鍛成型。

自由鍛有兩種方案：方案一是兩端臺(tái)階加余塊，按中間方塊尺寸整體鍛成大方塊，沖中間通孔成型，鍛件重量達(dá)5952 kg。該方案優(yōu)點(diǎn)是鍛造過(guò)程簡(jiǎn)單，鍛件尺寸容易控制，不需要工裝。不足之處在于鍛件加工余量大，加工周期長(zhǎng)；方案二是先鍛成中間方塊，再切肩、分料，分別拔出兩端臺(tái)階，熱切兩頭余料，最后沖通孔、整形，鍛件重量4650 kg。該方案的優(yōu)點(diǎn)是可以鍛出兩端臺(tái)階，加工余量較方案一大大減小。不足之處是自由鍛拔出兩端臺(tái)階時(shí)，必須留有足夠的壓臺(tái)尺寸，以保證拔長(zhǎng)臺(tái)階時(shí)不出現(xiàn)內(nèi)凹和夾層。由于中間方塊的尺寸和兩端臺(tái)階相差較大，兩者的同軸度難以保證，需要操作人員具有豐富的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。

胎模鍛方案是在自由鍛的基礎(chǔ)上，先將坯料整體拔長(zhǎng)滾圓，鍛成兩端臺(tái)階，再將坯料兩端套入漏盤豎起，沿豎直方向中間局部墩粗，最后將中間部分鍛方，沖通孔成型，鍛件重量4064 kg。該方案優(yōu)點(diǎn)是鍛件余量較小，可以保證鍛件兩端臺(tái)階和中間方塊的同軸度，不足在于需要模具投入。

2 鍛造工藝設(shè)計(jì)及生產(chǎn)實(shí)施

綜合以上分析，利用現(xiàn)有胎模，確定采用胎模鍛方案進(jìn)行生產(chǎn)，鍛造過(guò)程如下：

加熱→倒棱、壓鉗口→墩粗、拔方、滾圓→加熱→分料、拔臺(tái)階、切除水冒口下料→加熱→中間墩粗、鍛方→加熱→沖通孔、修整→正火。

鍛件尺寸如圖2所示，鍛件重量4064 kg，下料重量4570 kg，采用6500 kg鋼錠，鋼錠利用率70%。鍛造設(shè)備選用50 MN壓力機(jī)，燃?xì)馀_(tái)車爐加熱，分4火次完成。

20Cr2Ni4A屬于高合金鋼，需按照規(guī)定的加熱規(guī)范加熱，圖3為鋼錠的加熱曲線。

圖2 鍛件尺寸圖Figure 2 The drawing of forging size

圖3 加熱曲線Figure 3 Heating curves

圖4 分料圖Figure 4 Separation of billet

圖5 制坯圖Figure 5 The drawing of billet

鋼錠入爐最高溫度不超過(guò)550℃，鋼錠的最大截面直徑約750 mm，按0.25 minmm的速度加熱，為了使鋼錠內(nèi)部溫度均勻化，始鍛溫度下保溫時(shí)間延長(zhǎng)到4 h。

鍛造工藝如下：

(1)鋼錠按加熱曲線加熱保溫后，在壓機(jī)上小壓下量倒棱到?700 mm，焊合鋼錠皮下缺陷，防止墩粗過(guò)程出現(xiàn)裂紋。鋼錠冒口端壓成約?480 mm×870 mm鉗口，按墩粗漏盤切除冒口余料。

(2)鋼錠高溫下墩粗到800 mm高，沿軸向拔長(zhǎng)到截面600 mm×600 mm，滾圓到?600 mm。

(3)按圖4壓痕分料，坯料重新加熱保溫，拔出兩端?480 mm臺(tái)階。

拔長(zhǎng)坯料端部時(shí)，拔長(zhǎng)部分應(yīng)有足夠的長(zhǎng)度，否則變形只發(fā)生在表面，易使中心凹入，形成端部凹陷或夾層現(xiàn)象。該鍛件的最小壓料長(zhǎng)度為210 mm，預(yù)留水冒口端有助于端部臺(tái)階的鍛出，最后按制坯圖5充分切除水冒口下料。

(4)坯料重新加熱保溫，兩端臺(tái)階套入漏盤，豎直局部墩粗到500 mm高，滾圓，坯料直徑約1100 mm。

(5)將中間墩粗臺(tái)階鍛成960 mm×510 mm的方截面，工藝參數(shù)配比為W0H0=0.5，ξ=20%，送進(jìn)量350～400 mm。

(6)將坯料重新加熱后沖?350 mm的通孔，平鼓肚，整形。

(7)鍛后正火處理，鍛件加熱到860～920℃保溫8 h空冷。

按上述鍛造工藝投產(chǎn)兩件，經(jīng)檢驗(yàn)鍛件外形尺寸符合鍛造工藝和圖紙要求，同爐等效試棒與鍛件同爐熱處理，力學(xué)性能均符合設(shè)計(jì)要求。鍛件粗加工后進(jìn)行超聲檢測(cè)，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

3 結(jié)論

(1)中間局部墩粗部分鍛方的過(guò)程中采用FM鍛造法，高溫大壓下量，不對(duì)稱變形有利于將坯料中心鍛透，以保證鍛件的內(nèi)部質(zhì)量。

(2)拔出兩端臺(tái)階時(shí)，為了達(dá)到壓料長(zhǎng)度，采用帶水冒口拔長(zhǎng)，最后按下料尺寸充分切除水冒口，有利于提高鋼錠的利用率和節(jié)省原材料。

(3)與自由鍛工藝相比，中間墩粗的胎模鍛工藝可以分別節(jié)省原材料1888 kg和586 kg，機(jī)加工余量大大減少，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。