中國第一重型機(jī)械集團(tuán)公司水壓機(jī)鍛造分廠 （齊齊哈爾 161042） 馬海源

筒形鍛件是典型鍛件類型中的重要一種，在鍛件生產(chǎn)當(dāng)中占有較大比重，廣泛應(yīng)用于核電、加氫等壓力容器中，在電站等民用產(chǎn)品中也常有應(yīng)用。相對于軸類件、餅類件而言，筒形鍛件鍛造基本工序多，因而生產(chǎn)難度亦較大。

除了較為常見的直筒形（筒節(jié)內(nèi)外徑尺寸不隨其高度方向發(fā)生變化），異徑筒類件（筒節(jié)內(nèi)外徑尺寸在高度方向上有變化）也占據(jù)了較大比例。以往，受限于工、輔具及對于制造難度的考量，異徑筒類件常通過增加余塊的方式被簡化為直筒形，其后再通過機(jī)加工的方式來獲得最終零件。此舉雖然在某種程度上降低了產(chǎn)品的鍛造難度，但因材料成本高、機(jī)加時(shí)間長等系列問題也成為了生產(chǎn)組織者所不得不考慮的重要因素。尤其在當(dāng)前重機(jī)行業(yè)整體低靡的市場背景下，降本增效已然成為一個(gè)企業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必由之路。因此，異徑筒類件的仿形鍛造便逐步顯現(xiàn)出其獨(dú)有的優(yōu)越性，而關(guān)于仿形鍛造方案的研究也更顯得迫在眉睫。

1.實(shí)例分析

下面結(jié)合一實(shí)際案例對異徑筒類件的仿形鍛造工藝進(jìn)行簡要介紹，并對此類工藝方案較之傳統(tǒng)方案的優(yōu)勢進(jìn)行分析。由我公司為某電機(jī)廠承制的軸身鍛件（ASTM A668），其粗加工尺寸如圖1所示。

圖1 軸身粗加工尺寸

可見，該鍛件為異徑筒類件，外圓臺階基本處于零件高度方向的中間部位，且臺階處落差達(dá)200mm。若采用傳統(tǒng)鍛造工藝方案，則外圓應(yīng)在大口端Φ3470mm的基礎(chǔ)上加入鍛造余量，小口端Φ3070mm臺階被引入鍛造余塊，最終鍛件呈直筒形，經(jīng)計(jì)算，鍛件重量達(dá)212.9t。

圖2

2.仿形鍛造工藝方案

（1）鍛件圖繪制 因考慮要將臺階處鍛出，所以在粗加工圖基礎(chǔ)上正常加入鍛造余量即可，鍛件圖如圖2b所示，鍛件重168.3t.

（2）錠型確定 因本文以介紹仿形鍛造方案為目的故此步驟略。

（3）氣割下料 由于鋼錠水冒口分別吸納了不同雜質(zhì)成分，因此下料時(shí)要對水冒口進(jìn)行適當(dāng)比例切除。

（4）鐓粗沖孔 為確保分布在坯料心部粗晶區(qū)處的孔洞得以鍛實(shí)焊合，在確定坯料鐓粗高度時(shí)應(yīng)充分考慮工序鍛造比及鍛件總鍛造比。另外，由于本鍛件為筒類件，本工序要進(jìn)行沖孔操作為后續(xù)的芯棒拔長及擴(kuò)孔做準(zhǔn)備。因此鐓粗時(shí)還要兼顧考慮坯料直徑應(yīng)符合沖孔條件。

（5）芯棒拔長 因坯料鐓粗后高度小于成品長度，所以要通過本工序?qū)⑴髁祥L度拔長至成品尺寸；同時(shí)考慮到成品的最終臺階形狀，本工序還應(yīng)通過芯棒拔長對坯料外徑的臺階進(jìn)行預(yù)成形（若坯料拔長呈直筒形，根據(jù)體積不變的原則，擴(kuò)孔時(shí)當(dāng)成品外徑大口端與小口端滿足工藝尺寸時(shí)，小口端內(nèi)孔會(huì)小于大口端內(nèi)孔，形成不必要的余塊）。通過理論計(jì)算與DEFORM軟件模擬，可確定拔長后的坯料各部尺寸。

（6）馬杠擴(kuò)孔 由于此類大型鍛件屬單件小批量生產(chǎn)，因此設(shè)計(jì)制造專用擴(kuò)孔錘頭不僅耗時(shí)長且成本高。鑒于此，可利用水壓機(jī)上砧板對拔長后坯料進(jìn)行分段擴(kuò)孔（以臺階處為界分兩段），擴(kuò)孔至成品尺寸即可，鍛件成品如圖3所示。

圖3 采用仿形鍛造的軸身鍛件成品

3.效益分析

（1）由于鍛件生產(chǎn)采用了仿形鍛造，保證了金屬纖維的完整性，避免因后續(xù)加工切斷金屬纖維，有效確保了鍛件整體力學(xué)性能。

（2）通過計(jì)算對比，采用仿形鍛造方式生產(chǎn)的異徑筒節(jié)較傳統(tǒng)的直筒節(jié)鍛件重量輕44.6t，合算節(jié)約鋼水80余t（錠身質(zhì)量增加后其水冒口尺寸也相應(yīng)加大，因此增加的鋼水重量遠(yuǎn)大于增加的鍛件重量），以每噸鋼水6000元計(jì)，節(jié)省成本達(dá)48萬元。

（3）因鍛件形狀已無限接近最終零件形狀，所以仿形鍛造方案還大幅降低了后續(xù)的機(jī)加工時(shí)（據(jù)冷加工回饋的可靠數(shù)據(jù)減少約20個(gè)工作日），降低了對立車資源的占用，提高了生產(chǎn)效率。

（4）鍛件重量的大幅降低，也可有效緩解因鍛件超重給天車、機(jī)床帶來的生產(chǎn)壓力與安全隱患，尤其對于一些設(shè)備能力有限的中小型企業(yè)而言，仿形鍛造在一定程度上能夠拓展其機(jī)加能力。

4.結(jié)語

綜上所述，異徑筒類件的仿形鍛造方案無論從材料成本還是從加工工時(shí)等諸多方面都較傳統(tǒng)工藝方案有著無可比擬的先天優(yōu)勢。當(dāng)然，鍛造難度的增加也是一個(gè)不可忽略的事實(shí)。鑒于此，若同一類型產(chǎn)品形成批量化生產(chǎn)，可考慮設(shè)計(jì)專用輔具來降低生產(chǎn)難度。此外，對于其他形狀更為復(fù)雜的異徑筒類件也可通過專門的仿形輔具實(shí)現(xiàn)鍛件的低操作難度仿形方案的實(shí)現(xiàn)。