異形塊的近凈成型工藝

張曉東

(海軍工程大學(xué)艦船與海洋學(xué)院，湖北430032)

異形塊是某堆頂組件的關(guān)鍵鍛件之一，不僅性能要求嚴(yán)格且形狀比較復(fù)雜。其形狀一端為Y形，另一端為扁方，異形塊Y形下部角度為120°。因其形狀復(fù)雜，屬于異形件，且尺寸又較大，如采用傳統(tǒng)自由鍛方式生產(chǎn)，將一端壓成圓柱形，另一端壓成扁方，此方法原材料利用率低，機加工余量大，且機加工完成后圓柱端內(nèi)部金屬纖維流線形差，影響其力學(xué)性能，縮短其使用壽命。異形塊零件圖如圖1所示。

圖1 產(chǎn)品零件圖Figure 1 Product parts drawing

表1 40CrNi2Mo的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 1 Chemical composition of 40CrNi2Mo steel(mass fraction，%)

為了解決傳統(tǒng)鍛造工藝方法存在的問題，本文研究一種新的鍛造成型方法，利用專用模具和成形圓棒，根據(jù)仿形技術(shù)原理，將異形塊的一端Y形鍛造出來，有效減少鍛件余量，保證其內(nèi)部金屬纖維流向。

1 技術(shù)要求

異形塊材質(zhì)為40CrNi2Mo，其化學(xué)成分如表1所示。

力學(xué)性能要求見表2，取樣方向為縱向。

表2 力學(xué)性能Table 2 Mechanical properties

圖2 傳統(tǒng)工藝方案鍛件圖Figure 2 Traditional process plan of forgings

圖3 工裝示意圖Figure 3 Sketch map of tooling

2 鍛造工藝方案

2.1 傳統(tǒng)鍛造工藝方案

(1)采用傳統(tǒng)自由鍛方式生產(chǎn)，將一端壓成圓柱形，另一端壓成扁方，鍛件圖如圖2所示。

圖4 新工藝方案鍛件圖Figure 4 New process plan of forgings

表2 新方案變形過程Table 2 The deformation process of the new scheme

(2)鍛件重5.0 t×2，2件連鍛，采用15 t真空精煉鋼錠鍛造，鍛造溫度1250～750℃。

(3)根據(jù)零件形狀，其工藝流程應(yīng)該為兩次鐓粗和拔長。具體鍛造變形過程為：第一火，壓鉗把，倒棱，錯水口。鋼錠加熱要燒均勻，壓鉗把時要保證鉗把不要偏心，以避免在后續(xù)鍛造過程中鋼錠軸心發(fā)生偏斜。第二火，鋼錠帶帽鐓粗最大圓?1500 mm，再拔長至?1000 mm。第三火，帶帽鐓粗，拔八方，兩端上下號印。第四火，兩端拔扁方，成型中間圓柱部分，最后氧割中間圓柱部分分料為兩件完工。

采用一端壓成圓柱形，另一端壓成扁方的形式，原材料利用率低，機加工余量大，且機加工完成后圓柱端內(nèi)部金屬纖維流線形差，影響其力學(xué)性能，縮短其使用壽命。面對上述制造問題，本文研究了一種新的工藝方案來鍛造生產(chǎn)該異形塊。

2.2 新鍛造工藝方案

(1)新工藝方案利用Y形槽工裝，在芯棒和Y形槽斜面及圓弧過渡擠壓下，成形坯料下面兩個弧，并擠壓成形Y形的3個突起，成形異形塊。成形工裝(圖3)本體有Y形槽，Y形槽由上部兩斜面和下部的U形槽組成，斜面和U形槽之間有與異形塊Y形下部圓角R過渡，U形槽為上寬下窄，U形槽高度比異形塊Y形下部高。鍛造Y形時，先制造異形塊坯料，異形塊坯料一端為扁六方，一端為扁方；工裝本體放于壓機下，扁六方置

于Y形槽上，用平砧壓，使異形塊坯料下部分進(jìn)入Y形槽內(nèi)，操作機夾持芯棒，壓機下行上砧壓成形扁六方的上部圓弧部分，在芯棒和Y形槽斜面及圓弧過渡擠壓下，成形坯料下面兩個弧，并擠壓成形Y形的3個突起，成形異形塊。新方案鍛件圖見圖4，變形過程如表2所示。

(2)鍛件重4040 kg×2，采用13 t真空精煉鋼錠鍛造，鍛造溫度1250～750℃。

(3)具體鍛造變形過程：兩次鐓拔后號印下料，異形塊坯料一端為扁六方，一端為扁方。回爐加熱坯料保溫充分后出爐鍛造，將異形塊坯料扁六方端先置于Y形槽上并且對正，對正后，進(jìn)行預(yù)成形。將芯棒放置在坯料上部，對中，加壓，在芯棒和Y形槽斜面及其圓弧過渡擠壓作用下，成形異形塊坯料下面兩個圓弧，并擠壓成形Y形的3個突起。

3 結(jié)論

新工藝?yán)梅滦渭夹g(shù)，將異形塊一邊的Y形部分鍛出，鍛件毛坯更接近零件尺寸，便于機械加工，節(jié)約鋼錠和生產(chǎn)成本，同時改善了異形塊Y形的3個突起內(nèi)部金屬纖維流線，力學(xué)性能均一次合格，具有較高的可靠性和穩(wěn)定性。