大型管模鍛件成型工藝研究

文章來源：sjzwx 更新時(shí)間：2015-07-13 09:19:31

    管模是用于生產(chǎn)離心球墨鑄鐵管道裝置的大型精密模具，屬鑄管行業(yè)主要消耗性備件，市場需求量巨大。管模按生產(chǎn)方式區(qū)分主要有整體鍛造管模和熱模法離心鑄造管模。大型整體鍛造管模對設(shè)備工裝、制造工藝及產(chǎn)品質(zhì)量要求極其嚴(yán)格，鍛件制造難度極大。本文主要討論在缺少大型管模鍛件相關(guān)研制經(jīng)驗(yàn)及專用冶金工裝的情況下，如何采用現(xiàn)有短芯棒多火次分段成型的工藝方案，解決因制造專用冶金工裝周期長從而影響產(chǎn)品交貨期的問題。用錯(cuò)砧點(diǎn)擴(kuò)的技術(shù)創(chuàng)新方法有效解決了拔長過程坯料“抱死”芯棒的問題。通過優(yōu)化芯棒拔長工藝保證鍛件順利成型及產(chǎn)品質(zhì)量。

    1鍛件主要技術(shù)要求此管模系典型的特大規(guī)格薄壁長套類鍛件，外形復(fù)雜，長度達(dá)9in，承口端外徑2in，而壁厚僅175mm(圖1)。鍛件材質(zhì)為21CrMol0熱作模具鋼，cr含量達(dá)到2．3％～2．6％。超聲檢測按照J(rèn)B／T5000．15—1998標(biāo)準(zhǔn)Ⅲ級執(zhí)行。金相組織按相關(guān)國標(biāo)嚴(yán)格要求：一般疏松、錠型偏析不大于3級；脆性、塑性夾雜物不大于1．5級；帶狀組織不大于2．0級；魏氏組織不大于1級；晶粒度不小于5級；正火組織不大于2級。

    2鍛造工藝技術(shù)分析長套類鍛件鍛造工藝流程：冶煉一鑄錠一鋼錠壓鉗口、倒棱一熱割肩、切錠尾一鐓粗、拔長下料一沖孔一馬杠擴(kuò)孔一預(yù)拔長制坯一芯棒拔長一出成品。

傳統(tǒng)鍛造方法成型時(shí)一般采用長度大于鍛件總長的芯棒執(zhí)行拔長工序。由于缺少長度大于9in的(2)1400mm專用大規(guī)格芯棒，而專門制造此工裝又工期太長，嚴(yán)重影響交貨期，為此，大膽創(chuàng)新鍛造工藝，策劃使用現(xiàn)有總長5131的1400mm短芯棒執(zhí)行拔長工序。

    現(xiàn)有短芯棒沒有中心過水冷卻孔且斜度小，拔長過程中芯棒長時(shí)間受熱膨脹，且芯棒受壓后產(chǎn)生變形，極易與坯料“抱死”不動(dòng)，使芯棒無法進(jìn)退不能完成后續(xù)拔長工序。當(dāng)坯料長度超過5i11時(shí)，拔長時(shí)芯棒在坯料中的進(jìn)退及砧子的壓料位置難以精準(zhǔn)控制，容易壓空。

    由于鍛件外型復(fù)雜、規(guī)格巨大，需采用大鍛造量芯棒拔長工序，以提高拔長效率。若成型過程產(chǎn)生坯料彎曲變形，則芯棒很難再次進(jìn)入坯料，修整工序?qū)⒑茈y繼續(xù)進(jìn)行。鍛件同軸度及內(nèi)外表面質(zhì)量對后期加工過程的影響也較大。另外，拔長過程中隨坯料壁厚減薄溫降加快，鍛造溫度大幅降低時(shí)易出現(xiàn)表面裂紋，必須增加鍛造火次。再者鍛件內(nèi)孔尺寸大且壁厚薄，拔長后期較難收口，管模端部容易呈現(xiàn)“喇叭口”缺陷。

    3工藝技術(shù)創(chuàng)新為了克服芯棒長度短導(dǎo)致的拔長操作困難，并有效避免坯料與芯棒“抱死”不動(dòng)的問題，在拔長操作前，適當(dāng)提高芯棒使用前的預(yù)熱溫度，以降低芯棒進(jìn)入坯料后的膨脹程度。拔長過程采用分段成型的方法，即先拔長管模一端至4．5in，然后掉頭拔長另外一端至最終工藝尺寸。這種成形方法有效彌補(bǔ)了芯棒長度小于鍛件總長的不足。拔長前期須使用大壓下量、大角度翻轉(zhuǎn)，暫不收口，以保證快速拔長和芯棒順利進(jìn)退。最后階段采用“退芯棒”方案，當(dāng)出現(xiàn)“抱死”現(xiàn)象時(shí)，用錯(cuò)砧點(diǎn)擴(kuò)方法使鍛件內(nèi)孔與芯棒產(chǎn)生空隙松動(dòng)，沿管模圓周方向點(diǎn)擴(kuò)一周，利用芯棒和管模內(nèi)壁的微小間隙退出芯棒，見圖2。管模鍛件具有壁薄的特點(diǎn)，芯棒拔長時(shí)拔長效率遠(yuǎn)低于普通長套類鍛件，預(yù)拔長制坯后必須分多火次成型。隨坯料壁厚減薄，應(yīng)不斷減少壓下量和翻轉(zhuǎn)角度，以避免不對稱變形而產(chǎn)生彎曲，保證鍛件同軸度及表面質(zhì)量。在拔長后期收口階段，根據(jù)金屬流動(dòng)規(guī)律，制定芯棒端頭拔梢度方案，如圖3所示。沿管模端部旋轉(zhuǎn)輕壓，使端部金屬逐漸緊貼芯棒外壁，有效消除“喇叭口”缺陷。

    4生產(chǎn)驗(yàn)證制造過程中，采用多火次分段成型、最后階段“退芯棒”拔長、錯(cuò)砧點(diǎn)擴(kuò)、芯棒端頭拔梢度等工藝技術(shù)，有效確保了鍛件成型質(zhì)量。兩件管模經(jīng)外形尺寸、超聲檢測及性能檢驗(yàn)，均滿足用戶技術(shù)協(xié)議要求。

    5結(jié)論(1)利用短芯棒，采用多火次分段成型方案執(zhí)行薄壁長套類管模鍛件拔長工序，具有工藝技術(shù)可行性。(2)提高芯棒預(yù)熱溫度、采用錯(cuò)砧點(diǎn)擴(kuò)和拔長階段大鍛造量等工藝方法能有效解決鍛造過程中芯棒與坯料“抱死”不動(dòng)的問題。