采用纵向锤砧锻造大型筒圈类锻件工艺研究

文／张晓旭，郭海萍，肜鹏，杨兵·沈阳铸锻工业有限公司锻造分公司

采用纵向锤砧锻造大型筒圈类锻件工艺研究

文／张晓旭，郭海萍，肜鹏，杨兵·沈阳铸锻工业有限公司锻造分公司

本文主要阐述采用纵向锤砧进行马杠扩孔，锻造大型筒圈类锻件，解决了设备锻造空间不足及窄砧扩孔变形不均匀、扩孔效率低的问题。采用的新工艺方案有效地保证了锻件的内部质量，提高生产效率，实现小设备干大活极限锻造目的。

大型水电机组上关键构件衬套锻件的零件轮廓尺寸为外径2190mm、内径1940mm、高1330mm，锻件尺寸为外径2240mm、内径1880mm、高1390mm，锻件重量12700kg，材料为20SiMn，锻件图见图1。

该锻件形状虽然简单，按最终成形工序，看作是圈类锻件，但由于锻件高度尺寸达到1390mm，也可看作大型筒体锻件，这里为便于叙述，根据其锻造成形特点称作筒圈类锻件。其锻造成形工序囊括自由锻造的下料、镦粗、冲孔、芯轴拔长、马杠扩孔，工序繁多。该件若在3150t以上标准系列水压机上生产难度并不大，但我公司设备虽然具有3200t压力，锻造空间却仅相当于2000t水压机，因此，生产该件具有很大难度。必须对该件自由锻造工艺深入研究，采取特殊工艺措施，确定好合理的工艺参数，才能达到利用小设备干大件目的，全面提升工艺水平。

图1 锻件图

锻造工艺方案难点分析

如按筒类锻件芯轴拔长出成品，芯轴重量加上锻件重量超重，40t操作机无法夹持，同时起始拔长时水压机高度净空距也不够，所以该件最终锻造成形，只能采取马杠扩孔。但由于锻件长度达到1390 mm，因此需要解决如下技术难题：⑴设计纵向长砧及马杠尺寸，保证工艺顺利实施；⑵确定各工序合理工艺参数，控制好扩孔后锻件大小口程度，保证锻件工艺尺寸达到图纸要求。

具体分析如下：我公司现用32MN水压机配备平砧为500mm、800mm宽，扩孔成形过程中，需要三砧或者两砧搭接扩孔。由于搭接部位变形比较小，造成锻件沿母线方向变形不均，影响锻件质量。即使采用800mm砧，搭接扩孔，不可避免造成扩孔时马架单边受力点部分移到我公司现有32MN水压机下横梁支撑底座外，给设备和安全生产带来危害。根据塑性变形最小阻力定律窄砧扩孔，金属沿周向流动的量大大减少，而沿轴向流动的量则增加，扩孔效率降低，导致锻造过程过长，烧损严重，存在料不够用不能满足工艺尺寸要求而报废的风险。

针对上述问题，必须考虑采用纵向锤头进行满砧马杠扩孔工艺。由于锻件长度达到1390mm，进行满砧扩孔，如果扩孔前通过芯棒拔长的预制坯料壁厚不均，导致锻件大小口，则无法满足锻件加工尺寸，因此加强中间制坯工序的质量非常关键。

确定锻造工艺方案

该锻件工艺过程为锯床下料→镦粗→冲孔→扩孔→芯棒拔长→纵向锤头扩孔。具体工艺过程参数如表1所示。

表1 大型筒圈类锻件锻造工艺流程

纵向锤砧在大型筒圈类锻件锻造工艺中的应用

以该件锻造为契机，为实现满砧扩孔，我们设计并制造了纵向锤砧，示意图如图2所示。图2a为常用的500mm宽平砧，图2b为纵向锤砧，长2600mm，主要考虑我公司3200t水压机锻造空间及今后具有更大的通用性，提高工具投资使用效率。对于长度为1390mm的锻件，可以实现满砧扩孔成形，解决了窄砧扩孔变形程度不均匀、扩孔效率低的问题，满足对设备锻造空间要求。

图2 500mm宽砧和纵向锤砧示意图

结论

⑴采用纵向锤砧进行马杠扩孔成形的大型筒圈类锻件，毛坯外观质量良好，生产操作方便，解决了扩孔变形程度不均匀、扩孔效率低的问题，实现小设备干大活目的。

⑵确定了锻造过程工艺参数及操作控制要点，避免了锻件出现大小口，坯料烧损量大问题，满足工艺尺寸要求。

⑶为大型冶金辅具设计及制造积累技术经验。