艉轴架锻件的成形工艺研究

文／熊武，林晨，于海娟·武汉重工铸锻有限责任公司

艉轴架锻件的成形工艺研究

文／熊武，林晨，于海娟·武汉重工铸锻有限责任公司

艉轴架又叫美人架，是船舶重要的结构构件之一。艉轴架是用于船舶导流管或轴毂连接船体的装置，位于螺旋桨前方，起支撑艉轴的作用。

普通中小型船舶的艉轴架多采用整体铸造的方式生产，有时因艉轴架尺寸较大，整体铸造的工艺性差，也可分段铸造，然后焊接成为整体。而军用舰船要求航速高、机动性强，通常采用双机并车、双桨推进的全柴联合推进装置，铸钢件的性能难以满足其苛刻的要求，必须选用锻钢件。

图1所示为艉轴架钢锻件外形尺寸，在正面及侧面两个方向存在一定的弯曲角度，图中艉轴架锻钢件在侧面上弯曲126.5°，在正面上弯曲5°。

艉轴架主要技术指标

⑴材料的化学成分要求如表1所示。

表1 材料化学成分

⑵锻件热处理后的横向力学性能：σs≥240N/mm2、σb为 480～ 600N/mm2、A ≥ 16%、Z≥30%。

⑶超声波探伤需满足NB/T 47013.3-2005Ⅱ级。

锻造工艺研究

直宽板斜弯方式成形

按照图1中艉轴架锻钢件的外形尺寸，直接在厚度方向和宽度方向放余量，制定出如图2锻件示意图。由图2可以看出，这样得出的锻件两侧均有一定角度的弯曲，弯曲折线与板料长边呈85°。宽板坯料在弯曲成形前，在压机下摆放时必须与压机的走台中线呈5°摆放，如果在弯曲成形过程中，宽板坯料左右移动则会影响锻件的成形尺寸，所以，这种以斜弯方式来弯曲成形的艉轴架钢锻件的成形尺寸及精度难以保证，锻造操作困难较大。

图2 直宽板斜弯锻件示意图

台阶宽板直弯方式成形

通过Pro/E软件进行三维建模，变换图形基准，如图3所示。将艉轴架的长边放平，侧边正对视图方向，建立坐标系，根据坐标系的方向测量，可知此时短边与视图方向倾斜呈一定角度，短边厚度变厚；同理，从正面看锻件也整体倾斜了一定的角度，按照倾斜后的厚度及宽度确定锻件余量制定锻件图，这样得出的锻件在倾斜的短边上厚度变厚，但弯曲折线与板料长边垂直，这样，弯曲前坯料在压机下摆放时，只需与压机走台平行即可，降低了弯曲成形的操作难度，有利于控制锻件成形的外形尺寸。

图3 台阶宽板直弯锻件图

锻造工艺及锻造过程

从以上两种成形方式可以看出，第二种台阶宽板直弯成形方式更利于弯曲成形及尺寸控制。因此，按该方式放锻件余量，制定出如图4所示的艉轴架锻件图。

图4 试制艉轴架锻件图

艉轴架锻件采用自由锻锻出宽板坯料后，再按照弯曲成形的方式生产。锻件重量为4.6t，采用7t钢锭锻造成形。制坯的详细步骤为：钢锭戴帽镦粗→拔扁方→压台阶→弯曲中心压印→成形坯料→扩氢退火→氧割两端弃料。具体锻造步骤如下：

⑴钢锭带帽镦粗，如图5所示。

图5 钢锭镦粗

⑵拔扁方下料（图6）。为保证弯曲时弯曲中心线清晰可见，故提前在计算出的弯曲中心线处压印做标记。

⑶弯曲成形（图7）。采用整体热弯的方式将坯料弯曲成形。弯曲工装下方选用车间现有的V型马架镶块将坯料支起，镶块角度为120°，适用于126.5°的艉轴架锻件进行弯曲。弯曲时，为保证成形后的圆角尺寸及圆角形状，采用半径相仿的圆棒，垫在坯料的弯曲中心线上，再进行弯曲成形。因此，选用车间现有的φ640mm的圆棒相对于锻件上的R365圆角略小，更利于圆角成形。

图6 制坯过程示意图

图7 弯曲过程示意图

⑷若弯曲成形温度较高，则由于宽板坯料较大且较薄，加热及吊装出炉极易造成坯料弯曲甚至扭曲；另外，弯曲成形后采用吊钳起吊锻件时弯曲角度容易变化，故确定弯曲炉内加热温度定为（900±10）℃。

同时为了保证弯曲成形后的角度，事先制作等比例的样板，便于弯曲成形过程进行比对校正。图8为车间锻造弯曲成形过程。

锻后热处理

艉轴架材质为20MnHQ，锻后热处理温度正火温度为（900±10）℃，回火温度为（560±10）℃，因艉轴架弯曲温度定为（900±10）℃，所以，将宽板坯料直接做锻后热处理，正火空冷时出炉弯曲成形，弯曲成形后，继续进热处理炉进行后续的回火工序。回火装炉时需将艉轴架锻件侧放于垫铁上，防止回火时弯曲角度变化。锻后热处理执行完，锻件冷却后直接报船检机构性检即可，这种生产方式不仅缩短了生产时间，而且节约了生产成本。

图8 锻造弯曲成形过程

结束语

使用Pro/E软件对艉轴架锻件进行三维建模，制定出合理的锻件图；选用现有工装代替专用模具，坯料在正火空冷时出炉进行弯曲成形，成形后再进炉回火。采用上述工艺方案，生产出的艉轴架锻件产品外形尺寸、力学性能及内部质量均满足技术要求，达到了既缩短产品制造周期，又实现降本增效的目的。