异形块的近净成型工艺

张晓东

(海军工程大学舰船与海洋学院，湖北430032)

异形块是某堆顶组件的关键锻件之一，不仅性能要求严格且形状比较复杂。其形状一端为Y形，另一端为扁方，异形块Y形下部角度为120°。因其形状复杂，属于异形件，且尺寸又较大，如采用传统自由锻方式生产，将一端压成圆柱形，另一端压成扁方，此方法原材料利用率低，机加工余量大，且机加工完成后圆柱端内部金属纤维流线形差，影响其力学性能，缩短其使用寿命。异形块零件图如图1所示。

图1 产品零件图Figure 1 Product parts drawing

表1 40CrNi2Mo的化学成分(质量分数，%)Table 1 Chemical composition of 40CrNi2Mo steel(mass fraction，%)

为了解决传统锻造工艺方法存在的问题，本文研究一种新的锻造成型方法，利用专用模具和成形圆棒，根据仿形技术原理，将异形块的一端Y形锻造出来，有效减少锻件余量，保证其内部金属纤维流向。

1 技术要求

异形块材质为40CrNi2Mo，其化学成分如表1所示。

力学性能要求见表2，取样方向为纵向。

表2 力学性能Table 2 Mechanical properties

图2 传统工艺方案锻件图Figure 2 Traditional process plan of forgings

图3 工装示意图Figure 3 Sketch map of tooling

2 锻造工艺方案

2.1 传统锻造工艺方案

(1)采用传统自由锻方式生产，将一端压成圆柱形，另一端压成扁方，锻件图如图2所示。

图4 新工艺方案锻件图Figure 4 New process plan of forgings

表2 新方案变形过程Table 2 The deformation process of the new scheme

(2)锻件重5.0 t×2，2件连锻，采用15 t真空精炼钢锭锻造，锻造温度1250～750℃。

(3)根据零件形状，其工艺流程应该为两次镦粗和拔长。具体锻造变形过程为：第一火，压钳把，倒棱，错水口。钢锭加热要烧均匀，压钳把时要保证钳把不要偏心，以避免在后续锻造过程中钢锭轴心发生偏斜。第二火，钢锭带帽镦粗最大圆∅1500 mm，再拔长至∅1000 mm。第三火，带帽镦粗，拔八方，两端上下号印。第四火，两端拔扁方，成型中间圆柱部分，最后氧割中间圆柱部分分料为两件完工。

采用一端压成圆柱形，另一端压成扁方的形式，原材料利用率低，机加工余量大，且机加工完成后圆柱端内部金属纤维流线形差，影响其力学性能，缩短其使用寿命。面对上述制造问题，本文研究了一种新的工艺方案来锻造生产该异形块。

2.2 新锻造工艺方案

(1)新工艺方案利用Y形槽工装，在芯棒和Y形槽斜面及圆弧过渡挤压下，成形坯料下面两个弧，并挤压成形Y形的3个突起，成形异形块。成形工装(图3)本体有Y形槽，Y形槽由上部两斜面和下部的U形槽组成，斜面和U形槽之间有与异形块Y形下部圆角R过渡，U形槽为上宽下窄，U形槽高度比异形块Y形下部高。锻造Y形时，先制造异形块坯料，异形块坯料一端为扁六方，一端为扁方；工装本体放于压机下，扁六方置

于Y形槽上，用平砧压，使异形块坯料下部分进入Y形槽内，操作机夹持芯棒，压机下行上砧压成形扁六方的上部圆弧部分，在芯棒和Y形槽斜面及圆弧过渡挤压下，成形坯料下面两个弧，并挤压成形Y形的3个突起，成形异形块。新方案锻件图见图4，变形过程如表2所示。

(2)锻件重4040 kg×2，采用13 t真空精炼钢锭锻造，锻造温度1250～750℃。

(3)具体锻造变形过程：两次镦拔后号印下料，异形块坯料一端为扁六方，一端为扁方。回炉加热坯料保温充分后出炉锻造，将异形块坯料扁六方端先置于Y形槽上并且对正，对正后，进行预成形。将芯棒放置在坯料上部，对中，加压，在芯棒和Y形槽斜面及其圆弧过渡挤压作用下，成形异形块坯料下面两个圆弧，并挤压成形Y形的3个突起。

3 结论

新工艺利用仿形技术，将异形块一边的Y形部分锻出，锻件毛坯更接近零件尺寸，便于机械加工，节约钢锭和生产成本，同时改善了异形块Y形的3个突起内部金属纤维流线，力学性能均一次合格，具有较高的可靠性和稳定性。