弹射止动器壳体成形工艺优化

■ 袁牧雨 夏怀树

1 概述

30CrNi2MoVA 钢是一种利用钼钒碳化物强化的低合金结构钢，适于制造截面厚度不大在高温回火后使用的零件，也常用于制造截面厚度小于50mm 的高强度构件。因此，除兵器工业生产中已被广泛使用外，航空工业生产中亦被采用，如导弹、火箭发射装置生产。该钢在我厂生产的某型产品部件中被采用，如弹射止动器壳体[1-3]。该材料可锻性比较好，最佳锻造温度范围比较宽（850～1160℃）。

本文研究的30CrNi2MoVA 钢弹射止动器壳体其外形结构较为复杂，成形难点主要位于“牛角型”底部，在实际生产中出现的主要问题为夹伤严重，出坯复杂且不稳定，制坯及模锻火次多，坯料及锻件打磨量巨大，这些严重地影响了锻件生产进度。因此，为研究该弹射止动器壳体的成形过程以解决上述问题，本文对其进行了工艺分析与优化设计，进而指导实际生产，加快生产进度，制备出合格锻件。

2 初始工艺方案的制定

2.1 弹射止动器壳体锻件图的制定

根据零件图及其技术要求绘制锻件图（图1）。锻件结构较复杂，具有窄长的“牛角型”构造，出坯复杂且不稳定、底部牛角尺寸制坯难以控制，锻件外形底部牛角型为非加工面。

图1 弹射止动器壳体锻件图

2.2 工艺方案的制定

该锻件总长度约为144mm，最宽处度约为240mm，长宽比达到0.6，外形结构较为复杂。通过对其进行工艺分析，确定工艺为自由锻出坯加模锻成型。由于锻件的形状特殊性，出坯过程中存在两个主要难点：①锻件中牛角部位较难成形，因此在自由锻过程中必须要成形出“牛角型”底部，如果制坯不合理，尺寸不到位会造成该部位填充不完全。②锻件底部形状复杂。制坯过程极易出现夹伤，制坯火次多，坯料及锻件打磨量大，如果制坯不合理，会造成该部位终锻成形时也容易产生夹伤，影响产品质量，增加模锻火次，严重影响生产进度。

因此，综合对该锻件各部位成形难易程度的分析，并依据模具设计手册[4]及实际生产经验,初定其成形工艺方案为：（3 火次回火制坯+排伤）+（3～4火次模锻成型+排伤）。经计算确定初始下料规格为Φ90mm×230mm。自由锻设备为750Kg 自由锻锤。终锻成形设备为5T 模锻锤。

3 成形结果分析

3.1 初始方案结果分析

对初定工艺方案进行实际锻造分析。锻件坯料成形效果很不理想，底部尺寸难以控制，且在过渡区根部夹伤严重，而且也会导致模锻出现夹伤及打不满现象，需要多次排伤、多火次制坯及模锻，增加报废风险和工作量与机加费用，延缓生产进度。

在该锻件成形过程中，导致模锻成形困难的因素总结如下：①坯料制坯困难，尺寸难以控制，制坯坯料稳定性较差。“牛角型”坯料与模具不契合，成形过程易产生夹伤及充型不满现象。②机加去除制坯夹伤后，模锻尺寸不足并未从根本上解决夹伤问题，导致终锻时再次出现夹伤。

3.2 优化设计

对初定工艺方案的分析可知，弹射止动器壳体制坯缺陷大，严重影响最终模锻件的成形周期。因此，针对上述明显的缺陷做出必要的优化设计。

⑴ 制作胎模，优化制坯，减少打磨（图2）。将原始棒料放在胎模中经一次锻造制坯且无夹伤，显著降低火次，节约时间成本。

图2 胎模实物图

⑵ 底部做圆，便于模锻。将胎模底部做圆，顶部椭圆这样制出的坯料与终锻模具高度契合，避免模锻时容易出现夹伤的问题。

⑶ 观察模锻毛边分布，减少火次。根据所制坯料的模锻件毛边分布情况更改仓部容料，减少火次，这样可明显提高锻造效率。

针对上述改进方案，进行制坯过程分析。与初始方案相比，可明显看到过渡区圆滑无夹伤。将改进后的坯件放入终锻模膛中进行成形分析。优化后的最终锻件成形质量良好，各部位充填饱满。制作弹射止动器壳体51 件，抽样20 件进行尺寸检测，抽样合格率100%。完全达到图纸要求。各项性能指标检测合格，符合力学性能要求。这说明工艺优化取得显著效果。

4 结论

用此工艺工装已成功生产出符合要求的锻件，因此工艺制定和模具设计达到了预期目标，可以为钢质弹射止动器壳体成形提供有益参考。此工艺方法优点为：

(1) 确定该锻件成形工艺为：一火次胎模锻+一火次模锻成形。同时，减少了回火次数，节约了时间成本和机加成本，显著提高了生产效率。

(2) 针对该坯件底部易出现夹伤和充型不满等问题，在自由锻时增加胎模，控制坯料尺寸和形状，从而避夹伤和充型不满的材料问题。

(3) 制坯后模锻成形工艺完全能够实现钢质弹射止动器壳体零件成形，并能保证尺寸和性能要求，成品率达到100%。

(4) 模锻能够保证金属流线的完整，细化晶粒，提高工件的性能。优化后进行实际生产验证，结果表明，弹射止动器壳体成形质量良好，无明显缺陷，符合产品的使用要求。