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[分享] 复杂形状头部长杆类活塞杆锻件的成形

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    发表于 2022-7-5 15:05:25 | 显示全部楼层 |阅读模式

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    文/张静,张延珍,郭敏鸽·陕西宏远航空锻造有限责任公司

           复杂形状头部长杆类活塞杆是某机型的关键结构件,材料为30CrMnSiNi2A,锻件净重245kg,外形结构极其复杂,如图1 所示。锻件须经锻荒+模锻的方法成形,从前期生产过的长杆类锻件的实际成形情况来看,容易出现的主要问题是:在锻荒过程中头部与杆部易脱节,从而严重影响后续模锻成形效果;第一火生产时,荒形无法与模具型腔完全接触,给定位带来不便。除此之外,锻件头部形状较为特殊,给荒形的制定带来了极大的挑战。同时,锻件也容易出现表面折叠、夹伤以及未充满等缺陷,产品合格率低。
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    图1 活塞杆锻件

    方案制定
    荒形设计
    荒形设计见图2,设计特点:将荒形头部设计成“圆盘”形,一方面考虑锻件此处的实际形状,另一方面减少锻荒难度,如若换成拔长,不仅操作不便,而且尺寸难以掌控,与此同时荒形过渡处难以圆滑。
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    图2 活塞杆荒形

    模具设计
    模具设计见图3,设计特点:采用折线分模面,主要是结合锻件实际形状,均衡上下模的变形程度,便于模锻充满成形,同时可以保证荒形与下模型腔更好地接触,便于模锻第一火次的定位。
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    图3 活塞杆荒形与模具示意

    实际生产过程
    主要工艺流程
    工艺流程为:下料→机加(倒角)→锻荒→模锻→热处理→机加(毛边)→理化→酸洗或吹砂→打磨→机加(探伤面)→探伤→补全标刻→终检→入库。

    锻造生产过程
    ⑴锻荒生产过程。
    锻造设备:快锻机。工装:专用胎模。胎模预热温度:250 ~350℃;预热时间≥12h。加热规范:1130(1100)℃±20℃加热90min,锻荒二火及三火高温区加热温度为(1100±20)℃,终锻温度≥850℃。坯料转移时间≤45 秒。冷却方式:堆冷。锻荒工步见图4、图5 和图6。
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    图4 锻荒工步一:分料、拔长留出头部

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    图5 锻荒工步二:胎模镦粗头部

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    图6 锻荒工步三:再次拔长杆部至荒形要求

    1)荒形特点:采用胎模镦粗荒形头部的方法,一方面比较准确地控制住了荒形尺寸,更重要的是保证了荒形大头与杆部的同轴度在比较理想的范围内,即避免了前面所提到的荒形尺寸脱节问题。胎模的固有形状确保了荒形头部与杆部过渡圆滑,后续模锻时避免了锻件在该处产生的折叠及夹伤缺陷。胎模镦粗大大降低人工拔长的难度,提高了锻荒效率。
    2)注意事项:在胎模镦粗过程中,严格控制胎模的镦粗程度,确保荒形头部尺寸。在最后一火的杆部拔长工步完成之前,校直杆部。
    ⑵模锻生产过程。


    锻造设备:对击锤。模具预热温度:250 ~350℃,预热时间≥12h。加热规范:1130(1100)℃±20℃×60min,模锻二火及三火高温区加热温度为(1100±20)℃;终锻温度≥850℃;坯料转移时间≤45 秒。冷却方式:堆冷。
    1)注意事项。
    ①在进行模锻第一火生产时,先轻击2 ~3 锤定位,后重击成形,防止剧烈变形引起夹伤缺陷。
    ②为了减少锻件表面氧化皮垫坑量,在每火次的生产时,先锤击1 ~2 锤后将锻件迅速从型腔内取出,快速用风枪吹净下模型腔内的氧化皮,随后立即将锻件放回型腔内继续进行锻造。
    ③为了防止锻件单面垫坑较大,模锻火次间生产时,将上下模颠倒着来回使用,即这火次凸锁扣一扇在上模,下火次便将其放在下模。
    ④每火次锻造完成,气割毛边并且吹砂后,仔细对锻件进行打磨,特别是模锻第一火后大头与杆部的过渡处,以确保后续火次锻造的顺利进行。
    ⑶热处理及后续理化检测。
    锻件经正火+回火处理后,进行机械性能、金相和超声波探伤检查,其数据结果见表1,组织照片见图7 和图8。
    表1 活塞杆解剖件理化检测报告
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    图7 高倍组织照片

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    图8 低倍组织照片

    项目总结
    针对此类锻件的成形问题,可从以下几个方面进行考虑:
    ⑴合理设计荒形尺寸,减少锻荒难度,从而精确地控制荒形质量;
    ⑵明确锻荒工步,必要时借助专用工装,减少人为因素引起的偏差,避免模锻成形过程中易出现的夹伤、折叠及局部充不满等表面质量问题;
    ⑶结合锻件实际形状,合理地设计其模具形状,均衡上下模变形程度,保证模锻开始时锻件荒形在模具型腔中的定位效果。


    结束语
    本文以长杆类活塞杆锻件为对象,把快锻机及对击锤作为主要锻造设备,结合创造性工艺方案的实施,实现了此类复杂锻件的充满成形,同时满足了锻件的表面质量和性能等各方面要求,极大提高了新品试制件的一次性合格率,更关键的是此工艺方案科学合理,便于现场操作,提高了生产效率,可用于实际生产。



    —文章选自:《锻造与冲压》2022年第9期


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