大型管模鍛件成型工藝研究

文章來源：sjzwx 更新時間：2015-07-13 09:19:31

    管模是用于生產離心球墨鑄鐵管道裝置的大型精密模具，屬鑄管行業主要消耗性備件，市場需求量巨大。管模按生產方式區分主要有整體鍛造管模和熱模法離心鑄造管模。大型整體鍛造管模對設備工裝、制造工藝及產品質量要求極其嚴格，鍛件制造難度極大。本文主要討論在缺少大型管模鍛件相關研制經驗及專用冶金工裝的情況下，如何采用現有短芯棒多火次分段成型的工藝方案，解決因制造專用冶金工裝周期長從而影響產品交貨期的問題。用錯砧點擴的技術創新方法有效解決了拔長過程坯料“抱死”芯棒的問題。通過優化芯棒拔長工藝保證鍛件順利成型及產品質量。

    1鍛件主要技術要求此管模系典型的特大規格薄壁長套類鍛件，外形復雜，長度達9in，承口端外徑2in，而壁厚僅175mm(圖1)。鍛件材質為21CrMol0熱作模具鋼，cr含量達到2．3％～2．6％。超聲檢測按照JB／T5000．15—1998標準Ⅲ級執行。金相組織按相關國標嚴格要求：一般疏松、錠型偏析不大于3級；脆性、塑性夾雜物不大于1．5級；帶狀組織不大于2．0級；魏氏組織不大于1級；晶粒度不小于5級；正火組織不大于2級。

    2鍛造工藝技術分析長套類鍛件鍛造工藝流程：冶煉一鑄錠一鋼錠壓鉗口、倒棱一熱割肩、切錠尾一鐓粗、拔長下料一沖孔一馬杠擴孔一預拔長制坯一芯棒拔長一出成品。

傳統鍛造方法成型時一般采用長度大于鍛件總長的芯棒執行拔長工序。由于缺少長度大于9in的(2)1400mm專用大規格芯棒，而專門制造此工裝又工期太長，嚴重影響交貨期，為此，大膽創新鍛造工藝，策劃使用現有總長5131的1400mm短芯棒執行拔長工序。

    現有短芯棒沒有中心過水冷卻孔且斜度小，拔長過程中芯棒長時間受熱膨脹，且芯棒受壓后產生變形，極易與坯料“抱死”不動，使芯棒無法進退不能完成后續拔長工序。當坯料長度超過5i11時，拔長時芯棒在坯料中的進退及砧子的壓料位置難以精準控制，容易壓空。

    由于鍛件外型復雜、規格巨大，需采用大鍛造量芯棒拔長工序，以提高拔長效率。若成型過程產生坯料彎曲變形，則芯棒很難再次進入坯料，修整工序將很難繼續進行。鍛件同軸度及內外表面質量對后期加工過程的影響也較大。另外，拔長過程中隨坯料壁厚減薄溫降加快，鍛造溫度大幅降低時易出現表面裂紋，必須增加鍛造火次。再者鍛件內孔尺寸大且壁厚薄，拔長后期較難收口，管模端部容易呈現“喇叭口”缺陷。

    3工藝技術創新為了克服芯棒長度短導致的拔長操作困難，并有效避免坯料與芯棒“抱死”不動的問題，在拔長操作前，適當提高芯棒使用前的預熱溫度，以降低芯棒進入坯料后的膨脹程度。拔長過程采用分段成型的方法，即先拔長管模一端至4．5in，然后掉頭拔長另外一端至最終工藝尺寸。這種成形方法有效彌補了芯棒長度小于鍛件總長的不足。拔長前期須使用大壓下量、大角度翻轉，暫不收口，以保證快速拔長和芯棒順利進退。最后階段采用“退芯棒”方案，當出現“抱死”現象時，用錯砧點擴方法使鍛件內孔與芯棒產生空隙松動，沿管模圓周方向點擴一周，利用芯棒和管模內壁的微小間隙退出芯棒，見圖2。管模鍛件具有壁薄的特點，芯棒拔長時拔長效率遠低于普通長套類鍛件，預拔長制坯后必須分多火次成型。隨坯料壁厚減薄，應不斷減少壓下量和翻轉角度，以避免不對稱變形而產生彎曲，保證鍛件同軸度及表面質量。在拔長后期收口階段，根據金屬流動規律，制定芯棒端頭拔梢度方案，如圖3所示。沿管模端部旋轉輕壓，使端部金屬逐漸緊貼芯棒外壁，有效消除“喇叭口”缺陷。

    4生產驗證制造過程中，采用多火次分段成型、最后階段“退芯棒”拔長、錯砧點擴、芯棒端頭拔梢度等工藝技術，有效確保了鍛件成型質量。兩件管模經外形尺寸、超聲檢測及性能檢驗，均滿足用戶技術協議要求。

    5結論(1)利用短芯棒，采用多火次分段成型方案執行薄壁長套類管模鍛件拔長工序，具有工藝技術可行性。(2)提高芯棒預熱溫度、采用錯砧點擴和拔長階段大鍛造量等工藝方法能有效解決鍛造過程中芯棒與坯料“抱死”不動的問題。