第27卷 第1期2010年3月
河 北 省 科 学 院 学 报JournaloftheHebeiAcademyofSciencesVol.27No.1Mar.2010
文章编号:1001-9383(2010)01-0024-03
带中间法兰的大型轴锻件的锻造工艺研究
苏月娟1,孙建新2,王玉洁2
(1.河北宏达绿洲工程设计有限公司,河北石家庄 050011;2.山东通裕集团,山东禹城 251200)
摘要:介绍了带中间法兰的大型轴锻件的锻造工艺。通过设计不同模锻工艺,并利用有限元法进行数值模拟仿真分析与对比,确定了模锻新工艺,收到良好效果。关键词:大型轴锻件;胎模锻;数值模拟中图分类号:TG302
文献标识码:AThemiddleofalargeshaftwithaflangeforgingforgingprocess
SuYue2juan1,SunJian2Xin2,WangYu2jie2
(1.HebeiHongdaLvzhouCo.,Ltd.,ShijiazhuangHebei050011,China;
2.ShandongThongyoGroup,Yucheng,Shandong251200,China)
Abstract:TheforgingprocessforlargeshaftforgingswithmiddleflangewasintroducedThroughde2signingofthedifferentforgingprocess,thenanalyzingofnumericalsimulationandcomparingwiththefiniteelementmethod,anewforgingprocessisdefined,whichwillhaveagreateffect.Keywords:Large2scaleshaftforgings;Fetalforging;Numericalsimulation
1 问题的提出
带中间法兰的大型轴锻件是某设备的主要锻
件之一。图1所示为游动耳轴的粗加工形状,其主要特点是中间带有法兰。本文以图1所示锻件为例研究该锻件的锻造工艺。
在以前的生产中,该锻件轴采用的是传统的自由锻工艺。为了保证中间法兰有足够的锻造比以及两小头端能够顺利锻出,需要加很大的切肩余量。如图1所示锻件设计重量为8604kg,增加切肩余量后锻件设计使用锭型为23t,钢锭利用率仅为37.4%。工艺设计为三火次锻出。
原工艺不足之处具体表现在:①原材料利用率低;②锻件重量增加,导致加热时间延长,能源消耗多;③锻造过程中增加机械设备负荷;④锻后
余料切割量大;⑤增加了锻后加工工序,锻造周期
较长,综合成本高。
图1 游动耳轴粗加工图
为适应节能降耗的要求,提高材料利用率,决定采用胎模锻工艺。胎模锻工艺生产效率高、节约材料,比较适合批量生产。
新工艺的主要思路为:利用简易模具,将中间台阶部分进行镦粗成形,这样可以减少锻件的切
3收稿日期:2010-01-30
作者简介:苏月娟(1969-),女,河北晋州人,工程师,从事机械产品及工程设计.
第1期苏月娟等:带中间法兰的大型轴锻件的锻造工艺研究
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肩余量,提高钢锭的利用率。
2 工艺方案的确定
利用模具抑制轴两端部的变形,使中间法兰部分镦粗成形。此工艺设计中,不需要增加切肩余量,并且轴向方向的锻造余量也比自由锻余量少。工艺设计有两种方案:
方案1 直接将原料锻制成等直径的坯料(如图2所示),然后通过模具,镦粗成形中间法兰部分。
图4 方案1数值模拟结果
图2 等直径坯料示意图
方案2 在不加或者少加切肩余量的情况
下,锻出直径较小的中间法兰(如图3),然后将中间部分进行镦粗成形。
图5 方案2数值模拟结果
图3 带中间台阶坯料示意图
表1 计算初始条件
3 数值模拟效果
利用有限元法分别对两种工艺进行了模拟分
析,为了计算简便,模型采用对称模型,并对模具的非主要参数进行了简化,上模设置匀速压下,下模保持不动。计算的初始条件如表1所示。模拟的最终变形结果如图4和图5。
从模拟的变形可以看出,方案1相对于方案2中间部分的变形量较大,两个方案的法兰垂直面成形效果都很好,但是方案1比方案2的中间部分的鼓肚率以及法兰轴面与台阶垂直边的过渡圆角都要大,不利于后期对中部法兰部分的修整。从变形方面分析,方案2效果比方案1好。
上模
参数设定
边界条件
方案1
运动速度运动时间下模摩擦系数
200mm/s2.5s
方案2
60mm/s3s
固定
0.3
固定
0.3
图6和图7分别为两个方案成形过程中所需的成形力。从图中可以看出,两个方案成形过程中的所需成形力相差不大,由于方案2坯料中间部分直径比方案1坯料中间部分直径大,因此成形力要大些。
综合分析确定,方案2比方案1成形效果好,
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河北省科学院学报2010年第27卷
因此在实际生产中,决定按方案2的新工艺进行。
图8 坯料尺寸示意图图6 方案1所需成形力 图9为采用新工艺之后锻出的某中间带法兰的轴锻件,在实际生产中,为了保证中间法兰部位的尺寸能达到要求,镦粗后法兰直径设计为要求的1.1倍,然后进行修整。法兰部分精整要优先于两小头端精整。
图7 方案2所需成形力
图9 锻件成品示意图
4 工艺设计及生产
带中间法兰的大型轴锻件的成形难点在于控
制坯料中间部分的变形均匀性,其主要影响工艺参数包括:台阶高度、上下模圆角,初始法兰高度,初始法兰直径,两小头端直径等。
在对每个参数进行优化后,制定的新工艺如下:
第一火:压钳把,倒棱,挫锭尾。
第二火:镦粗;WHF法拔长;修整坯料至如图8所示。
第三火:入模镦粗;锻各部至尺寸;精整,校直,出成品。
5 结束语
带中间法兰的大型轴锻件采用中部法兰镦粗成形新工艺,与原工艺比较,锻件的重量降为7636kg;设计使用钢锭锭型为10.5t,减少原料54.3%,提高了允许装炉温度,加热保温时间由原来的26h减少到了16h,节约天然气4861.25m3,缩短了生产周期,节能降耗,取得良好经济效益。参考文献:
[1] 锻压手册:第1卷锻造(第三版),北京:机械工业出版社,
2008.
[2] 姚泽珅.锻造工艺学与模具设计[M].西安:西北工业大学
出版社,2007.
