用厚壁管模鍛零件的工藝過程

無錫東海鍛造有限公司 （江蘇 214024）何 剛 黃云舉

在各個工業部門中廣泛使用法蘭形、圓柱形、錐形和帶法蘭曲面接頭空心零件，以及用于生產球狀旋塞外形像封頭半球狀半成品。為了制造這些零件，通常使用如下工藝過程：多道工序拉深平面毛坯；機械加工整體模鍛毛坯；將管件與法蘭焊接，液壓、激光、等離子弧切割或由厚材上割出；為獲得壓力容器焊接封頭；焊接半球形隨后需要熱處理和機械加工。

現有方法有一系列缺點：低的勞動生產率，材料利用率低，零件質量差。因此，必須尋求現有類似零件的新制造方法。方法之一是通過使用薄壁管或厚壁管擴徑或縮徑方法，這種方法一般在冷態下進行，但若需劇烈變形則要在熱態下進行。

按照冷變形管材據其幾何尺寸參數——外徑DH、壁厚s及其相對壁厚DH/s可分為4組。①特薄管DH/s＞40和管徑DH≤20mm，s≤0.5mm。②薄壁管12.5＜DH/s≤40和管徑DH≤20mm，s=1.5mm。③厚壁管6＜DH/s≤12.5。④特厚管，DH/s＜6。

1.帶法蘭圓柱體接頭

圖1 帶法蘭圓柱體接頭零件

圖1為零件圖（實線）模鍛半成品圖（虛線）帶法蘭圓柱體接頭，加工到最終尺寸帶法蘭錐形接頭。毛坯材料為工業純鈦TA1。

這兩種形式法蘭都要3個工序成形。為劇烈變形需要，管子毛坯局部加熱到750℃進行溫鍛。在第一工步用與對稱軸成α=45°夾角沖頭1擴徑（見圖2a）；第二工步用與對稱軸成α=70°夾角沖頭1擴徑；第三工步，法蘭最終成形，用平面沖頭2擴徑。

由此可見，在一副模具中實現3個工步變形。擴徑過程中法蘭周邊厚度由18mm減到14mm，即減薄22%。法蘭半成品如圖2b所示。

圖2

圖3為法蘭厚度與直徑關系曲線，可見在擴徑過程中，隨著外徑增加，法蘭周邊區域壁厚的變化。試驗指出，為了保證毛坯穩定性，采用分段加熱。在這種情況下，毛坯變形部分溫度為750℃，而毛坯置于凹模中部分加熱到200℃，凹模徑向底部邊緣450℃。

圖3 法蘭厚度與直徑關系

2.錐形法蘭和錐形接頭

在制造帶錐形法蘭接頭時，錐形段成形（見圖4)，將圖2半成品加熱到750℃，壓力機滑塊一次行程實現擴徑。錐形接頭和法蘭部分同心度為3～4mm，由于毛坯管壁壁厚不均及其不均勻的加熱，這是不可避免的，在工藝設計階段要預先考慮用機械加工方法去除所留余量。

圖4 用管材成形錐形法蘭

錐形焊接接頭模鍛用縮徑和擴徑復合模鍛方法，其規范在溫鍛溫度范圍內劇烈變形。工序可在毛坯各段管徑甚至毛坯原始外徑219mm、壁厚14mm實現（見圖5）。

劃分變形區域源頭，允許保證設計減少壁厚相對變形過程的有利條件。毛坯加熱后，在錐形凹模3中用平沖頭1擠壓（見圖5a)，然后用錐形沖頭將孔擴到最大φ(285+3)mm。

應該強調指出，伴隨由規定熱力規范出現的偏差，通常管子擴徑段由于變形區域局部失穩形成裂紋，之所以失穩，是因變形段加熱溫度不均勻或由于冶金原因造成管材表面缺陷。因此，必須仔細選擇毛坯和加熱規范。

圖5

圖6為帶法蘭錐形接頭或無法蘭錐形接頭，用擴徑和擠壓復合模鍛方法制造。

圖6 用擠壓和擴徑在溫鍛劇烈變形下復合模鍛制造接頭

3.大外廓尺寸球狀龍頭

為了生產球狀龍頭半成品殼體鍛件，設計了包括離心澆注或可鍛管坯熱正擠壓，隨后在澆口區域縮徑并在球形沖頭下部半球形上擴徑。

圖7 球狀龍頭大外廓尺寸鍛件制造

在專用模具中完成擠壓，為下部圓柱體半成品形狀中獲得細晶粒組織，通過減少原始毛坯管材壁厚并規定相對變形程度實現（見圖7a)。擠壓后，加熱半成品，置于第二副模具中，擠壓上部得到上部更厚圓柱體壁部（孔口），下部擴徑，對應壁部變形不超過10%（見圖7b)。在擠壓時，半成品上部分鑄造組織得到破碎。

因此，事實上管坯整個金屬體積經受了塑形變形而沒有破壞其密實性，極大提高了鍛件力學性能指標，還可以使用更廉價原始毛坯。使用新工藝減少了金屬消耗30%～45%并提高了勞動生產率。推薦該工藝用于制造通徑Dy=700mm、1000mm、1200mm、1400mm半成品殼體小批量和中批量生產。

4.結語

運用所研制的工藝由厚壁管坯用壓力加工方法生產空心零件，保證了高生產率、金屬材料高利用率和產品的高質量。