大型封頭鍛件鍛造工藝編制及實踐研究

■ 王爽，王寶亮

大型封頭鍛件是壓力容器重要鍛件之一，壓力容器殼體是由筒體和封頭兩大部分構成的一個密閉容器，在其壁上又各引出部分接管法蘭等。封頭與筒體連接可采用焊接或法蘭連接。封頭制造質量的好壞對整體壓力容器使用性能都有直接影響。此封頭屬于異形鍛件，在鍛造生產中容易出現折疊缺陷、裂紋、尺寸超差等質量問題。本文通過研究工藝編制及生產實踐中容易出現的一些問題來提高鍛件質量。鍛件如圖1、圖2所示。

1. 鍛造工藝編制

根據材質確定鍛造溫度范圍, 始鍛溫度1250℃，終鍛溫度750℃，精鍛溫度700℃。根據鍛件尺寸形狀確定鍛造變形工序，第一火次：壓鉗口；第二火次：鐓粗拔方倒八角；第三火次：鐓粗、KD法拔長下料；第四、五、六火次：2次預鍛下模鐓粗；第七、八火次：出成品。

（1）錠型選擇 鋼錠冒口及澆口切除重量，按鋼錠錠身重量百分比計算，一般封頭鍛件冒口切除：錠身重15%～20%，澆口切除5%～10%。

坯料重量可按下式計算

G坯料=G鍛件+G燒損+G料頭G鍛件=KG1

G1=ρV

式中 G坯料——坯料重量；

G鍛件——鍛件重量；

G燒損——加熱時由于坯料表面氧化而燒損重量。第一次加熱取被加熱金屬的2%～3%，以后每次加熱取1.5%～2.0%；

G料頭——在鍛造過程中切掉的那部分金屬重量，如修切端部的料頭等；

G1——鍛件名義重量；

K——鍛件補償系數，封頭鍛件一般取1.04～1.07；

ρ——金屬密度，鋼鐵取

7.85kg/dm3，

V ——鍛件體積。

根據鍛件尺寸和上述公式進行計算，并結合《鋼錠手冊》發現沒有合適錠型可供選擇，故與其他鍛件合鍛選取312t上注24棱鋼錠，煉鋼方法LVCD+LB3。

圖 1

圖2 大型封頭鍛件圖樣

（2）各鍛造變形火次工藝尺寸確定與工附具選擇 第一火次：壓鉗φ1550mm；氣割澆口錠身250mm（含刀口），如圖3所示，所用工附具為：850上平下V砧。

第二火次：鐓粗至φ4250mm×2000mm；WHF法拔方至2700mm×3900mm；按圖4倒八角400～500mm并及時清理裂紋或折傷，所用工附具為：φ1300mm漏盤，1500mm上下平砧。

第三火次：鐓粗至φ4220mm×2000mm，壓平上端面凸臺；KD法拔長至φ3000mm×3960mm，用上平、下V砧精鍛大頭端外圓至φ2800mm×4550mm，按圖5拔長下料，操作機從坯料澆口端夾持，將冒口端從根部拔長至φ1300mm，氣割下料，下料后注意返爐時澆口朝上立于專用十字墊鐵上加熱。所用工附具為：φ4800mm鐓粗蓋，φ1300mm鐓粗漏盤，1500mm上下V砧。

第四火次：在預鍛下模鐓粗至圖6所要求尺寸，所用工附具為：電動回轉臺（或3600mm回轉臺+φ5800mm蓋子），φ4800mm鐓粗蓋，1200mm上平砧，預鍛下模。

第五火次：用條形球面錘頭，預鍛下模時，在回轉臺（400t）上按表1中布錘及壓下量要求旋轉鍛造，鍛后鍛件內表面光整無明顯錘痕；將鍛件開口朝下返爐。所用工附具為：電動回轉臺（或3600mm回轉臺+φ5800mm蓋子），φ4800mm鐓粗蓋，1200mm上平砧，預鍛下模，條形球面錘頭，如圖7所示。

第六火次：專用下凸模和下凸模中用雙扇形橢球面錘頭，按表2旋轉鍛造布錘及壓下量要求鍛造，所用工附具為：電動回轉臺（或3600mm回轉臺+φ5800mm蓋子），專用下凸模，φ4800mm鐓粗蓋，1200mm上平砧，雙扇形橢球面錘頭，如圖8所示。

第七、八火次：用雙扇形橢球面錘頭旋轉鍛造至封頭鍛件開口端外徑到φ6600mm后，用環體將鍛件壓下至鍛件與下凸模貼合，如圖9、圖10所示；用凸臺壓實錘頭局部壓實鍛件上部凸臺如圖11所示，所用工附具為：電動回轉臺、專用下凸模、專用上沖頭、環體。450t橋式起重機掛門子鉤取料、上料。

所用設備根據變形過程及鍛件尺寸結合各水壓機的鍛造能力，選擇150MN水壓機進行生產。

圖 3

圖 4

圖 5

圖 6

圖 7

表 1

2.生產中各工序操作要點與注意事項

（1）鐓粗、WHF拔長、倒八角 鐓粗高度H=1400mm，在放置坯料時，方向必須有人看正。WHF拔長尺寸2400mm×2400mm，壓下量15%，翻轉90°壓下一道次，澆、冒口交替布砧。保證冒口端平齊，為下火次鐓粗做準備。倒八角，長度約500mm。注意折傷，若折傷深超過50mm時需吹氧處理。

注意事項：輔具擺放，鐓粗前坯料是否立正，鐓粗高度，WHF壓下量，倒八角壓下量，折傷深度，吹氧情況。

（2）鐓粗，KD拔長，氣割下料 鐓粗高度H=1400mm，在放置坯料時，方向必須有人看正。KD拔長前四道次壓下量坯料高度20%。留量100轉萬噸采用850上平砧、下V砧光整。氣割鉗口時，貼近鉗口根部氣割。

注意事項：附具擺放，鐓粗前坯料是否立正，鐓粗高度，KD壓下量，光整留量，氣割長度、位置，有傷吹氧清理。

（3）第一次預鐓粗（兩次預鐓粗火次合并） 澆口向上鐓粗至H=1500mm，放置坯料時方向必須有人看正，翻轉180°，鐓粗至H=1100mm，1200平砧平整凸面至工藝高度。返爐時澆口向上。測量坯料高度及直徑，根據鐓粗時坯料，澆、冒口直徑實際情況，確定是否翻轉鐓粗或現狀開高度。目的是保證坯料澆、冒口變形均勻，滿足工藝要求。

注意事項：附具擺放，鐓粗時坯料澆、冒口直徑實際變形情況，確定是否翻轉，坯料高度及直徑，裝爐時澆口向上。

圖 8

表 2

圖 9 圖 10 圖 11

（4）出成品火次 南550t橋式起重機掛鏈子吊環體，待坯料放正后，將環體放置在坯料上,一同拉入水壓機。用環體整體鐓粗，壓下量250～300mm。卸下環體，拉出走臺，南550t橋式起重機將環體吊走。吊專用沖頭至坯料凸臺上，找中對正。拉入坯料，壓凸臺，壓下量150～200mm。

注意事項：附具擺放，橋式起重機吊鉗是否正確，環體壓下高度，凸臺壓下高度，凸臺下延至走臺高度4400mm，壓凸臺前，用水壓機上砧板點高度，計算后再壓。

3. 結語

鍛件生產中不論是工藝編制還是實際操作中，每一個細節都有可能影響到鍛件質量，所以質量的提升需要全體員工堅持不懈的共同努力。

[1] 高錦張.塑性成形工藝及模具設計[M].2版.北京：機械工業出版社，2008.

[2] 俞漢清，陳金德.金屬塑性成型原理[M].北京：機械工業出版社，2001.

[3] 康大韜，葉國斌.大型鍛件材料及熱處理[M].北京：龍門書局出版社，1998.