燕山大學(xué)塑性體積成形工藝及模具

1、 錄1、討論課的題目及技術(shù)要求21.1、題目：發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子鍛件鍛造工藝21.2、鍛件圖31.3、鍛件技術(shù)要求32、鋼錠的選型32.1、轉(zhuǎn)子用鋼錠內(nèi)部質(zhì)量要求32.2、冶煉方法32.3、錠型及鋼錠規(guī)格尺寸43、鋼錠加熱規(guī)范54、鍛造工藝64.1、選取鍛造設(shè)備64.2、轉(zhuǎn)子鍛件的生產(chǎn)大致流程74.3、確定鍛造方法74.4、鍛造工序71）冒口端壓鉗把至ø780mm*1170mm72）剁切底端、冒口端，冒口端壓鉗把ø780mm*1170mm,83）鐓粗84）寬砧壓方至2204mm*2204mm95）預(yù)拔長(zhǎng)至1260mm*1260mm98）分別拔長(zhǎng)、段109）壓痕1110）分別拔長(zhǎng)、段

2、1111）剁切多余材料115、鍛件鍛后熱處理及冷卻115.1、熱處理工藝曲線圖125.2、冷卻規(guī)范136、項(xiàng)目心得與體會(huì)137、小組成員貢獻(xiàn)14參考文獻(xiàn)141、討論課的題目及技術(shù)要求1.1、題目：發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子鍛件鍛造工藝材料：,鍛件質(zhì)量56200kg，鍛比：拔長(zhǎng)不小于4.51.2、鍛件圖1.3、鍛件技術(shù)要求 轉(zhuǎn)子在工作時(shí)承受高速旋轉(zhuǎn)（3000r/min）所產(chǎn)生的巨大離心力，同時(shí)還承受扭轉(zhuǎn)和彎曲的應(yīng)力。因此，要求其強(qiáng)度高、韌性好、組織性能均勻、殘余應(yīng)力小等。2、鋼錠的選型2.1、轉(zhuǎn)子用鋼錠內(nèi)部質(zhì)量要求 由于鋼錠的材料利用率卻只有4860而且轉(zhuǎn)子斷裂的原因除了應(yīng)力集中、轉(zhuǎn)子中心區(qū)橫向塑性低和脆性轉(zhuǎn)變

3、溫度較高外，主要是轉(zhuǎn)子中還存在著大量的夾雜物和疏松等冶金缺陷，甚至有些還存在白點(diǎn)。因此，鋼錠在冶煉時(shí)采用先進(jìn)的工藝方法，嚴(yán)格控制硫磷和其它有害元素的含量。硫、磷含量應(yīng)控制在0.010.015以下，鋼中氫氣含量應(yīng)低于2 /100g。澆筑也應(yīng)采用真空或其它先進(jìn)方法，以降低有害氣體含量，減少疏松程度。2.2、冶煉方法 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子鍛件所用的鋼錠，主要采用鋼包精煉法（將鋼包中鋼液在還原氣中埋弧加熱嗎，透氣磚吹氬攪拌脫氣與高堿度渣精煉，用于大型電站鍛件鋼精煉，可以脫硫、磷）。鋼錠采用真空澆注法澆注。2.3、錠型及鋼錠規(guī)格尺寸 隨著汽輪發(fā)電機(jī)單機(jī)容量的不斷增大，轉(zhuǎn)子鍛件也朝著大型化發(fā)展，為了保證鍛件質(zhì)量，鋼

4、錠的尺寸也趨于大型化，而鋼錠的材料利用率只有48%60%。參考經(jīng)驗(yàn)資料定出材料利用率=55%，鋼錠的質(zhì)量 由鍛壓手冊(cè)查得，應(yīng)選用重量為116t的短粗型鋼錠,有利于夾雜物的上浮和氣體的溢出，減少偏析,常用于合金鋼重要鍛件，鋼錠的規(guī)格及具體尺寸如下圖所示：圖一 鋼錠尺寸圖二 鋼錠三維圖表一 鋼錠尺寸鋼錠總重量/t金屬重量分配/Kg 鋼錠尺寸/mm冒口錠身底部11624940879803080181920652172195715566656461248313627442650843、鋼錠加熱規(guī)范 鍛造溫度范圍：根據(jù)材料特性查手冊(cè)確定始鍛溫度為1180、終鍛溫度為850。 鋼錠鍛前加熱目的：鋼錠鍛造前

5、的加熱是鍛造生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)。合理的加熱規(guī)范，不僅能防止加熱裂紋、過(guò)燒等缺陷，而且能改善鍛造過(guò)程，提高鍛件組織性能。 加熱曲線說(shuō)明：對(duì)鍛件采取五段加熱規(guī)范，包括3次均熱保溫階段，低溫裝爐溫度下保溫的目的減小坯料斷面溫差，防止因溫度應(yīng)力而引起破壞，特別在200400，鋼很容易因藍(lán)脆而發(fā)生破壞。800850左右保溫是為了減小前段加熱后鋼料斷面的溫差，減少溫度應(yīng)力，并可以縮短坯料在鍛造溫度下的保溫時(shí)間。鍛造溫度下的保溫，是為了防止坯料中心溫度過(guò)低，引起鍛造變形不均，并且可以借高溫?cái)U(kuò)散作用，使坯料組織均勻化，以提高塑性，減少變形不均，提高鍛件質(zhì)量。表二 轉(zhuǎn)子鍛件用鋼錠的高溫?cái)U(kuò)散時(shí)間鋼號(hào)鋼錠重量/t22

6、5770125137高溫保溫時(shí)間/h2530354045604、鍛造工藝4.1、選取鍛造設(shè)備 采用水壓機(jī)鍛造，鍛件成形所需最大變形力按下式計(jì)算： 式中 P變形力（N）； p坯料與工具接觸面上的平均單位流動(dòng)應(yīng)力（Mpa）； F坯料與工具的接觸面在水平方向上的投影面積（）； 平均單位流動(dòng)應(yīng)力p按下式計(jì)算： 式中 D,H分別為鍛造終了時(shí)鍛件的直徑和高度； 在相應(yīng)變形溫度下和速度下的真實(shí)流動(dòng)應(yīng)力（Mpa）； 摩擦因子，熱鍛時(shí)取0.30.5。代入數(shù)值，算得 p=102Mpa P=8900t由鍛壓手冊(cè)查得所選取的設(shè)備為125000kN水壓機(jī)。配套設(shè)備：吊車(chē)翻料機(jī)，運(yùn)輸?shù)踯?chē)，操作機(jī)，加熱爐，熱處理爐。表三

7、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子鍛造參數(shù)零件名稱發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子鋼號(hào)30Cr1Mo1V鍛件重量56200kg鍛件級(jí)別特鋼錠重量116t設(shè)備125000kN水壓機(jī)鋼錠利用率55%鍛造比6每鋼錠制鍛件1每鍛件制零件14.2、轉(zhuǎn)子鍛件的生產(chǎn)大致流程 冶煉鑄錠加熱鍛造第一次熱處理（鍛后冷卻及鍛件熱處理）鍛件外觀檢查切取低倍試片毛坯超聲探傷鍛件初加工超聲波探傷加工熱處理吊卡頭第二次熱處理（調(diào)質(zhì)）切取性能試樣、鉆中心孔檢查內(nèi)孔質(zhì)量超聲波探傷外觀尺寸檢查合格件交付。4.3、確定鍛造方法 為生產(chǎn)出質(zhì)量合格的大型鍛件，就應(yīng)根據(jù)鍛件組織性能的具體要求，使坯料鍛透，內(nèi)部空洞類缺陷得到焊合，從而達(dá)到改善鍛件的內(nèi)部質(zhì)量和提高鍛件力學(xué)性能的目的。我

8、們選用JTS鍛造法，亦稱為中心壓實(shí)法、表面降溫鍛造法、硬殼鍛造法。工藝特點(diǎn)是：將鋼錠倒棱后，鍛成邊長(zhǎng)一定的方截面坯，然后加熱到12401260（始鍛溫度）保溫后，從爐中取出，表面采用空冷、吹風(fēng)或噴霧冷卻到790810（終鍛溫度），鋼錠表面形成一層“硬殼”，溫度低、抗力大、不易變形；而被“硬殼”包圍的心部，溫度、抗力小、容易變形，因此，當(dāng)對(duì)鋼錠沿其軸線方向鍛壓時(shí)，心部處在強(qiáng)烈的三向壓應(yīng)力作用下，得到類似閉式模鍛一樣的強(qiáng)力變形，這樣有利于鍛合中心的孔隙缺陷，如果翻轉(zhuǎn)90°再壓一遍，中心壓實(shí)。4.4、鍛造工序1）冒口端壓鉗把至ø780mm*1170mm圖三 鍛件圖2）剁切底端、冒

9、口端，冒口端壓鉗把ø780mm*1170mm,3）鐓粗查表3-8鍛比K為3.56驗(yàn)算A錠/A鍛件=拔長(zhǎng)前進(jìn)行鐓粗敦促應(yīng)滿足鐓粗比不小于2，鍛比不小于4.5.并保證鍛比等于3.56取k=6高度H=校核鐓粗比3136/1403=2.24 2圖四 鐓粗結(jié)果圖4）寬砧壓方至2204mm*2204mm圖五 壓方結(jié)果圖5）預(yù)拔長(zhǎng)至1260mm*1260mm圖六 預(yù)拔長(zhǎng)結(jié)果圖6）滾圓至 K= 送進(jìn)量 l=0.7*2204=142mm l=（0.40.8）BB=l/0.8=1927mmWHF鍛造法的最佳工藝參數(shù)壓下率20%25%。取25%第一次壓下量2204*25%=551mm第二次壓下量2204-

10、551-1260=393mm393/（2204-551）=23.7%25% 合理圖七 滾圓結(jié)果圖7)壓痕 按照體積不變?cè)瓌t確定壓痕位置圖八 壓痕結(jié)果圖8）分別拔長(zhǎng)、段圖九 拔長(zhǎng)結(jié)果圖9）壓痕圖十 壓痕結(jié)果圖10）分別拔長(zhǎng)、段圖十一 拔長(zhǎng)結(jié)果圖11）剁切多余材料圖十二 鍛件結(jié)果圖5、鍛件鍛后熱處理及冷卻5.1、熱處理工藝曲線圖圖十三 熱處理工藝曲線圖說(shuō)明：表四 熱處理 步驟目的第一次過(guò)冷使殘余奧氏體迅速完全轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w，并擴(kuò)散鍛件表層的氫加熱到650-700保溫用以減少溫度應(yīng)力。繼續(xù)加熱到重結(jié)晶溫度約為880900重結(jié)晶作用是細(xì)化晶粒，還可以使心部氫向表層擴(kuò)散爐冷后第二次過(guò)冷，溫度降為28032

11、0將奧氏體快速轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小而均勻的貝氏體，同時(shí)使表層氫向表面擴(kuò)散。加熱到630-660做長(zhǎng)期保溫除繼續(xù)使氫擴(kuò)散之外，還能降低組織應(yīng)力較快冷卻到400由于這時(shí)鋼具有一定塑性（原因）緩慢冷卻到350后再出爐，出爐溫度約為150。以后因鋼塑性低及接近馬氏體轉(zhuǎn)變溫度（原因）5.2、冷卻規(guī)范 大鍛件鍛后的的冷卻方式主要包括冷卻和等溫冷卻，通常與鍛后熱處理一起進(jìn)行。 奧氏體等溫冷卻示意圖（1連續(xù)冷卻 2等溫冷卻）圖十四 冷卻規(guī)范 發(fā)電子轉(zhuǎn)子在鍛后冷卻的過(guò)程中，主要經(jīng)歷了三次冷卻，其中兩次為兩次280320的等溫封爐冷卻：第一次冷卻目的是使殘余奧氏體迅速完全轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w，并擴(kuò)散鍛件表層的氫；第二次冷卻的目的是將奧氏體快速轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小而均勻的貝氏體，此時(shí)為下貝氏體組織，保證鍛件具有良好的韌性和強(qiáng)度，同時(shí)使表層氫向表面擴(kuò)散。 同時(shí)采用等溫冷卻可以很好地防止白點(diǎn)缺陷的產(chǎn)生。第三次冷卻是在鍛件進(jìn)行了630-660的保溫回火后，此時(shí)的鍛件具有一定的塑形，可以很快冷卻到400，此后因鋼塑性低及接近馬氏體轉(zhuǎn)變溫度，則應(yīng)緩慢冷卻到350后在出爐，出爐溫度約為150。6、項(xiàng)目心得與體會(huì) 在這次鍛造工藝學(xué)的討論課中，我們選擇的題目是發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子鍛件鍛造工藝設(shè)計(jì)，涵蓋了鋼錠的選型、加熱