大型齿圈制造工艺研究

张旭东 王树立 魏庆亮 迟庆楠

（沈阳铸锻工业有限公司锻造分公司，辽宁 沈阳 110000）

当前锻件市场竞争激烈，我公司水压机吨位小，锻造空间有限，在市场竞争中处于不利地位。如何采取工艺措施，进行技术创新，挖掘设备锻造潜力，采用小设备干大活，成为摆在锻造分公司面前的问题。这次我公司营销部承揽沈阳某公司的筒类锻件，材料：20SiMn，其精加工尺寸为Φ2205×Φ1933×1340mm，锻件重量达14000kg，从外径、高度及锻件重均为我公司3200吨水压机锻造历史上最大的圈类锻件。从我公司水压机现有锻造空间来看，由于此锻件高度尺寸达到1400 mm，采用马杠扩孔成形必须用整体纵向砧满长扩孔锻造成形出成品，否则会导致超出水压机下横梁底座外锻造，危害锻造设备; 如此尺寸规格的圈类锻件，为能承接此锻件订货，在锻造工艺编制上要缩小锻件加工余量，以便控制锻件重量，达到用户要求，加大锻件尺寸控制难度。锻造工序复杂，锻造火次多。锻件锻造过程基本囊括自由锻造所有工序，锻件重量大，钢锭的下料、坯料的镦粗、冲孔、中间过程的芯棒拔长，各工序尺寸须相互匹配，否则锻造过程会超长，坯料烧损严重，料不够用而导致尺寸达不到工艺要求而报废。针对上述制造难度，我公司组织技术、生产、设备、水压机车间等部门的相关人员对其进行了制造工艺的研究。

大型齿圈试制工艺研究过程：

1 齿圈的的技术要求

主要技术指标

（1）化学成分要求（见表1）

（2）无损探伤要求

大齿圈无损探伤检测标准按GB/T5000.15-2007 Ⅲ级执行

2 大型齿圈锻造工艺研制

（1）大齿圈零件尺寸及锻件尺寸（图1所示）

（2）大齿圈锻造工艺方案

1） 火： 下 料 重 14700kg：（Φ1050×2170）一块

2）火：镦粗高850，冲孔Φ450，扩孔至Φ850

3）火：用1#芯棒拔长，平整至1360

4～5）火：扩孔，平整，出成品。

3 锻造过程中辅具的设计

由锻件图可以看出：此圈锻件形状尺寸介于筒类件和圈类件之间，因而用传统方法进行平砧锻造，不仅不能满足变形量，而且容易造成尺寸不均现象。故要求对该件的生产进行工艺创新。

该大型齿圈成形的工艺过程，关键是要确定每道工序的工艺参数。各工序尺寸必须相互匹配，否则将会出现锻造过程长、坯料烧损严重、料不够用等现象。尤其是控制“扩孔”工序变形量，避免因长度尺寸大、材料分布不均，导致外圆、内孔不够加工。

对纵向砧进行改造设计：

将原有纵向砧的长度尺寸由3.8m改制成2.7m，避免了锻造过程中纵向砧与操作钳发生干涉，从而能够进行极限扩孔。纵向砧如图2所示。

4 锻造过程中主要控制要点：

（1）锻造工序复杂，锻造火次多。该锻件的锻造过程基本囊括了自由锻造的所有工序，由于锻件重量大，钢锭的下料、坯料的镦粗、冲孔、中间过程的芯棒拔长，各工序尺寸必须相互匹配，保证锻件尺寸。

（2）对纵向砧进行修复，使纵向砧的长度能够保证与操作机不干涉，从而能够进行极限扩孔。

（3）技术人员现场技术指导，与生产班组进行

了细致的工艺交底，使生产操作人员充分领悟工艺意图，有条不紊地精心操作，相互密切配合，从而保证了该锻件的顺利产成。

5 齿圈检测结果

（1）大齿圈锻件尺寸检查满足零件加工尺寸。

（2）超声波探伤检测结果如表2所示。

6 结论

（1）通过对纵向砧子的改造，使避免了锻造过程中纵向砧与操作钳发生干涉，从而能够进行极限扩孔。

表1 20SiMn化学成分要求（质量分数%）

图1 大齿圈的零件尺寸与锻件尺寸

图2 改造后的纵向砧子

表2 超声波检测结果

（2）该锻件顺利产成，无论是从外径、高度尺寸还是锻件重，均为我锻造公司32MN水压机锻造历史上最大的圈类锻件，扩展了我公司锻造产品种类，取得宝贵的生产经验。

[1]康大韬，叶国斌.大型锻件材料及热处理[M].北京：龙门书局.

[2]张志文.锻造工艺学[M].北京：机械工业出版社.