柱塞锻造返修方案研究

赵　达　徐兴建

(中国第一重型机械股份公司铸锻钢事业部水压机锻造分厂，黑龙江161042)



柱塞锻造返修方案研究

赵达徐兴建

(中国第一重型机械股份公司铸锻钢事业部水压机锻造分厂，黑龙江161042)

摘要：分析了柱塞锻件报废原因，通过计算机数值模拟确定了返修方案，最终使柱塞成功锻造返修。

关键词：柱塞；返修；数值模拟

1锻件参数

柱塞锻件的相关参数如表1所示。柱塞锻件零件图如图1所示。

表1　柱塞锻件相关参数Table 1　Relevant parameters of plunger forging

图1　柱塞锻件零件图Figure 1 Part drawing of plunger forging

2致废原因

锻件字端300 mm长范围内在拔长时产生了多处裂纹，虽然执行了吹氧清理裂纹工序，但由于裂纹伤重增加了操作者对裂纹伤判定的难度，最终导致了局部直径负最终尺寸5 mm。实际尺寸及裂纹伤位置图如图2所示。

目前尺寸已经无法满足要求，如果不对其进行有效挽救，不仅会制约该项目的生产进度，同时也会产生废品损失。因此，有必要研究柱塞锻造返修的可行性。

图2　实际尺寸及裂纹伤位置图Figure 2　Sketch of actual dimension and crack location

3初步选定返修方案

3.1两种方案

根据锻件形状特性及尺寸情况，有两种方案可以选择：

方案一：拔长减径增加长度，利用锻件尺寸与粗加工尺寸、精加工尺寸之间的余量分布将裂纹排到零件本体以外。

方案二：减少长度方向余量增大伤重处直径，使其满足尺寸要求。

3.2计算过程

为了确定两种方案的可行性，我们对其进行了计算，计算过程如下：

3.2.1方案一

(1)由于字端300 mm内伤重不满足加工要求，所以只能利用非字端～1 000 mm的长度，拔长使该部分长度满足精加工尺寸1 245 mm。

(2)利用体积不变计算得出：长度满足1 245 mm时，直径仅为∅565 mm⟨精加工直径∅580 mm。

由此确定方案一无法满足尺寸要求，不可行。

3.2.2方案二

(1)实际长度1 350 mm-精加工长度1 257 mm=93 mm，即长度距精加工尺寸有93 mm余量。

(2)将长度的80 mm(长度留13 mm余量避免端面不满足精加工要求)进行局部镦粗。同样利用体积不变计算得出：伤重处直径增大至∅735 mm-伤最深处55 mm=∅680 mm⟩精加工直径∅580 mm。

初步计算得出方案二存在可行性。所以将方案二定为柱塞锻造返修的初步方案进行研究。

4返修方案数值模拟

4.1需要确定的主要参数

(1)温度：控制温度保证镦粗后直径全部增大在伤重处。

(2)镦粗方式：选择合适的镦粗方式同样可以增大伤重处直径。

合理的确定以上两个参数是保证直径满足尺寸要求的必要条件。

4.2模拟过程

通过多次模拟分析确定返修方案为差温加热后局部镦粗。具体模拟过程如图3～图7所示。

图3　镦粗前附具示意图Figure 3　Sketch of auxiliary appliance before upsetting

图4　镦粗前裂纹位置示意图Figure 4　Sketch of crack location before upsetting

图6　镦粗后效果图Figure 6　Effect sketch after upsetting

图7　镦粗后裂纹伤位置变化Figure 7　Crack location change after upsetting

5返修工艺确定

通过模拟得出的参数，我们确定了柱塞的锻造返修工艺，具体如下：

5.1加热曲线

加热曲线如图8所示。

图8　加热曲线Figure 8　Heating curve

5.2操作要领及注意事项

(1)600～650℃保温12 h可以保证锻件温度均匀。

(2)石棉尺寸：1 000 mm×2 100 mm。

(3)非字端包石棉：该过程需提前准备好所用材料及设备，缩短炉外时间，为快速升温打好基础。

(4)返炉后最大功率升温至1 100℃，使石棉充分发挥隔热的作用，阻止非字端吸收热量，保证锻件形成温度差值。

(5)局部镦粗：字端向上立料，选用400 mm宽平砧开边镦粗，整体镦粗高度80 mm。

6返修后情况

本次返修与模拟过程完全符合，伤重处直径明显增加并满足了尺寸要求。具体形状如图9所示。

图9　返修后实际效果图Figure 9　Actual effect photo after repairing

7结论

通过柱塞锻造返修方案的研究，实现了计算机数值模拟与实际生产的有效结合。避免了废品损失，取得了预期效果。

编辑杜青泉

Research on Forging Repair Program of Plunger

Zhao Da,Xu Xingjian

Abstract：The cause for rejection of plunger forgings has been analyzed.By means of computer numerical simulation,the repair program has been determined.Eventually,the repairing of plunger by forging has succeeded.

Key words：plunger;repairing;numerical simulation

收稿日期：2016—03—17

作者简介：赵达(1984—)，男，工程师，本科。电话：13945251382,E-mail：zhaoda505@163.com

中图分类号：O242.2

文献标志码：B