發布時間：2021-03-29所屬分類：工程師職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要:某大型水輪機主軸上法蘭鍛件，力學性能要求高，鍛造難度大。在傳統的鍛造工藝基礎上，結合芯棒拔長+臺階精擴的鍛造方法，成功鍛出了端部帶法蘭的大型高圈鍛件，有效地降低了零件的毛凈比。 關鍵詞:水輪機;主軸上法蘭鍛件;制造工藝 大型水輪機主軸鍛件是
摘要:某大型水輪機主軸上法蘭鍛件，力學性能要求高，鍛造難度大。在傳統的鍛造工藝基礎上，結合芯棒拔長+臺階精擴的鍛造方法，成功鍛出了端部帶法蘭的大型高圈鍛件，有效地降低了零件的毛凈比。
關鍵詞:水輪機;主軸上法蘭鍛件;制造工藝
大型水輪機主軸鍛件是水利發電機組中重要零部件，其工作環境差，技術要求十分嚴格。公司簽訂了1套大型水輪機主軸上、下法蘭鍛件，其中上法蘭鍛件零件重量37.7t，零件尺寸如圖1所示。該鍛件法蘭直徑3210mm，總高2305mm，屬于帶法蘭薄壁高圈，單一地按照傳統高圈鍛造，鍛件毛凈比非常大。因此，針對此件上法蘭鍛件尺寸，結合現有的工裝輔具，采用芯棒拔長+臺階精擴的鍛造方法，成功鍛造出端部帶法蘭的高圈鍛件，零件的毛凈比低至1.48。
1技術要求
水輪機主軸用上法蘭鍛件，材質為20Mn5，化學成分及取樣要求均按照EN10250-2標準執行。因此，主軸上法蘭鍛件需兩端取樣，法蘭端在螺栓孔套取縱向試棒，另一端套取切向試樣，距端面90mm處取一拉三沖試樣。其具體技術要求如下:
(1)化學成分要求見表1，為保證鍛件力學性能，同時結合其取樣深度，在材料的合金成分及碳當量上進行了相應的調整。
(2)鍛件的超聲檢測按EN10228-3:2016標準3級驗收，鍛件不允許有裂紋、夾層、白點、疏松等缺陷。
(3)力學性能要求需符合表2規定。
2主軸上法蘭鍛件鍛造工藝分析及優化
2.1傳統鍛造工藝方案
從圖1分析，主軸上法蘭鍛件的法蘭直徑較大，總高度低于法蘭直徑，根據環圈類鍛件的生產經驗，通常采用包絡法鍛造，主要工序流程是:
熱送鋼錠、氣割下料→鐓粗沖孔→芯棒拔長、平整端面→預擴內孔→精擴、出成品。
采用包絡法鍛造，外徑3210mm法蘭處將鍛造成直段，大大的增大了零件毛凈比，且后續機械加工余量非常大。
2.2優化后鍛造工藝方案
為減輕主軸上法蘭鍛件的毛坯重量，公司對鍛造工藝進行優化，調整鍛造工序，提出利用芯棒拔長+精擴內孔相結合的鍛造方法，將端部帶法蘭的高圈鍛件鍛造出來，鍛件尺寸如圖2所示，工藝步驟如下:
第Ⅰ火次，鋼錠熱送車間后，氣割下料。保溫后，坯料出爐鐓粗，沖孔800mm。這時鐓粗高度應盡量低，沖孔直徑適當減小，以增大下一火次的變形量。
第Ⅱ火次，保溫后，坯料預擴內孔，平整端面，注意法蘭端(Ⅱ部)的起角，避免局部缺肉，此火次的鍛比約為1.3。前2火次變形主要是使得鋼錠內部柱狀晶等鑄態組織經變形后破碎成細小晶粒，同時為后面成型變形做好尺寸的鋪墊。
第ⅢⅣ火次，在這一火次中，考慮到兩端均取樣做性能檢測，各部均要有一定量的變形量，保溫后，采用芯棒按圖3所示卡臺拔長I部至工藝尺寸。拔長后，坯料返爐保溫，更換馬架工裝，出爐擴孔，此時Ⅰ、Ⅱ部的壁厚不同，采用馬杠分部精擴，出成品。
相關期刊推薦：《大型鑄鍛件》(雙月刊)創刊于1979年，由中國重型機械大型鑄鍛件行業協會、中國第二重型機械集團公司大型特鍛件研究所主辦。報道的專業范圍包括煉鋼、鍛壓、熱處理、金屬材料與熱處理、焊接、機加、測試技術、管理等，報道的重點是電站、冶金、礦山、石化、交通、航空航天等專業設備的鑄鍛件產品的研制。
鍛件出成品后，進行鍛后熱處理，工藝如圖4所示。經過正火+高溫回火的預備熱處理，鍛件內部組織均勻性得到了明顯改善，為最終熱處理做準備。鍛件出爐后尺寸檢查滿足工藝要求，毛凈比約1.48，對比同類型鍛件，毛凈比已降至最低，機械加工量明顯減少。但是，因臺階高圈鍛件擴孔時，各部金屬流動的不一致性，易形成端部喇叭口。所以，這種芯棒拔長+精擴出成品的鍛造方法，適用于后續精擴量不大的臺階高圈鍛件。
3性能熱處理
根據EN10250-2標準對材料20Mn5的力學性能要求，對主軸上法蘭鍛件進行了性能熱處理，工藝如圖5所示，并在工件兩端按要求取樣。在法蘭端螺栓孔套取縱向試棒，在另一端距端面90mm，距熱處理表面t4處取切向試樣。工件的兩端力學性能檢驗全部滿足技術要求，見表3。
4結論
大型水輪機主軸上法蘭鍛件，屬于端部帶法蘭的高圈鍛件，公司采用芯棒拔長+精擴相結合的方法，成功地鍛造出水輪機主軸上法蘭鍛件。——論文作者：李雪1秦紅付1宋現洲2
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