大型環(huán)件軋制生產(chǎn)全過程工藝設計

大型環(huán)件軋制生產(chǎn)全過程工藝設計圖2」大型環(huán)件軋制生產(chǎn)流程圖大型環(huán)件軋制生產(chǎn)流程如所示：t）下料：下料工序是根據(jù)所需材料的重量和下料后的尺寸要求來酶定原材料及下料方式「-般而菖,從鋼j一采購的原鋼材有圓鉗:割宜m方鍬圖追盯梅花錠（圖2-北）以及連鑄坯（圖各個鋼廠都會為每神鋼錠列出錠型表來表達原材料的尺寸型號，可用于生產(chǎn)環(huán)件的鋼材種類有很多，如圖42所示為企業(yè)的源鋼材的種類丫重星比重,可以看出Q345E與42CrMo是壞件生產(chǎn)的主要原材料。選擇何種鋼錠是由所需原材料重量和生產(chǎn)的件數(shù)來確定的，通常若所需料重比較小,生產(chǎn)數(shù)屋比較大的會選用旌鑄坯，所需料重比較大，生產(chǎn)數(shù)匿比較小的會遂用銅貌’據(jù)不完全統(tǒng)計，坐產(chǎn)環(huán)件所用的原材料叩，連轉(zhuǎn)坯占到80%以上*選好原材料及候型后，再按所需料重祁同徑比要求來選擇具體的尺寸型號,高檢比一膠不超過3,最后采用據(jù)昧下料（圖2-3eT2-Jf）n蟹床的型號有大有小，最大型號是G421g0,可鋸直徑為ISOOnun的W*各材料種類所占重量比d）連鑄坯C）六角梅花錠e）鋸床下料f）下料后的連替坯鋼錠d）連鑄坯C）六角梅花錠e）鋸床下料f）下料后的連替坯鋼錠圖2.3大型環(huán)件軋制生產(chǎn)下料工藝2）加熱：加熱是為了使鋼材的組織變?yōu)樗苄暂^好的奧氏體，為后面的制壞和輾擴提供組織基礎，如圖2-4為鋼錠入爐。不同的材料奧氏體轉(zhuǎn)變溫度有所差異，最佳的保溫時間也有所不同，對于用于輾環(huán)的材料而言，加熱溫度，即能夠完全奧氏體化的溫度一般會在1000。?1200°C,保溫時間在6小時以上，對于?些特殊材料，還會使用分段加熱以避免出現(xiàn)組織缺陷。

圖2Y鋼錠入爐加熱3）制坯；制坯對后續(xù)的輾擴具有決定性的影響，通常利用油壓機和水壓機經(jīng)過鎖粗和沖孔兩少來完成，傲粗的高度和模其沖頭的尺寸決定了坯料的形狀。一些超大型環(huán)件，往往還需要徼粗，拉長和回爐交替進行，以保證坯料的內(nèi)部組織滿足要求。最后一次鍛粗后，先通過下沖頭沖盲孔,然后轉(zhuǎn)移至另一工作平臺，上沖頭進行沖孔落料。在JE機上.為了有效起爆，一般先用碳粉涂在沖頭上，通過高溫，使碳粉燃燒，使坯料從模具上卸下。如圖2-5顯示了一般的制坯工序，首先將加熱好的鋼錠送上壓力機（圖2-5a）,進行銹粗（圖2-5b）,再下沖盲孔（圖2-5。）和上沖連皮（圖2-5d）,a）圓柱鈉錠b）鍛粗c）下沖盲孔d）上沖連皮圖2-5c）下沖盲孔d）上沖連皮4）輾擴：將奧氏體組織的毛坯在輾擴機E進行輾環(huán)，一方面通過徑-軸向的進給使環(huán)件截面逐漸達到指定形狀，另一方面由于截面面枳的減小使得環(huán)件外徑擴大。進給方案與環(huán)件溫度對輾擴的穩(wěn)定性和最終環(huán)件的質(zhì)量有著重要影響。輾擴進給過程大至可分為三個過程，一是前期，進給速度很慢，先給環(huán)件消除沖孔偏心帶來的壁摩差，$肖除鼓形；二是中期，軋環(huán)機徑軸向軋輾同時加力，環(huán)件直徑迅速畢大，根據(jù)實際偏心情況，調(diào)節(jié)導向程的壓力，保證例度；三是后期整圓，此時錐輾不進給，只有徑向微量進給，完全消除壁摩差，整個軋制過程都要視環(huán)件情況，給環(huán)件沖水冷卻，確保及時去抻氧化皮，也可以冷卻模具。軋制完成后，由行車將環(huán)件吊至冷胡區(qū)進行空冷。圖2-6顯示了大型環(huán)件軋制工序中環(huán)件的變化。a）環(huán)件軋制諭b）環(huán)件軋制中C）環(huán)件軋制后圖2-6大型環(huán)件軋制生產(chǎn)環(huán)件札制工序5）熱處理；根據(jù)客戶對壞件性能所提出的要求，?般會進行正火處理或調(diào)質(zhì)處理。淬火介成有油，水和介質(zhì)水，水冷的速度最快，容易產(chǎn)生較大的內(nèi)應力.甚至嚴重變形與開裂，所以很少用水直接冷卻，一般也只用于外徑較小，壁厚較薄的環(huán)件，油冷的冷卻速度最緩慢，適合于開裂傾向比較嚴重的材料.對于普通環(huán)件，通常采用介質(zhì)水冷。一些余最比較大的鍛件“為保證機加工后環(huán)件的性能，在熱處理詢會先進行粗車，特別是汆址大旦要求調(diào)質(zhì)的鍛件，為避免淬透層在后續(xù)機加工中被車掉，都會預先粗車。圖2.7顯示了大型環(huán)件軋制生產(chǎn)環(huán)件熱處理加熱前和加熱后的環(huán)件。a）環(huán)件入爐加熱a）環(huán)件出爐圖2-7大型環(huán)件軋制生產(chǎn)環(huán)件熱處理加熱6）機加工：機加工通常是環(huán)件生產(chǎn)的鼠后一道工序，加工方式為車加工，一般會對環(huán)件的整個表而進行加工，除去多余的材料和不良組織任機加工余臣是工藝員設計的重要內(nèi)容之一，它與環(huán)件軋制的精度和表面質(zhì)量有關.圖2-8顯示了進行機加工的環(huán)件與成品環(huán)件。a）環(huán)件機加工b）環(huán)件成品圖2-8大型環(huán)件軋制生產(chǎn)環(huán)件機加工2.2大型環(huán)件軋制生產(chǎn)工藝設計參!大型環(huán)件軋制生產(chǎn)的工藝較為復雜'為工序流程的角度來講，它包括對環(huán)件整個加工鏈的制定和每個工序的加工具體內(nèi)容，從生產(chǎn)管理的角度而言，它包括上層技術(shù)人員的工藝設計與規(guī)劃和下層車間人員的操作執(zhí)行。由于大型環(huán)件軋制的生產(chǎn)技術(shù)的成熟性與自動化的程度限制，同時也涉及多個領域的專業(yè)技術(shù)，其實際生產(chǎn)工藝制定更多的依賴于經(jīng)驗。上層技術(shù)人員首先對所需的環(huán)件產(chǎn)品進行評估,然后根擲相應的工藝制定方法與設計原則來制定工藝卡，下於技術(shù)人員根據(jù)上層技術(shù)人員的工藝方案，結(jié)合自以的知識與經(jīng)驗按工藝卡的內(nèi)容進行執(zhí)行。例如要對鋼錠加熱到1200,保溫4小時，F(xiàn)層技術(shù)人員必須要結(jié)合自盼的實際情況來執(zhí)行，比如鋼錠加熱的排列方法，在爐中的加熱位置，加熱過程的控制等等。由此可以看出，上層工藝傾向于軋制生產(chǎn)的技術(shù)層面，下層工藝則傾向于執(zhí)行層面.本文所指的生產(chǎn)工藝設計是指上層工藝設計，它是所開發(fā)CAPP系統(tǒng)的主要內(nèi)容。大型環(huán)件牡制生產(chǎn)各工序工藝參數(shù)如表2-1所示表2-1大型環(huán)件軋制生產(chǎn)各工序工藝參數(shù)工序.工藝參數(shù)下料麻材料；原材料來源；螟材料名稱】原材料型號下料鋼錠，材料名稱：材料型號：下料鋼錠尺寸被加熱鋼錠：材料名稱，鋼錠外型尺寸與重量加熱加熱后的胃錠：材料名稱?倒錠外型尺寸與重站.鑰錠溫度加熱過程=加熱升溫曲線制坯用來制坯的鋼能：材料名稱,倒錠外型尺寸與重fit,鋼餛溫度環(huán)件毛坯：材料名稱，毛飪環(huán)件尺寸與重我，毛坯環(huán)件溫度輾擴環(huán)件毛坯；材料名稱，毛坯環(huán)件尺寸與重量，毛坯環(huán)件溫度環(huán)件鍛件：材料名稱，鍛件環(huán)件尺寸與重#被處理鍛件：材料名稱.鍛件環(huán)件尺寸與重總處理后的鍛件：材料名稱，鍛件環(huán)件尺寸與重最，鍛件環(huán)件溫度熱處理熱處理加熱過程：熱處理加熱曲線產(chǎn)品性能要求：硬度，抗拉強度，屈JK強度，拉伸率，祓面收縮率，沖擊韌性機加工被加工鍛件：材料名稱.鍛件環(huán)件尺寸與重量加工后的鍛件*材料名稱.交貨環(huán)件尺寸與重毋2.3大型環(huán)件軋制生產(chǎn)工藝參數(shù)計算方法1）首先根據(jù)零件尺寸與客戶商議確定交貨尺寸，對于矩形件而言，交貨尺寸用外徑，內(nèi)徑和高度來描述，而對于異形件，則比較復雜，具體由客戶提供交貨零件圖紙。確定交貨尺寸后，再放置適當余雖來確定赧擴后的環(huán)件尺寸，即鍛件尺寸。余量的放置與材料，環(huán)件的外徑，壁摩和高度有關，因此可制定余量放置表來直接查投。表2-2所示為42CrMo環(huán)件壁厚在200mm至250mm時的鍛件余最表。表2-242CtMo環(huán)件壁厚在200mm至250mm時的鍛件余量表高度C100100〈高度W200200<高度W300<度W400<|^5度W300400500高度余最(mm)內(nèi)徑余盈(mm外徑余量(mm)高度余策(me內(nèi)徑余量cmm)外徑余量mm)高度余量即間內(nèi)徑余ftcrnm)外徑余量.im)高度余量伽rn)內(nèi)徑余賦(rnm外徑余?(rnm)高度余ffigm)內(nèi)徑余量.im)外徑余/gm)10181018181810L81&1324181324162620161630221618362818382810182010182210182210182010182210182218132426132426132428262016262816263016263030163Q28163016303016342416183628183834281634301634301836321S3636183636281838321838361838362542282542282542324236254236環(huán)件外徑(mm)&00-1SO01500-20002000-25002500-30003000-35003500』40004000-4S004500-50005000-55CO-25463025463025463425463825463860002）由輾擴后的環(huán)件尺寸按照某一規(guī)則確定毛坯尺寸。鍛件尺寸確定后，由于四條生產(chǎn)線上床力制坯機上的沖頭尺寸不會改更，如表2-3所示是公司四條生產(chǎn)線上壓力機的型號與沖頭尺寸。所以一旦確定在哪條生產(chǎn)線上軋制，其毛壞的內(nèi)徑就酬定下來了。這樣，只需確定毛坯的高度就可完成毛坯設計，原則上，需保證毛坯的壁厚與高度之比要小于15。而為計算方便，一般經(jīng)驗性在鍛件高度之上反復的加40mm,只耍所得的壁與高度之比小于1.5即可。表2?3各生產(chǎn)線上壓力機型號及沖頭尺寸壓力機一號生產(chǎn)線二號生產(chǎn)線三號生產(chǎn)線四號生產(chǎn)線壓力機型號1600T水壓機35OOT油壓機6000T油壓機1600T油壓機沖頭尺寸（mm）240320440200例如，根據(jù)鍛件（D2870mmXd>2691mmX146mm來設計二號線上的毛坯尺寸，即毛坯內(nèi)徑為6320mm?其經(jīng)驗性設計過程如下：（R2-r2）xh「R°=J^?-+roRo-R）槌FT在鍛件高度上加40mm,計算毛壞壁厚與高度之比人=1.6。不滿足要求，那么在鍛件高度上加80mm,再計算比值1=\2,因此可將毛坯的尺寸可設計為（I）864mmX①320mmX226mm?3）根據(jù)輾擴后的鍛件，芯料重量和火％最來確定所需料重量。所需材料的重屋為鍛件重量，芯料重瑩和火耗金之和。火耗量的取值如表2-4,芯料重量取值如表2-5?波2』火耗量與鍛件重量的關系鍛件￡ft(Kg)火耗量200至3003%300至6004%600至20005%大于2000_6%_—表2-5名沖頭及相應芯料重最值生產(chǎn)線壓機沖頭（mm）芯料重址（々）1號24025至3。2號3202S至303號44060至10004號20010例如，根據(jù)鍛件（D2870mmX（D2691mmX146mm來計算所需重魚：鍛件重量為1240Kg（鋼材密度統(tǒng)一以7.85以cn?計算），因此所需重量可為1240+25+1240X5%=1328Kgo4）由所需料重呈，高役比要求和生產(chǎn)件數(shù)來選定頃材料，計算下料后的鋼錠。原材料的選型一般取決于重暈和數(shù)量，高徑比極限為3,并遵循如下原則;當數(shù)量很大，甚至有兒百噸時，就選擇連鑄坯，而一般連鑄坯的最大外徑為0>800nunr又高徑比極限為3,所以對鍛件單件重量有一定限制；若數(shù)最較小，單件重最較小，可考慮使用方錠和圓錠；若鍛件規(guī)格重量達到幾十噸時，則選擇梅花錠；一般來講，42CrMo,Q345E,16Mn這些常用的，并且取件重最為8噸以下，就選擇連鑄坯，而且這些是原材料是公司常備的，而件數(shù)不多，重量又大的，那么就要根據(jù)合同來定量采購.<D2870mmX02691mmX]46mm鍛件下料重量為1328Kg,則可選用直徑為450mm的連鑄坯，下料高度1102mm，其高徑比為2.44o5）由材料種類，加熱爐型號以及裝爐量來選定加熱溫度和保溫時間。一般為1250T,加熱溫度在2到7小時不等，對于一些特殊材料，還會使用分段加熱以避免由現(xiàn)組織缺陷。例如不銹鋼。6）根據(jù)客戶時性能的要求，選擇熱處理方式'制定熱處理加熱規(guī)范。熱處理對環(huán)件的性能影響很大，一般要進行正火處理，淬火處理或調(diào)質(zhì)處理，這取決于客戶對熱處理的要求和環(huán)件性能要求,環(huán)件性能的指標一般有硬度，抗拉強度，屈服強度，拉伸率，截面收縮率，沖擊韌性。熱處理的溫度可查閱相應的熱處理手冊，對一些特殊的材料或較大截面的環(huán)件，為保證性能還可能進行多段加熱，一般中碳合金例，低合金鋼和碳鋼不需多段加熱，枝面最小厚度在大于200mm時就需加一段預熱過程」而大于400mm就可能需要2段預熱過程。到達加熱溫度后的保溫時間可分為兩段，前一段稱為預熱時間，后一段稱為保溫時間，對于淬火，退火，正火來說，預熱時間一般為1.5h,回火預熱時閭為2h；淬火保溫時間按1.5X環(huán)件截面最小厚度來講算，單位為分鐘.回火保溫時間按2.4X環(huán)件戡面有效厚度來計算，單位也為分鐘.并且淬火保溫時間的最小值為2.5h,回火保溫時間的最小值為4小時。淬火升溫溫度W18（TC/h,|yl火升溫溫度W150C/h。例如，對于Q2870mmX02691mmX146mm的42CrMc鍛件進行調(diào)質(zhì)處理時，查手冊可得，42CrM。的淬火溫度-?般為850*Cr回火溫度一股為630C,其截面最小厚度為89mm,不用采用多段加熱'淬火保溫時間為1.5乂89min=2.2hV2.5h,取2.5h.回火保溫時間為2.4X89min=3.56h<4h,取4h?淬火總保溫時間為2.5h+1.5h=4h,回火總保溫時間為2h+4h=6h。編制工藝流轉(zhuǎn)卡和熱處理工藝卡。2.4大型環(huán)件分類與生產(chǎn)統(tǒng)計從所生產(chǎn)的大型環(huán)件來看，其規(guī)格比較多，環(huán)件外徑主要集中在0>500mm至94500mm,同時也有一部環(huán)件外徑達到C5(X)0mm至09000mm,所軋鍛件重最主要集中在7t以下，部分鍛件重量可達10t以上，最重可達25t。大型環(huán)件可劃分為兩大類：矩形件和異形件，矩形件中又可分普通環(huán)件，超大型環(huán)件，加高件和合軋件，如表2.6所示,普通環(huán)件是規(guī)格較多，生產(chǎn)較為成熟的矩形環(huán)件，目前統(tǒng)計的普通環(huán)件規(guī)格約有2700種。超大型環(huán)件-?般是指外徑在(05000mm以上或重量在20t以上的環(huán)件，截面為矩形，與普能矩形環(huán)件相比，其選材、制坯和軋制等過程更為復雜，都有不同于矩形環(huán)件生產(chǎn)軋制的特定要求.而此種產(chǎn)品生產(chǎn)量很小，至目前為止生產(chǎn)過約30種不同的型號的超大型環(huán)件。加高件是為了檢驗產(chǎn)品質(zhì)量，而在指定規(guī)格的基礎上增加產(chǎn)品的高度(增加的高度一般為40mm).以便取樣，一般在同-?批產(chǎn)品中，如果要求對環(huán)件性能進行檢驗，則會