复杂形状头部长杆类活塞杆锻件成形

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复杂形状头部长杆类活塞杆是某机型的关键结构件，材料为30CrMnSiNi2A，锻件净重245kg，外形结构极其复杂，如图1所示。锻件须经锻荒+模锻的方法成形，从前期生产过的长杆类锻件的实际成形情况来看，容易出现的主要问题是：在锻荒过程中头部与杆部易脱节，从而严重影响后续模锻成形效果；第一火生产时，荒形无法与模具型腔完全接触，给定位带来不便。除此之外，锻件头部形状较为特殊，给荒形的制定带来了极大的挑战。同时，锻件也容易出现表面折叠、夹伤以及未充满等缺陷，产品合格率低。

一、方案制定

1荒形设计

荒形设计见图2，设计特点：将荒形头部设计成“圆盘”形，一方面考虑锻件此处的实际形状，另一方面减少锻荒难度，如若换成拔长，不仅操作不便，而且尺寸难以掌控，与此同时荒形过渡处难以圆滑。

2模具设计

模具设计见图3，设计特点：采用折线分模面，主要是结合锻件实际形状，均衡上下模的变形程度，便于模锻充满成形，同时可以保证荒形与下模型腔更好地接触，便于模锻第一火次的定位。

二、实际生产过程1主要工艺流程

工艺流程为：下料→机加(倒角)→锻荒→模锻→热处理→机加(毛边)→理化→酸洗或吹砂→打磨→机加(探伤面)→探伤→补全标刻→终检→入库。2锻造生产过程⑴锻荒生产过程。锻造设备：快锻机。工装：专用胎模。胎模预热温度：250～350℃；预热时间≥12h。加热规范：1130(1100)℃±20℃加热90min，锻荒二火及三火高温区加热温度为(1100±20)℃，终锻温度≥850℃。坯料转移时间≤45秒。冷却方式：堆冷。锻荒工步见图4、图5和图6。1)荒形特点：采用胎模镦粗荒形头部的方法，一方面比较准确地控制住了荒形尺寸，更重要的是保证了荒形大头与杆部的同轴度在比较理想的范围内，即避免了前面所提到的荒形尺寸脱节问题。胎模的固有形状确保了荒形头部与杆部过渡圆滑，后续模锻时避免了锻件在该处产生的折叠及夹伤缺陷。胎模镦粗大大降低人工拔长的难度，提高了锻荒效率。2)注意事项：在胎模镦粗过程中，严格控制胎模的镦粗程度，确保荒形头部尺寸。在最后一火的杆部拔长工步完成之前，校直杆部。⑵模锻生产过程。锻造设备：对击锤。模具预热温度：250～350℃，预热时间≥12h。加热规范：1130(1100)℃±20℃×60min，模锻二火及三火高温区加热温度为(1100±20)℃；终锻温度≥850℃；坯料转移时间≤45秒。冷却方式：堆冷。1)注意事项。①在进行模锻第一火生产时，先轻击2～3锤定位，后重击成形，防止剧烈变形引起夹伤缺陷。②为了减少锻件表面氧化皮垫坑量，在每火次的生产时，先锤击1～2锤后将锻件迅速从型腔内取出，快速用风枪吹净下模型腔内的氧化皮，随后立即将锻件放回型腔内继续进行锻造。③为了防止锻件单面垫坑较大，模锻火次间生产时，将上下模颠倒着来回使用，即这火次凸锁扣一扇在上模，下火次便将其放在下模。④每火次锻造完成，气割毛边并且吹砂后，仔细对锻件进行打磨，特别是模锻第一火后大头与杆部的过渡处，以确保后续火次锻造的顺利进行。⑶热处理及后续理化检测。锻件经正火+回火处理后，进行机械性能、金相和超声波探伤检查，其数据结果见表1，组织照片见图7和图8。三、项目总结针对此类锻件的成形问题，可从以下几个方面进行考虑：⑴合理设计荒形尺寸，减少锻荒难度，从而精确地控制荒形质量；⑵明确锻荒工步，必要时借助专用工装，减少人为因素引起的偏差，避免模锻成形过程中易出现的夹伤、折叠及局部充不满等表面质量问题；⑶结合锻件实际形状，合理地设计其模具形状，均衡上下模变形程度，保证模锻开始时锻件荒形在模具型腔中的定位效果。

三、结束语

本文以长杆类活塞杆锻件为对象，把快锻机及对击锤作为主要锻造设备，结合创造性工艺方案的实施，实现了此类复杂锻件的充满成形，同时满足了锻件的表面质量和性能等各方面要求，极大提高了新品试制件的一次性合格率，更关键的是此工艺方案科学合理，便于现场操作，提高了生产效率，可用于实际生产。

作者:张静 张延珍 郭敏鸽 单位:陕西宏远航空锻造有限责任公司