■ 袁牧雨 夏懷樹(shù)

1 概述

30CrNi2MoVA 鋼是一種利用鉬釩碳化物強(qiáng)化的低合金結(jié)構(gòu)鋼，適于制造截面厚度不大在高溫回火后使用的零件，也常用于制造截面厚度小于50mm 的高強(qiáng)度構(gòu)件。因此，除兵器工業(yè)生產(chǎn)中已被廣泛使用外，航空工業(yè)生產(chǎn)中亦被采用，如導(dǎo)彈、火箭發(fā)射裝置生產(chǎn)。該鋼在我廠生產(chǎn)的某型產(chǎn)品部件中被采用，如彈射止動(dòng)器殼體[1-3]。該材料可鍛性比較好，最佳鍛造溫度范圍比較寬（850～1160℃）。

本文研究的30CrNi2MoVA 鋼彈射止動(dòng)器殼體其外形結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，成形難點(diǎn)主要位于“牛角型”底部，在實(shí)際生產(chǎn)中出現(xiàn)的主要問(wèn)題為夾傷嚴(yán)重，出坯復(fù)雜且不穩(wěn)定，制坯及模鍛火次多，坯料及鍛件打磨量巨大，這些嚴(yán)重地影響了鍛件生產(chǎn)進(jìn)度。因此，為研究該彈射止動(dòng)器殼體的成形過(guò)程以解決上述問(wèn)題，本文對(duì)其進(jìn)行了工藝分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)，進(jìn)而指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)，加快生產(chǎn)進(jìn)度，制備出合格鍛件。

2 初始工藝方案的制定

2.1 彈射止動(dòng)器殼體鍛件圖的制定

根據(jù)零件圖及其技術(shù)要求繪制鍛件圖（圖1）。鍛件結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，具有窄長(zhǎng)的“牛角型”構(gòu)造，出坯復(fù)雜且不穩(wěn)定、底部牛角尺寸制坯難以控制，鍛件外形底部牛角型為非加工面。

圖1 彈射止動(dòng)器殼體鍛件圖

2.2 工藝方案的制定

該鍛件總長(zhǎng)度約為144mm，最寬處度約為240mm，長(zhǎng)寬比達(dá)到0.6，外形結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。通過(guò)對(duì)其進(jìn)行工藝分析，確定工藝為自由鍛出坯加模鍛成型。由于鍛件的形狀特殊性，出坯過(guò)程中存在兩個(gè)主要難點(diǎn)：①鍛件中牛角部位較難成形，因此在自由鍛過(guò)程中必須要成形出“牛角型”底部，如果制坯不合理，尺寸不到位會(huì)造成該部位填充不完全。②鍛件底部形狀復(fù)雜。制坯過(guò)程極易出現(xiàn)夾傷，制坯火次多，坯料及鍛件打磨量大，如果制坯不合理，會(huì)造成該部位終鍛成形時(shí)也容易產(chǎn)生夾傷，影響產(chǎn)品質(zhì)量，增加模鍛火次，嚴(yán)重影響生產(chǎn)進(jìn)度。

因此，綜合對(duì)該鍛件各部位成形難易程度的分析，并依據(jù)模具設(shè)計(jì)手冊(cè)[4]及實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn),初定其成形工藝方案為：（3 火次回火制坯+排傷）+（3～4火次模鍛成型+排傷）。經(jīng)計(jì)算確定初始下料規(guī)格為Φ90mm×230mm。自由鍛設(shè)備為750Kg 自由鍛錘。終鍛成形設(shè)備為5T 模鍛錘。

3 成形結(jié)果分析

3.1 初始方案結(jié)果分析

對(duì)初定工藝方案進(jìn)行實(shí)際鍛造分析。鍛件坯料成形效果很不理想，底部尺寸難以控制，且在過(guò)渡區(qū)根部夾傷嚴(yán)重，而且也會(huì)導(dǎo)致模鍛出現(xiàn)夾傷及打不滿現(xiàn)象，需要多次排傷、多火次制坯及模鍛，增加報(bào)廢風(fēng)險(xiǎn)和工作量與機(jī)加費(fèi)用，延緩生產(chǎn)進(jìn)度。

在該鍛件成形過(guò)程中，導(dǎo)致模鍛成形困難的因素總結(jié)如下：①坯料制坯困難，尺寸難以控制，制坯坯料穩(wěn)定性較差?！芭＝切汀迸髁吓c模具不契合，成形過(guò)程易產(chǎn)生夾傷及充型不滿現(xiàn)象。②機(jī)加去除制坯夾傷后，模鍛尺寸不足并未從根本上解決夾傷問(wèn)題，導(dǎo)致終鍛時(shí)再次出現(xiàn)夾傷。

3.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)

對(duì)初定工藝方案的分析可知，彈射止動(dòng)器殼體制坯缺陷大，嚴(yán)重影響最終模鍛件的成形周期。因此，針對(duì)上述明顯的缺陷做出必要的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

⑴ 制作胎模，優(yōu)化制坯，減少打磨（圖2）。將原始棒料放在胎模中經(jīng)一次鍛造制坯且無(wú)夾傷，顯著降低火次，節(jié)約時(shí)間成本。

圖2 胎模實(shí)物圖

⑵ 底部做圓，便于模鍛。將胎模底部做圓，頂部橢圓這樣制出的坯料與終鍛模具高度契合，避免模鍛時(shí)容易出現(xiàn)夾傷的問(wèn)題。

⑶ 觀察模鍛毛邊分布，減少火次。根據(jù)所制坯料的模鍛件毛邊分布情況更改倉(cāng)部容料，減少火次，這樣可明顯提高鍛造效率。

針對(duì)上述改進(jìn)方案，進(jìn)行制坯過(guò)程分析。與初始方案相比，可明顯看到過(guò)渡區(qū)圓滑無(wú)夾傷。將改進(jìn)后的坯件放入終鍛模膛中進(jìn)行成形分析。優(yōu)化后的最終鍛件成形質(zhì)量良好，各部位充填飽滿。制作彈射止動(dòng)器殼體51 件，抽樣20 件進(jìn)行尺寸檢測(cè)，抽樣合格率100%。完全達(dá)到圖紙要求。各項(xiàng)性能指標(biāo)檢測(cè)合格，符合力學(xué)性能要求。這說(shuō)明工藝優(yōu)化取得顯著效果。

4 結(jié)論

用此工藝工裝已成功生產(chǎn)出符合要求的鍛件，因此工藝制定和模具設(shè)計(jì)達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，可以為鋼質(zhì)彈射止動(dòng)器殼體成形提供有益參考。此工藝方法優(yōu)點(diǎn)為：

(1) 確定該鍛件成形工藝為：一火次胎模鍛+一火次模鍛成形。同時(shí)，減少了回火次數(shù)，節(jié)約了時(shí)間成本和機(jī)加成本，顯著提高了生產(chǎn)效率。

(2) 針對(duì)該坯件底部易出現(xiàn)夾傷和充型不滿等問(wèn)題，在自由鍛時(shí)增加胎模，控制坯料尺寸和形狀，從而避夾傷和充型不滿的材料問(wèn)題。

(3) 制坯后模鍛成形工藝完全能夠?qū)崿F(xiàn)鋼質(zhì)彈射止動(dòng)器殼體零件成形，并能保證尺寸和性能要求，成品率達(dá)到100%。

(4) 模鍛能夠保證金屬流線的完整，細(xì)化晶粒，提高工件的性能。優(yōu)化后進(jìn)行實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證，結(jié)果表明，彈射止動(dòng)器殼體成形質(zhì)量良好，無(wú)明顯缺陷，符合產(chǎn)品的使用要求。