汽轮机用法兰镦锻成形与模具设计
1镦锻成形原理为验证一模多件镦锻成形及模具设计的可行性，采用镦锻技术制造法兰毛坯，工作原理如图1所示。利用模具将坯料中间杆部固定，然后在坯料两端施加一定作用力，两端部棒料在挤压力作用下充满型腔，一次成形2个法兰毛坯，法兰毛坯余量单面预留3mm，棒料采用中频感应加热，加热时间短（1~2min），氧化皮少，表面质量良好且生产效率高，材料性能易保证。图1法兰镦锻成形原理
2法兰毛坯设计以汽轮机用典型法兰为例，在零件图上单面预留3mm余量，如图2所示，同时考虑法兰镦锻时两端棒料高径比≤3，加大法兰底径处余量并进行圆整处理。图2法兰锻造毛坯
3镦锻工艺设计在整个镦锻过程中只有左、右两端金属参与塑性变形，中间杆部不发生变形，镦锻工艺设计时需根据两端变形部分（包括过渡圆角部分）坯料质量，按成形体积不变原则核算相应变形部分棒料长度，然后加上无需变形的棒料长度即为毛坯镦锻棒料总长度。图3所示为典型法兰毛坯镦锻工艺尺寸，根据毛坯预放热收缩量，采用1模2件对称布置，中间预留20mm锯缝，以便于成形后从中间锯开。图3法兰镦锻工艺尺寸
4镦锻模设计模具结构采用水平分模方式，沿镦锻坯料最大轮廓分模，分型面上不设置飞边槽，模具也不设置脱模斜度。推料杆中心与镦锻压力机中心重合，接近坯料几何中心，上、下模之间采用定位销定位，模具型腔尺寸与坯料尺寸一致。从模块化及制造成本考虑，采用分体式模具方案，即设计1套通用的模座（见图4）用于与设备紧固、定位，不同规格的法兰模具（见图5）嵌入到模座中（见图6），减小模具模块尺寸（整体模块截面尺寸mm×mm，分体模具模块截面尺寸：mm×mm），缩短了模具模块制造时间，降低了制造成本，且可实现法兰模具快速安装与拆卸，同时模座上端面低于上、下模分型面，避免模具合模时产生干涉，装配结构如图7所示。图4镦锻模模座图5法兰镦锻模图6模座与模具组装（下模）图7模座与模具装配
5法兰镦锻试生产5.1首次试制（1）参数设定。根据实际经验及现场圆钢余料，选择棒料规格φ80mm×mm进行试制，材料为0Cr17Ni12Mo2，始锻温度为℃，终锻温度为℃，镦锻机参数设置如表1所示，根据工艺设置左、右冲头及上模的起始位置及最终位置。
表1镦锻机参数设置(mm)
（2）试制结果及分析。根据上述参数进行法兰镦锻试制，镦锻法兰实物如图8所示，毛坯轴颈R部位光滑无折叠，但两端面存在明显倾斜，端面厚度不足，主要由于所选棒料规格相对偏小，毛坯两端受力镦挤时变形部分棒料高径比较大，棒料轴向变弯所致。图8第一次试制毛坯实物5.2优化试验（1）工艺优化。为改善第一次试制产生的端面倾斜缺陷，对模具杆部直径进行优化，加大棒料杆部直径至φ90mm，缩短变形部分棒料长度，减小高径比到2.5以下，避免镦锻过程中棒料弯曲变形，改善成形端面倾斜的缺陷。（2）优化试验结果及分析。镦锻参数设置与第一次试制一致，针对左、右冲头及上模的起始位置按工艺参数进行设置即可。优化试验镦锻法兰及分割后实物如图9所示，成形尺寸满足技术要求，表面质量良好，且法兰两端面无倾斜，法兰盘与中间杆部同轴度较好。图9镦锻法兰及分割后实物
6经济性分析虽然镦锻模设计复杂、制造周期长，但法兰需求量大，批量化生产单件分摊成本较低，以典型法兰为例，采用自由锻与镦锻制造的数据对比如表2所示。从表2可以看出，采用镦锻工艺，该法兰每件可节约原材料14.9-25.6/2=2.1kg，按目前生产量，每年可节约（原材料单价按30元/kg计算）56.7万元左右，此外，锻造时间及淬火次数都将减少，可缩短法兰制造时间及降低相应的能源费用。
表2典型法兰不同成形方式数据对比
▍原文作者:李波何芬谢彬刘戈
▍作者单位：中国东方电气集团东方汽轮机有限公司
转载请注明：http://www.abuoumao.com/hyfw/3429.html
