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大型閥門閥體的鍛造工藝分析及方案對比

 

 前言

福彩3d手机牛彩网 www.uvfrn.icu 閥體是石油機械閥門中的一個主要零部件,根據壓力等級有不同的成形方法,例如:鑄造、鍛造等。閥體的材質根據不同的工藝介質,選用不同的材料,常用材質有:鑄鐵、鑄鋼、不銹鋼、合金結構鋼等。閥體鍛造分為壓機模鍛和鍛錘自由鍛,本文主要介紹產品通過自由鍛成形,分析比較多種工藝方案,最終給出一種最佳的閥體鍛件成形工藝。

鍛造閥體鍛件工藝分析

該閥體(圖1為產品零件圖)兩頭為法蘭形狀,中間部位上下兩個對稱圓凸臺,兩凸臺之間為多邊形設計,鍛造過程中允許適度塌邊。整體設計為偏心結構,原材料選用鋼錠,產品材質為AISI4130,產品零件重量為1050kg,由于鍛件尺寸大,所用鋼錠錠形也大。為了確保鋼錠心部鍛透,內部夾雜物、樹枝狀結晶組織能夠有效擊碎,疏松等缺陷能夠有效焊合,應控制鍛造溫度區間。鍛造溫度越高,鋼錠內部缺陷越容易鍛合,因此應盡量保持在高溫下進行鍛造。

鍛造閥體.jpg
圖1 零件圖
用鋼錠鍛造鍛件,就必須考慮鍛造比,閥體鍛坯基本鍛造過程分為鍛比控制和鍛坯成形。根據鍛造設備的鍛造能力及鍛件材質尺寸選取6t電液錘,加熱設備選取天然氣爐,鍛件材料始鍛溫度為1180℃,終鍛溫度為850℃,鍛后冷卻方式為坑冷。

鍛造閥體工藝方案

由于該鍛件形狀復雜,整體鍛造難度大,根據該零件的特點,我公司工藝人員對其成形可行性進行了分析,結合我公司的實際生產情況,研究制定出三種閥體鍛造成形工藝方案。

方案一

直接鍛造成方塊毛坯,尺寸為492mm×657mm×915mm,經過鍛后冷卻,在鍛坯上畫線,最后在鋸床上鋸角(圖2為鍛坯圖)。

閥門鍛坯圖.jpg
圖2 鍛坯圖
方案二

先鍛造成過渡方塊毛坯,鍛方截面為510mm×690mm,保證中間方塊關鍵尺寸,用小圓棒在方坯兩端進行壓痕,以壓痕位置為基準用剁刀進行人工分料,然后進行壓肩拔長,再將鍛坯放在閥體模具上進行表面整形(圖3),隨后再將閥體兩端面進行平整,最終毛坯成形為三段方體(圖4)。

鍛造閥體鍛件.jpg
圖3 鍛坯圖
1-模具 2-閥體
鍛造閥體模具.jpg
圖4 鍛坯圖
方案三

將毛坯鍛造成圓柱狀,截面圓直徑為φ480mm,然后將毛坯上部和底部分別套上模具圈,沿鍛坯軸線方向鐓粗(圖5),當中間鍛方滿足工藝尺寸后,再將鍛坯與模具圈橫向放置在錘砧上,鍛造毛坯偏心結構。最后,將兩端模具圈撤掉,對毛坯進行平整處理,確保鍛件(圖6)的工藝尺寸和表面質量滿足要求。

鍛造閥體過程.jpg
圖5 鍛造過程圖
鍛造閥體鍛坯圖.jpg
圖6 鍛坯圖

閥體鍛造工藝對比分析

⑴方案一中閥體鍛造工藝下料重量為2430kg,鍛造火次為兩火次;方案二中閥體鍛造工藝下料重量為2335kg,鍛造火次為三火次;方案三中閥體鍛造工藝下料重量為2030kg,鍛造火次為三火次。

⑵方案一是將坯料整體鍛造為方塊毛坯,方案二鍛造過程中為了便于人工分料,防止兩頭端部出現凹心,增加了鍛坯兩端余量。這兩種方案設計的閥體在后續進行機械加工過程中,均存在加工余量大的現象,而且鍛造流線被切斷,降低了零件使用壽命,使得產品質量無法得到保證。

⑶方案一中鍛造后通過鋸床鋸掉兩個余料,重量輕,利用價值不高,只能作為廢料處理,同時使用鋸床增加了鋸條損耗,而且加一道工序,就多一重質量控制風險,如存在鋸角過程中將產品鋸廢的可能。方案二在鍛造過程中有人工分料工序,在分料位置余塊大,而且剁刀切口面不一定整齊,使該位置易產生折疊。

試驗證明,方案一鍛造工藝雖然簡單,但鍛造余量大,而且材料利用率低,有兩道生產工序,生產周期長,質量控制風險大。方案二為了便于人工分料,增加了鍛坯余量,同時分料位置容易產生裂紋,鍛坯質量控制難度大。方案三的成形方法具有經濟快速的優點,鍛坯結構更接近于零件結構,提高了原材料的利用率,鍛造過程中采取套圈工藝,生產節奏快,產品質量得到了有效保證。對比前兩種工藝方案,很顯然方案三是滿足要求的最佳工藝方案。

結束語

綜上所述,對于閥體鍛件成形工藝的選擇,應從多角度分析,要結合生產成本與實際生產效率,綜合評估選擇最佳鍛造工藝。只有通過這種工藝不斷優化的方式,才能生產出質量合格的閥體鍛件。該工藝方案的試驗成功,使我公司閥體鍛造技術又上升了一個臺階,同時增強了我公司在閥體鍛件市場的競爭力,也為閥體套圈工藝延伸打下很好的基礎。

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