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全纤维镦锻成形与锻造经济效益比较

2019/06/28 阅读:

摘要:对轴类件全纤维镦锻成形工艺和楔横轧锻造成形工艺进行了比较,并对实际案例进行了经济效益分析,详细比较计算了二种工艺的成本。结果表明,全纤维镦锻工艺模具加工简单,成本较低;楔横轧模具加工复杂,成本较高。全纤维镦锻工艺适应于中小批量、法兰盘直径较大的轴类锻件的生产;楔横轧工艺适应于大批量、法兰盘直径较小的单一轴类锻件的生产。全纤维镦锻工艺总成本较低,楔横轧工艺总成本较高。

关键词:全纤维镦锻;楔横轧锻造;轴类锻件

轴类件全纤维镦锻工艺是将一根圆形钢棒,放在一套专用的模具内挤压而成。由于这种轴具有连续不断的金属纤维,大大提高了它的抗冲击和耐疲劳性能。由于锻件纤维组织走向同锻件形状一致,在锻造轴类零件台阶采用镦挤,金属流线没有被切断,从而延长了锻件的使用寿命,并有效地节约了原材料,减少了机械加工工时[1]。轴类件楔横轧锻造工艺是通过两个带楔形模的轧辊,以相同的方向旋转,带动圆形坯料旋转,坯料在楔形模的作用下,轧制成各种形状的台阶轴。这种横轧的变形主要为径向压缩和轴向延伸[2]。

1工艺分析

1.1轴类件全纤维镦锻

轴类件全纤维镦锻工艺流程为:下料-模具预热-原材料加热-模具润滑-局部镦锻-检验。设备采用5MN普通四柱液压机,模具预热采用液化气加热,模具润滑采用水基石墨乳,原材料加热采用中频感应炉局部加热。通过全纤维镦锻成形的轴类模锻件,由于金属纤维组织连续不断,金属流线顺畅,细化了晶粒,从而使轴类锻件的力学性能特别是耐疲劳和耐冲击性能得到改善。全纤维镦锻工艺原理:把镦锻装置(图1)装在液压机上,液压机下行时,六个肘杆向中间方向旋转运动,以实现镦锻装置镦粗及成形过程;液压机上行,六个肘杆中心线与垂直线夹角(锐角)逐渐减小,实现镦锻装置开模,随着液压机继续上行,镦锻装置上下部分分离,可把锻件从中取出。全纤维镦锻装置可放大液压机压力,是液压机压力的1.2~1.6倍。

1.2楔横轧锻造

轴类锻件楔横轧锻造工艺流程为:下料-原材料加热-滚轧-锯切端头-检验。楔横轧锻造需要专门的设备进行锻件成形,其局限性和通用性较之普通液压机而言,其只能生产圆截面的轴类锻件,且模具设计与制造、工艺调试等比较复杂。所以,该工艺适合轴类零件的大批量生产,不适合锻件小批量生产。楔横轧锻造工艺原理为:在楔横轧轧制过程中,轧件成形经历了四个阶段,这四个阶段分别对应着楔形模的四个区段[3]。整个过程为:楔形模的起始部分使坯料旋转起来并沿圆周方向在坯料上轧出一条由浅至深的V形沟槽,这一部分称为楔入段,接着在其后的楔形模中加工由浅而深、由窄而宽的V形沟槽,这一部分称之为楔入平整段,随后楔形模使V形沟槽扩展,这一部分称为展宽段,这是轧件的主要变形区段;最后是精整段,对轧件进行整形,以提高轧件的外观质量和尺寸精度。

2二种工艺经济效益比较

输入轴(图3)为重型汽车用传动部分的关重件,全纤维镦锻工艺和楔横轧锻造工艺均能实现该产品的生产。下面将针对二种工艺进行锻件经济效益比较。

2.1工艺下料重量比较

(1)输入轴全纤维镦锻件(图4)。下料尺寸为准70mm×460mm,锻件重量为13.4kg/件,材料消耗为13.9kg/件。(2)输入轴楔横轧锻件(图5)。下料尺寸为准115mm×160mm,锻件重量为12.8kg/件,材料消耗为16.3kg/件。

2.2工艺比较

(1)全纤维模锻内部组织性能好,较楔横轧不会出现窝心、褶皱等缺陷。(2)楔横轧工艺由于自身工艺特点,必须100%进行超声波无损探伤,检验成本提高。(3)如果采用定尺定料,材料消耗可以进一步降低。(4)全纤维模锻成形产品成品质量高,几乎不会产生窝心、褶皱等锻造缺陷。

2.3成本比较

假设以批量6000件/月,原材料(42CrMo钢)现行单价5.5元/kg计算,楔横轧材料消耗16.3kg/件,锻件单价2.1元/kg。楔横轧锻造费为16.3×5.5+12.8×2.1=116.53元/件;100%无损探伤,费用2元/件。楔横轧月计成本为(116.53+2)×6000=711180元。全纤维镦锻费用:①锻造费13.9×5.5+13.4×2.1=104.59元/件,月计104.59×6000=627540元;②全纤维模锻与楔横轧锻件重量差13.4-12.8=0.6kg/件,废料以2元/kg计算,废料月收入=0.6×2×6000=7200元;③由于锻件重量差产生的粗加工月成本支出,多车削(专用仿形车)部分以1元/件计算,月粗加工成本支出=1×6000=6000元;全纤维镦锻月计成本627540+6000-7200=626340元。通过比较二种工艺成形的成本,以每月生产6000件计算,楔横轧总成本为711180元,全纤维镦锻总成本为626340元,相比而言,全纤维镦锻每月可为企业节约84840元/月,年节约成本1018080元/年。

3结论

(1)通过二种工艺成本比较,全纤维镦锻工艺模具加工相对简单,成本较低;楔横轧模具加工复杂,成本较高。(2)通过应用案例比较,在同类产品中小批量生产时,全纤维镦锻工艺总成本较低,楔横轧工艺总成本较高。

参考文献:

[1]《锻压技术手册》编委会.锻压技术手册[M].北京:国防工业出版社,1989.

[2]杨振恒.锻造工艺学[M].西安:西北工业大学出版社,1986.

[3]夏巨谌,韩凤麟,赵一平.中国模具设计大典(第4卷)[M].南昌:江西科学技术出版社,2003.

作者:王超 陈海文 王勇 郭伟 赵艳 单位:中国船舶重工集团公司第十二研究所

全纤维镦锻成形与锻造经济效益比较

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