带槽的环形锻件工艺设计

李书旭 庄庆福 轩少华 孟 献 刘亚旭

（南阳二机石油装备（集团）有限公司，河南 南阳 473000）

带槽的环形锻件工艺设计

李书旭 庄庆福 轩少华 孟 献 刘亚旭

（南阳二机石油装备（集团）有限公司，河南 南阳 473000）

分析了带槽的环形锻件的结构特点，通过辗环锻件工艺设计，生产质量较好、节约材料的环形锻件。

环形锻件；辗环；径向轧制；辗扩比

带槽的环形锻件是石油行业常用的锻焊滑轮组件，锻焊滑轮有三部分组成，轮缘、轮毂、辐板组焊而成。轮缘为锻件，带有绳槽，自由锻加工余量大，生产效率低。本文通过工艺设计及模具设计生产出带槽的环形锻件。

1 零件的结构特点

该零件质量42KG，最大外圆915mm，高70 mm，内孔785 mm属于典型的薄壁环形锻件。

2 工艺分析

辗环工艺是径向轧制切向延伸的锻造过程，是专门轧制环类锻件的一种特种成型方法。此类锻件外圆大，内孔大，厚度薄（相对外圆），带绳槽，属于典型异形环件。由于环件在厚度方向有一定斜度，适合采用立式径向辗环。该产品采用立式辗环工艺流程为：下料-加热-镦粗-冲孔-加热-辗环-加热-辗槽。该工艺过程采用自由锻设备制坯。在预制坯过程中环件带有绳槽需要先辗成矩形截面圆环，然后更换模具辗出绳槽，这样制坯时间较长，有需要更换模具，此种工艺需要加热3-4次。经过分析锻件高度，可以在设备上装两组模具，一组辗矩形截面圆环，另一组辗绳槽成形，一次辗出绳槽。改进后工艺流程为下料-加热-镦粗（750KG空气锤）-冲孔-加热-辗环（1200立式辗环机）。这种辗环方法生产效率高，劳动条件好，加热成本低，质量稳定。通过实际生产应用，这种生产方式是可行的。

3 工艺编制

根据此锻件的材质、壁厚、形状复杂性、余量及公差做出锻件图，见图1。

图1

从锻件图可以看出，制坯是关键，制坯毛坯体积决定了体积的初始分配，辗环的变形程度和辗环过程中金属的流动规律，影响到产品合格率。预制毛坯的依据是锻件图和金属流动规律。根据体积不变定律和径向轧制金属流动体积分配，确定预制坯的形状尺寸及变形程度。

3.1 高度确定。此类环类锻件外形复杂，外形带斜度，断面带凹槽。采用半封闭孔形径向辗压成形完全可以满足产品精度及质量要求。径向轧制辗环采用小压下量，连续成形，锻件总高度基本不发生变化。又因为轧制绳槽时，绳槽在半封闭孔中被模具挤压成形，高度增加，外圆扩大，内孔扩大，因此制坯时毛坯高度取环件最低尺寸。

3.2 内孔直径的确定。确定内孔直径之前先确定辗扩比K，辗扩比K是设计辗压预制坯尺寸首先要确定的参数。由于辗压变形的轴向宽展量比周向延伸量小得多，所以在工艺计算中往往忽略周向宽展。辗扩比一般情况下取1.5～5.确定了辗扩比之后就可以按K=dn/dm（dn锻件内孔，dm毛坯内孔）和体积不变定律确定辗压预制坯的内外径尺寸。根据分析，K分别取最小值1.5，最大值5，中间值3.25，如果K取1.5，则dm=516.7mm；如果K取3.25，则dm=238.5mm；如果取最大值5，则dm=155mm。

3.3 选择辗扩比。辗扩比的影响因素[1]有锻件的截面形状、制坯方式、锻件质量、生产率、辗环温度、芯轴的刚度和疲劳温度、制坯设备的能力等因素。经过综合分析，选取最大辗扩比比较合适，便于制坯和冲孔。因为是自由锻制坯，内径取dm=160mm。

3.4 外径的确定。在确定预制坯毛坯的高度和内孔后，按照锻件变形前后体积不变定律，可以计算出预制毛坯的外径，设计出预制毛坯的设计图。

4 辗环模具设计

环件采用半封闭辗压方式，且安装两套模具，主动轮模具尺寸大，设计成整体式不方便维修更换，且磨损后不能再利用。这里把主动轮模具设计成分体式，从动轮模具设计成整体式。绳槽模具和环件成形模具。分体式模具大幅度降低了模具成本，方便了模具更换，有一定的通用性，提高了模具使用价值。辗压完成时，主动辗压轮与被动辗压轮不能接触，所以型腔深度尺寸再加上收缩率后要减去5mm。锻造过程要点：由于锻件毛坯尺寸较大，所以要对锻件毛坯质量严格控制。锻件在加热时要保证加热均匀性，尤其是辗环时，建议在允许的最高始锻温度下开始辗环，这样有利于辗环成形。辗制间隙期，应注意模具和设备的降温冷却，一般直接用水喷冷，或者盐水喷冷，保持辗压轮模具的强度。

综上所述，通过辗环锻造，生产出了批量产品，质量稳定，生产效率大幅提高，辗环锻件表面质量较好，比原来节约了60%材料。毛坯成本大量降低，降了50%以上。通过批量生产，我们逐渐减少绳槽加工余量，部分斜面不再加工，取得了很好地效果。在批量生产薄壁带绳槽此类锻件时应该注意以下几点：一是合理的工艺设计可以减少前期试验次数，加快复杂环型锻件设计开发。二是预制毛坯的设计很关键。三是制坯模和辗压绳槽模具，采用合理的分体式模具设计，不仅减少加热成本，更提高了生产效率。

[1]中国机械工程学会锻压学会.锻压手册第一卷：锻造[M].北京：机械工业出版社，1993.

TG4

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1671-0037（2014）11-77-1

李书旭（1985-），男，助理工程师，研究方向：锻压设备及工艺研发。