王爽1 王宝亮2
1.中国一重铸锻钢事业部水压机锻造厂（黑龙江齐齐哈尔161042）；2.苏州热工研究院有限公司（江苏苏州215000）
摘要：针对大型空心整体锻造主轴锻件在锻造生产中容易出现长短面严重或壁厚不均、尺寸超差等质量问题，通过研究工艺编制及生产实践来提高锻件质量。、
关键词：空心主轴；锻造工艺；编制及实践
主轴锻件是水电站常用的主要产品，其作用主要是用来传递扭矩，小容量水轮发电机一般采用整锻实心轴；大中型的发电机一般采用整锻空心轴。国内常用优质碳素钢和低合金钢材料。一般情况下，主轴锻件通过锻后热处理须满足各项技术指标，水电空心主轴是常用的机械零件，其制造质量的好坏对整台机器的性能都有直接影响。大型水电主轴属于空心轴类锻件，在锻造生产中容易长短面严重或壁厚不均、尺寸超差等质量问题尺寸超差等质量问题。本文主要通过研究工艺编制及生产实践中一些容易出现的问题来提高锻件质量。
一、锻件图（图1、2）
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二、锻造工艺的编制
1、锻件图见图2。
2、根据材质确定锻造温度范围, 始锻温度1250℃，终锻温度700℃。
3、根据锻件尺寸形状确定锻造变形工序，第一火次：镦粗、冲孔；芯棒拔长；平整；第二火次：芯棒拔长；第三火次：平整；第四火次：芯棒拔长下料出成品。
4、锭型的选择。钢锭冒口及水口切除重量，按钢锭锭身重量百分比计算，主轴锻件应保证水口端切除量≥7%，冒口端≥13%。坯料质量可按下式计算：
G 坯料 =G 锻件 +G 烧损 +G 料头 G 锻件 = K G1 G1 = ρV
式中，G 坯料——坯料质量；G 锻件——锻件质量；G烧损——加热时由于坯料表面氧化而烧损的质量。第一次加热取被加热金属的2-3%，以后每次加热取1.5-2.0%；G 料头——在锻造过程中切掉的那部分金属的质量。如修切端部的料头等；G1——锻件名义重量；K——锻件补偿系数，大型空心整体锻造主轴筒体锻件一般取1.04～1.07；ρ——金属密度，钢铁取7.85kg/dm jiegua； V——锻件的体积。根据锻件尺寸和上述公式进行计算，并结合《钢锭手册》选取229T上注24棱钢锭，炼钢方法VD+LB3。
5、各锻造变形火次工艺尺寸的确定和具体操作及工附具的选择。来锭后，气割水口150mm（含刀口），气割冒口，下料重约183.6T。
第一火次：镦粗、冲孔，镦粗至H=2100×~Φ3730冲孔Φ1400（采用专用漏盘漏冲脱）。所用附具：大平台、φ4600球面镦粗盖板、冲子、φ1600专用漏冲脱漏盘。具体操作：①坯料立起时，水口向下摆放在大平台正中位置，如坯料端面不平则倾斜面南北方向放置。②上镦粗盖板放置在坯料上，保证坯料中心与镦粗上盖板中心一致。③拉入走台，对正后上横梁压下镦粗到工艺要求高度。④拉出走台，吊走上镦粗盖板上头冲子，东、南两个方向均有人进行观察，确保冲子与坯料中心对正。⑤上平砧将头冲子压入坯料，头冲子露出坯料外高度150mm-200mm时停止，拉出走台上二冲子，对正方法同头冲子，拉入走台继续进行冲孔。⑥坯料底部有明显的向上翘起（有反挤压倾向）时停止冲孔。⑦拉出走台将坯料吊起放置在φ1600专用漏冲脱漏盘上，保证坯料中心与漏盘中心对正。⑧拉入走台，漏盘与活动横梁位置对中后，活动横梁压下，将冲脱冲出。
第二火次：芯棒拔长，Φ1380芯棒拔长至Φ外=3000，Φ内=1380，L≈3800（气割清除水口端面毛刺）所用附具：1200上平下V砧、芯棒、φ1300套筒（取决于有无操作机）。具体操作：①抱钳取料运至水压机处，确定水冒口方向。②天车带套筒将芯棒从坯料孔内穿入，坯料距离芯棒法兰根部200mm-300mm为止（或使用操作机穿芯棒），抬起坯料放置在V型砧上，拉入走台，接上过水管。③锻造天车翻钢机旋转与上平砧配合锻造，先轻压一圈，压下量控制在100mm，先锁紧法兰根部然后按照由芯棒端部向法兰方向次序进行拔长。④及时测量，当坯料长度满足工艺要求时停止锻造，抽出过水管，水压机上平砧轻点坯料，翻钢机旋转套筒取芯棒，如取出不顺利则可以采取轻压法兰端坯料方式取出。
第三火次：平整，冒口向上平整至H=3600（平整时两端面圆弧压平即可）所用附具：平面镦粗盖板，大平台或回转台。具体操作：将坯料吊至大平台上，水压机东侧和南侧必须有人对正看中，并指挥天车工将坯料东西方向放正，南北方向在坯料拉入水压机后通过走台和上横梁拉正后上平面镦粗盖板开始平整，平整时只需观察将坯料两端面圆股肚压平即可。
第四火次：芯棒拔长下料出成品，Φ1180芯棒拔长至Φ外=2740，Φ内=1180，L≈43200如下图拔长下料出成品所用附具：850上平砧，850下V型砧，芯棒，φ1300套筒（取决于有无操作机）。具体操作：①抱钳取料运至水压机处，确定水冒口方向。②天车带套筒将芯棒从冒口端穿入，坯料距离芯棒法兰根部200mm-300mm为止（或使用操作机穿芯棒），抬起坯料放置在V型砧上，拉入走台，接上过水管。③锻造天车翻钢机旋转与上平砧配合锻造，设线按成品大法兰直径加50-100，先拔长冒口端将坯料锁住，然后依次从水口端向冒口端拔长，待拔长至工艺要求尺寸时，按工艺图示下料拔长压凹档，拔长过程中及时测量。④精整时依次从水口端向冒口端精整，精整冒口端时轻压将芯棒抽出（图3）。
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三、生产实际中各工序的风险点
1、芯棒拔长时避免压下量过大或者旋转不均匀造成坯料长短面严重或壁厚不均。
2、锻造过程中如果端面出现裂纹，及时采取吹氧或者烧剥处理（目测坯料表面已无裂纹视为清理干净）。
3、出成品后气割端头锻件表面温度应控制≥400℃返炉，如果低于400℃仍未气割完，返低温炉预热，炉温600～750℃，返炉时按相应加热规范执行，预热结束后，可继续气割。
参考文献：
[1]高锦张.塑性成形工艺及模具设计[M].北京:机械工业出版社.2008.
[2]俞汉清.陈金德.金属塑性成型原理[M].北京:机械工业出版社.2001.
【作者简介】王爽（1984.04-），男，汉族，辽宁省沈阳市人，硕士研究生学历，中国一重铸锻钢事业部水压机锻造厂工程师，主要研究方向：锻造热处理。