环锻100MN制坯机厚壁液压缸体工艺研究.pdf

n 0 Io g y Q n d T e s I 工艺与检测 环锻 I O O M N制坯机厚壁液压缸体工艺研究 赖乐锋张永李彦斌 天津赛瑞机器设备有限公司， 天津 3 0 0 3 0 1 摘要通过解析厂内实际制作工艺， 以推动缸为例 ， 采用锻焊结合的结构 ， 合理安排窄间隙焊、 深孔镗等工 序 ， 满足了图纸要求， 证明制作工艺的可行性。 关键词厚壁液压缸体 ； 推动缸 ； 窄间隙焊，I 深孔镗 ； 制作工艺 中图分类号 I H1 6 2 ． 1 文献标识码 B R e s e a r c h o n p r o c e d u r e a b o u t 1 O 0 MN t h ic kwa lle d h y d r a u li c c y l in d e r in r in g f o r g in g p r o j e c t L AI Le n g，ZHANG Yo n g，L I Ya n b i n T i a n j i n S E R I Ma c h i n e r y E q u i p me n t C o ． ， L t d ． ，T i a n j i n 3 0 0 3 0 1 ， C H N Abs t r a c tAc c o r d i ng t o t he a n a l y s i s o f t he a c t u a l f a c t o ry ma n u f a c t u r i n g p r o c e d u r e，t a ke p us h i n g c y l i nd e r f o r e x a n l pl e，a d o pt t h e s t r uc t u r e o f we l d e d c o mb i n a t i o n wi t h f o r g i n g s，a r r a n g e t h e s e q u e n c e o f n a rro w g a p we l d i ng a n d d e e p h o l e b o r i n g ．I t c a n me e t t h e r e q ui r e me n t s o f t h e d r a wi n g ．Th e r e s ul t p r o v e s t h a t t h i s ma n u - f a c t u r i n g p r o c e d u r e i s f e a s i b l e ． Ke y wo r d s t h i c kwa l l e d h y d r a u l i c c y l i n d e r ；p u s h i n g c y l i n d e r ；n a r r o w g a p we l d i n g ；d e e p h o l e b o r i n g ；ma n u f a c t u r i n g p r o c e d u r e 1 项 目背景 2 0 1 1年 ， 渤海钢铁集团天津赛瑞机器设备有限公 司订购天锻的 1 0 0 MN制坯机组。该机组为 目前渤海 集团所拥有 的世界最大直径 1 0 m的碾环机提供前序 坯件 ， 从而为我国石油管道 、 核电领域及风能发电等领 域提供超大环件 。同时， 该设 备适用 于将钢坯镦粗和 冲孔等工艺及各类金属 、 合金的锻造。 液压机是 1 0 0 MN制坯机组 的关键部件 ， 由本 体 和液压系统两部分组 成 ， 结构简图见 图 1 。本体 为上 横梁 、 活动 横梁 、 下 横梁 、 4根立柱 ， 承受 全部工作 载 荷 ； 液压系统为主缸 、 回程缸 、 推动缸 、 柱塞杆 ， 作用是 将液体的压力能转换为机械能。 该 1 0 0 MN制坯机组中主缸、 推动缸 、 回程缸原材 料分别为 3 5 、 4 5 ， 直径 5 8 0～1 6 0 0 mm， 壁厚 9 0一 ， 3 2 0 mm， 长度 1 0～1 8 m。具有长度 长、 筒壁厚 、 加 工精 度 高 、 制作周期长等特点 ， 属于厚壁缸体类 工件 ， 制作难 度较大。本文以推动缸 为例 ， 通过解析厂 内实际制作 工艺 ， 对厚壁液压缸体制作工艺进行探讨。 2 推 动缸结构及工艺重难点分析 推动缸公称力 3 7 0 0 k N， 工作压力 2 9 ． 5 MP a， 工 作行程 1 0 0 0 0 mm。原材料选用 3 5 ， 整体 尺寸 全长 多 ZU I ’ 3 舜 l 朋 1 0 2 0 0 m m， 中部为 q 5 8 0 m m x 9 0 m m 的管状结构 ， 左 端为厚度 2 1 0 fi l m的连接法兰， 右端为厚度 8 6 0 m m的 轴承座 ， 形状较为复杂 ， 见图 2 。 1 缸 体 可 采用 整 体锻造 ， 也可采用锻焊结 合的结构 。如果 采 用整 体锻造 ， 由于 长度长 ， 筒 壁厚 ， 并 且 两 端 形 状 特 殊 ， 里孔 要求 通长 加工 ， 整体锻造难度很大 ， 毛坯 利用率极低 ， 造成成本浪 费。综合考虑锻造成本 ， 选用锻焊结合的结构。 2 原材 料为 3 5 ， 含碳量较高 ， 焊接性能较 差 ， 采用锻焊结合的结构 后 ， 由于 壁厚较 厚 、 焊量 大 ， 若焊接工艺参数选取 图1液压 机结 构简图 不当， 极易产生焊接裂纹 ， 无法保证焊缝质量。 3 为降低成本、 提高锻件毛坯利用率， 锻件留量不 能太大。而且， 焊接时必须严格控制好直线度， 保证加工 量足够。所以焊接时定位一定要准， 焊接难度较大。 4 推动缸里孔与柱塞杆有装配关系， 设计要求一 Zj l ； 与检测T e c h n 0 l0 g y a r e s t 次装夹加工完成 ， 但通长 1 0 2 0 0 mm机加工难度很大。 凰 3实施对策 图2推动缸筒图 3 ． 1 窄间隙焊的选择 若采用常规的混合气体保护焊或者埋弧焊 ， 需要 制备较大的焊接坡 口， 焊量大 、 焊接应力相应增大 ， 极 易产生焊接裂纹 ， 且容易产生焊接变形。为保证焊缝 质量 、 控制焊接变形， 经研究并多次考察， 笔者公司首 次引进窄间隙焊设备 ， 采用窄间隙焊的方式焊接。 图3 窄间隙焊筒图 窄间隙焊 ， 即只开 小角度 坡 口， 通过赋予焊丝弯曲特质 ， 利用其所形成 的波形 焊丝 ， 使 坡 口两个侧 壁完全熔透 ， 见 图 3 ， 实现一层一焊道高 品质 、 高 效率的稳定焊接方式。优点是 焊缝区域窄 、 坡 口断面积小 ， 降 低 了焊材消耗量 ， 提高焊接效 率。同时 ， 也减小 了焊接残余 应力 ， 降低产生焊接 裂纹 的可 能性 ， 焊接变形量减小 。 3 ． 2 焊接工艺评定 焊接是整个制作工 艺中最为关键 的环节， 既要保 证焊缝质量 ， 也要保证很好的直线度。笔者公司首次 引进窄间隙焊设备、 采用窄间隙焊的焊接方式 ， 各相关 部门都十分重视。首先， 是焊接工艺评定准备 ， 事先制 作焊接试板 ， 不断调试焊接参数进行试验 ， 见表 1 。 表 1 主要焊接参数 焊 接 电 焊接 电 焊接 速度／ 预 热温 热 处理 填 充金 属 流 ／ A 压／ V 度／ ℃ 温 度／ ℃ E R7 0 S一6 2 3 0～2 5 0 2 8～2 9 2 22 4 1 5 O 5 8 O2 0 运用表 I 参数焊接 的试板通过 了力学性能试验 ， 包括 2个拉伸试验， 抗拉强度大于母材的强度 ， 判定为 合格 ； 4个侧弯试验， 未发现裂纹 ， 判定为合格 ； 3组冲 击试验 ， 试验温度 2 0℃ ， 冲击值 2 7 J ， 判定为合格 。 上述试验合格 ， 证 明了所选焊接方法及参数合理 ， 能够 得到合格的焊接接头。 3 ． 3 拼焊方案的确定 拼焊方案主要是分段数量及拼缝位置的选取。① 为提高锻件毛坯利用率， 两端应尽量短； ②结合厂内镗 床的加工行程 ， 中间段尽量控制在 4 0 0 0 m m左右 ； ③ 为避免应力集中， 拼缝至少应避开轴肩距离 1 5 0 m l T l ； ④根据窄间隙焊设备参数 ， 为避免焊接时产生干涉 ， 拼 缝距轴肩处间距约 3 0 0 m m。综合以上因素， 最终确定 分 4段拼焊 ， 拼焊位置见图4 。 图4 拼 焊方案 示意 图 3 ． 4定位 止 口设 计 为保证焊后直线度 ， 坡 口位置设计阴阳对接定位 止口， 止口采用 间隙配合 0 ． 0 2～ 0 ． 0 6 fi l m， 见图 5 。窄 间隙焊坡 口， 严格按照窄间隙焊设备能力设计 ， 形状为 “ J ” 形 ， 底 部 为 ． 5 m m 圆 角， 上部 开 口距 离 为 1 4 m m。该 J 形坡 口、 及定位止 口均由数控车床机加工完 成 ， 以保证精度要求 。在窄 间隙焊接完成后 ， 里孑 L 加 工 ， 将定位止 口台加工去除， 从而保证焊缝全熔透。 图5 坡 口及定位止口图 3 ． 5深 孔镗 推动缸里孔通 长 1 0 2 0 0 1T i m， 要求一次装夹加工 完成 ， 如果采用普通镗铣床 ， 加工行程肯定不够 ， 为此 ， 我司采用深孔镗加工。综合考虑制作成本 ， 为节省深 孔镗刀具成本 ， 缩短 占用大机床工 时， 拼焊前 ， 各分段 里孔安排普通镗床粗镗孔 ， 节约了大量成本。 鲴 砉 釜 耋 ‘u l 0 。