艉軸架鍛件的成形工藝研究

文／熊武，林晨，于海娟·武漢重工鑄鍛有限責任公司

艉軸架鍛件的成形工藝研究

文／熊武，林晨，于海娟·武漢重工鑄鍛有限責任公司

艉軸架又叫美人架，是船舶重要的結構構件之一。艉軸架是用于船舶導流管或軸轂連接船體的裝置，位于螺旋槳前方，起支撐艉軸的作用。

普通中小型船舶的艉軸架多采用整體鑄造的方式生產，有時因艉軸架尺寸較大，整體鑄造的工藝性差，也可分段鑄造，然后焊接成為整體。而軍用艦船要求航速高、機動性強，通常采用雙機并車、雙槳推進的全柴聯合推進裝置，鑄鋼件的性能難以滿足其苛刻的要求，必須選用鍛鋼件。

圖1所示為艉軸架鋼鍛件外形尺寸，在正面及側面兩個方向存在一定的彎曲角度，圖中艉軸架鍛鋼件在側面上彎曲126.5°，在正面上彎曲5°。

艉軸架主要技術指標

⑴材料的化學成分要求如表1所示。

表1 材料化學成分

⑵鍛件熱處理后的橫向力學性能：σs≥240N/mm2、σb為 480～ 600N/mm2、A ≥ 16%、Z≥30%。

⑶超聲波探傷需滿足NB/T 47013.3-2005Ⅱ級。

鍛造工藝研究

直寬板斜彎方式成形

按照圖1中艉軸架鍛鋼件的外形尺寸，直接在厚度方向和寬度方向放余量，制定出如圖2鍛件示意圖。由圖2可以看出，這樣得出的鍛件兩側均有一定角度的彎曲，彎曲折線與板料長邊呈85°。寬板坯料在彎曲成形前，在壓機下擺放時必須與壓機的走臺中線呈5°擺放，如果在彎曲成形過程中，寬板坯料左右移動則會影響鍛件的成形尺寸，所以，這種以斜彎方式來彎曲成形的艉軸架鋼鍛件的成形尺寸及精度難以保證，鍛造操作困難較大。

圖2 直寬板斜彎鍛件示意圖

臺階寬板直彎方式成形

通過Pro/E軟件進行三維建模，變換圖形基準，如圖3所示。將艉軸架的長邊放平，側邊正對視圖方向，建立坐標系，根據坐標系的方向測量，可知此時短邊與視圖方向傾斜呈一定角度，短邊厚度變厚；同理，從正面看鍛件也整體傾斜了一定的角度，按照傾斜后的厚度及寬度確定鍛件余量制定鍛件圖，這樣得出的鍛件在傾斜的短邊上厚度變厚，但彎曲折線與板料長邊垂直，這樣，彎曲前坯料在壓機下擺放時，只需與壓機走臺平行即可，降低了彎曲成形的操作難度，有利于控制鍛件成形的外形尺寸。

圖3 臺階寬板直彎鍛件圖

鍛造工藝及鍛造過程

從以上兩種成形方式可以看出，第二種臺階寬板直彎成形方式更利于彎曲成形及尺寸控制。因此，按該方式放鍛件余量，制定出如圖4所示的艉軸架鍛件圖。

圖4 試制艉軸架鍛件圖

艉軸架鍛件采用自由鍛鍛出寬板坯料后，再按照彎曲成形的方式生產。鍛件重量為4.6t，采用7t鋼錠鍛造成形。制坯的詳細步驟為：鋼錠戴帽鐓粗→拔扁方→壓臺階→彎曲中心壓印→成形坯料→擴氫退火→氧割兩端棄料。具體鍛造步驟如下：

⑴鋼錠帶帽鐓粗，如圖5所示。

圖5 鋼錠鐓粗

⑵拔扁方下料（圖6）。為保證彎曲時彎曲中心線清晰可見，故提前在計算出的彎曲中心線處壓印做標記。

⑶彎曲成形（圖7）。采用整體熱彎的方式將坯料彎曲成形。彎曲工裝下方選用車間現有的V型馬架鑲塊將坯料支起，鑲塊角度為120°，適用于126.5°的艉軸架鍛件進行彎曲。彎曲時，為保證成形后的圓角尺寸及圓角形狀，采用半徑相仿的圓棒，墊在坯料的彎曲中心線上，再進行彎曲成形。因此，選用車間現有的φ640mm的圓棒相對于鍛件上的R365圓角略小，更利于圓角成形。

圖6 制坯過程示意圖

圖7 彎曲過程示意圖

⑷若彎曲成形溫度較高，則由于寬板坯料較大且較薄，加熱及吊裝出爐極易造成坯料彎曲甚至扭曲；另外，彎曲成形后采用吊鉗起吊鍛件時彎曲角度容易變化，故確定彎曲爐內加熱溫度定為（900±10）℃。

同時為了保證彎曲成形后的角度，事先制作等比例的樣板，便于彎曲成形過程進行比對校正。圖8為車間鍛造彎曲成形過程。

鍛后熱處理

艉軸架材質為20MnHQ，鍛后熱處理溫度正火溫度為（900±10）℃，回火溫度為（560±10）℃，因艉軸架彎曲溫度定為（900±10）℃，所以，將寬板坯料直接做鍛后熱處理，正火空冷時出爐彎曲成形，彎曲成形后，繼續進熱處理爐進行后續的回火工序?；鼗鹧b爐時需將艉軸架鍛件側放于墊鐵上，防止回火時彎曲角度變化。鍛后熱處理執行完，鍛件冷卻后直接報船檢機構性檢即可，這種生產方式不僅縮短了生產時間，而且節約了生產成本。

圖8 鍛造彎曲成形過程

結束語

使用Pro/E軟件對艉軸架鍛件進行三維建模，制定出合理的鍛件圖；選用現有工裝代替專用模具，坯料在正火空冷時出爐進行彎曲成形，成形后再進爐回火。采用上述工藝方案，生產出的艉軸架鍛件產品外形尺寸、力學性能及內部質量均滿足技術要求，達到了既縮短產品制造周期，又實現降本增效的目的。