大型自由锻造液压机车间工艺设计分析.pdf

文 章编号 1 6 7 2 一 O 1 2 1 2 0 1 0 0 2 0 0 6 4 0 3 大 型 自由锻 造 液压 机 车 间工 艺 设计 分 析 吕增 印 机 械 工业 第六设 计研 究院 第一工 程所 ， 河 南 郑 州 4 5 0 0 0 7 摘 要 介绍 了 自由锻 造 液压机 车 间工 艺流程及 工 艺布置 ， 提 出 了锻造 跨炉子跨 双跨和 锻造 跨 炉子 跨 锻 造跨 三跨 两种布 置方 案 ， 并分 析 了相应 优缺 点。 另外 ， 详 细探讨 了液压机 、 工 业炉和 其他 辅助设 备 间的配套 关 系 ， 液压 机 、 工业 炉与厂 房 的相互 影响 关系 以及 对公 用设 施 的要求 等。对 大 型 自由锻 造液 压机 车 间的工 艺设 计具 有较高 的参考 价值 。 关键 词 机械 制造 ； 车 间 ； 自由锻 造 液压机 ； 工 艺设 计 中 图 分 类 号 T G4 9 文 献 标 识 码 B 1育 仃 言 目前 ，我 国 已 投 入 运 行 的 8 MN～ 1 6 0 MN 自 由锻 造液 压机 1 5 0多 台 ，但 是大 多数 自由锻 造液 压 机为 早 期 的 水 压 机 ， 数 控 化 程 度 低 ， 生 产 率 低 下 ， 需 要 完 成 C NC改 造 【 l 】并 配 备 锻造 操作 机 ， 尤 其要 强 化 锻 造 和热处理 工业 炉 的现代化 改造 。 我 国大锻 件生产 处 于“ 过剩 ” 和 “ 短缺 ” 的 双重压 力下 ， 即一般大 锻件 供大 于求 ； 而技术 含量 和 质量要 求高 的大 锻件 ，如百 万千 瓦级火 电 和核 电用汽 轮机 转子 超 临 界 、 超 超 临 界 、 特 大 支承 辊 、 大 型 高温 高 压厚壁 筒体 、船用 大 马力低 速柴油 机组 合 曲轴 等锻 件 ， 我们 尚处 于生产 能力 低或 不能 生产 的状 态 。 基 于 此 ，通过 对现 有锻造 设备 及 32业 炉设 备进 行 升级 改 造或 新建 锻造 车 间 ，国内企业掀 起 了投 资高 品质 大 型 自由锻 件制造 的热 潮 。本文通 过对 大型 快速 锻造 液压 机 车 间的 工艺 设 计及 相 关 配套 设 施 的介 绍 ， 希 望 能 对 相 关 企 业 带 来 帮 助 。 2工 艺 设 计 2 ． 1工 艺 流 程 大型 自由锻 造液 压机 车间 以下 简称 “ 液压 机车 问 ” 的 工 艺 流 程 相 对 简 单 ， 主 要 为 钢 锭 一 加 热 一 锻 造 镦粗 、 拔 长 一 热处 理一取 样一 粗 车 。 液压机 车 采 用该 种装 炉方式 已成 为锻 造行业 的发 展趋 势 。锻 造 的主 要工序 为镦 粗和 拔长 ，为 了反映 锻件 的变形 程 度 ， 引入 了锻造 比 K 的概念 ， 它是 工程 上 常用 的 变 形 参 数 。典 型 锻 件 的 锻 造 比 见 表 1 。 表 1 典 型锻 件 的 锻 造 比嘲 锻件名称 计算部位 总锻造 比 碳 素钢轴合金钢轴 最大截面 2 ． 0 ～ 2 ．5 2 ．5 ～ 3 ．O 热轧辊冷轧辊 辊身 2 ． 5 ～ 3 ． O 3 ．5 ～ 5 ． O 船用轴 法兰 轴身 1 ．5 ≥3 ．O 水轮机空心轴 法兰 轴身 1 ． 5 ≥2 5 曲轴 曲拐 轴颈 ≥2 ．0 ≥3 ． O 模块 最 大截面 ≥3 ．0 汽轮机转子发 电机转子 轴 身 3 ．5 - 6 ．0 汽轮机 叶轮涡轮盘 轮毂 轮缘 4 ．0 ～ 6 ．0 6 ． 0 - 8 ． 0 航空用大锻件 最大截面 6 ． 0 ～ 8 ． 0 大 锻件 形 体 尺寸 大 ， 缺 陷多 ， 内应力 大 ， 温 度分 布 不均 匀 ， 结 晶 、 相变 复 杂 ， 内部 热扩 散 及 氢气 扩散 困难 。 所 以 ， 冷却 和热处 理方式 多 ， 周期 长 、 工 艺过程 复杂 l 2 l 。 其热 处理方 式 主要包 括锻后 冷却 、 退火 低温 退 火 、 中 间退 火 、 完全 退 火 、 等 温 退 火 等 、 正 火 、 回 火 、 调 质 ， 还 有 等温 冷 却及 起 伏 等温 退 火等 ， 具 体 热 处 理工 艺根据 不 同锻件 的要求 而定 ， 本 文不再 赘述 。 热 处 理 后 的 锻 件 一 般 取 样 检 测 物 理 性 能 ，如 果 需 要 还 可 以完 成粗 车 的工序 ， 为下 一道半 精加 工 、 精 加工 做好 准备 。 2 ． 2工 艺布 置 2 ． 2 ． 1设 备 选 型液 压 机 车 间 主 要 设 备 为 自 由 锻 造 液压机 和工 业炉 。液 压机 的最 大压力 及其辅 助 设备 由钢锭 的重量 、 材 质决 定 ； 而锻 造液压 机 的数 量 配置 情况 由大 型 锻件 的生 产 纲领 决定 。 同样 ， 工 业 炉 的载 重量 、 工 作 温度 升 温速 度 、 工作 尺 寸等 由锻件 的重 量 、 材 质 、 尺 寸 、 排 料 方式 等决 定 。另 外 ， 需 要特 别 注 意 的 是 压 机 的 配 置 能 力 必 须 与 工 业 炉 的 配 置 能 力 匹 配 ，否则 配 置低 的设 备将 制 约整 个液 压 机 车 问的 锻 件 生 产能 力 。 另 外 ， 作 为 车 间 的运 输 操 作 设 备 同样 起 着 关 键 的作 用 ，如果 这 些 配套设 备 的 能力 不足 以满 足 车 间大 型锻 件 运输 或锻 造操 作 的要 求 的话 ，他 们 也会 成 为车 间产 能提 升 的瓶 颈 。液压 机 车 间设 备 的配置 在 锻 压行 业 已形 成 了一个 经验 性 的 总结 ， 详见 表 2 。 2 ． 2 ． 2工 艺 布置液 压机 车 间 的典型 布置 有 两种 方 式 ， 如 图 l a、 b所 示 。 图 l a液 压 机 车 间 由 主跨 锻造 工 段 和 炉 子 披 屋 跨 炉子 工段 双跨 组 成 。这 种 布置方 式 的优 点 如 下 表 2 液压机锻造能力及配套设备翻 液压机 镦粗最 大钢锭 拔长最大钢锭 操作 机 锻造起重机 、 翻料机 运输起重机 加热炉 热处理炉 备注 公称压 重量 平均对 重量 平均 对 起重量 倾 翻力矩 △ 起重量 台 起重量 △ 炉底 总面积 炉底总面积 臼 口 力， MN ／ t 颈／ ram ／ t 颈／ ra m ， t ， k N m 数 ， t 数 ／ t 数 ／ 口／ 台数 I E] I 台数 8 2 ． 5 4 98 5 6 3 4 5 l o o 1 1 5 ／ 3 1 2 4_3 ／ 2 3 0． 2 5 ／ 3 1 2 ． 5 5 6 3 4 8 7 5l l 0 2 5 0 l 2 0 ， 5 1 50 ／ 1 O l 3 6 ． 4 5 ／ 3 6 7．5 6 ／ 3 8 0 ／ 3 O 1 5 0 ／ l O l 翻料机 自 2 5 2 4 1 0 6 3 4 9 1 4 0 6 l 0 - 2 0 2 5 0 - 5 O 0 l 1 0 3 ／ 5 1 保温 l 2 O ， 4 6 0 l 3 O ， 5 1 重 1 0 t 8 0 ／ 3 0 1 5 0 ／ 1 O 2 翻料机 自 3 0 3 2 l 1 7 9 5 2 1 4 0 6 2 0 - 4 0 5 0 0 ～ l o 0 O l 1 2 2 1 5 1 保温 l 4 6 ．2 5 ， 4 6 5 1 重 l ot 1 5 O ／ 5 0 ／ 1 0 2 1 5 0 ／ 3 0 1 翻料机 自 6 0 6 0 1 4 9 6 l 3 0 1 9 8 6 5 0 ～ 8 0 l 3 0 0 ～ 2 0 o O l ～ 2 2 3 0 ．．4 2 1 7 1 保温 3 0 6 ．6 ／ 8 l 3 0 2 l 5 o ／ 5 O l 重 2 5 t 3 o 0 ／ 1 0 0 ／ 5 2 2 5 o ， 5 0 1 翻料机 自 1 2 0 1 5 0 2 l 0 5 3 o o 2 4 0 4 1 0 0 ～ l 5 O 2 5 o o ～ 3 5 o 0 l ～ 2 3 3 3 ．8 ／ 5 1 保温 3 9 3 ．6 ／ 6 2 5 0 2 重 6 4 t 注 表中所列镦粗、 拔长的重量适用于碳素结构钢或低合金结构钢。 对高合金结构钢， 按上表所列尺寸乘以 O ． 8 5 ， 合金工具钢乘以 O ． 7 5 ， 高速 钢及其他硬钢乘 以 0 ． 5 1 。 ⋯ 一 j] 『 圃 挛 ～ 1 1 n●⋯ _ 。 1 I 旨 世 炉 维 修 区 ．一 量 一 生 ． 虫 一 点 一 二 僵 i 炉 ， 、 段 J l 。l l I 一 1 ‘ Il T● l I tm■ ImImI‘ 【 I 警 一 ． J ’ J 锻件后处理区 T I ’ { ． I ’ { ． | 卜 r ] ] ■ 叫 哪 。。 _■■ 毁 日 热I r t 与； 早 I ‘ ⋯ ～ 一 L 锻 造 工 段 ’ _ { l上 _j__ 一～ I ～_ j_ 配 } { _ ～ 加 【 T X4 ＼ ／_ 六 一 三 l 一 一 L l 口 广 _ 堕 嘤 l掬 区 。 锻 造 工 段局 部 加 热 区 召 l l 锻 造 区 jd I 八 ， 区 二 ； 田田 水 压 机 水 泵 站 ’ 』 I炉 子 工 段Im mm 一 二 二 L m Jl Ir- L L m I l [ 1 L ． ． ； l I 理 I H l -叫 q r 下 样 ● 加 j 区 隧 校 直 区I 厂 处 ； ● 1 r寸1r 水压机 一 泵 站 L l E ] 亡 料 区 取 蓐 黥 {擗l 校直区 I ftL 二 - J■ 删 圳 L J ■ l删 b 图 1 典 型工艺 布置图 电间 1 烟 道 较短 ， 烟 囱抽 力 损失 较 少 ， 可 降低 炯 囱 高度 ， 减少 土建投 资 ， 同时 又能保证 排炯 顺 畅 。根 据 经验 ，大型 自由锻 造液 压机 车问 的最 长炯 道不超 过 4 0 m， 否 则 将 会 导 致 烟 囱 高 于 正 常 高 度 3 0 m 左 右 或额外 增设机 械式 抽烟 设施 。而 这种 布置 方式使 炉 尾靠近 厂房外 侧 的烟囱 ， 缩短 炯道 长度 ， 避 免 了设置 超高烟 囱的情 况 。 2 公用设 施管 线较 短 。 【丰 I 于液压 泵站 在厂房 的 一 侧 ， 这 给循 环水 池 、 冷 却塔 的就 近设 置 带 来方 便 ； 压 机 配 电 的 管 线 也 是 同 样 道 。 较 短 的管 线 带 来 较 小 的路损 和较 少 的投 资 。 当然 ， 这一 布置 方式也 有缺 点 ， 当液压 机 配置 的 数量 较多 时 ， 将会 造成 厂房 的 长度加 大 ， 从 而 可能导 致 整 个 厂 区 的 物 流 不 顺 。 在 这 种 情 况 下 就 出 现 了 网 1 b的 布 置 方 式 。这 种 布 置 7 Y -- 般 由两 个 锻 造 丰跨 和一 个炉 子跨共 j跨组 成 ， 其优 点如下 1 工 业 炉 机 群 式 布 置 ， 便 于 集 中控 制 。 2 可 以有效 缩短 厂房 的长度 ， 便 于液 压机 厂房 在 整个 厂 区的布置 。 3 为不 同压机 共享 同一 个泵 站提供 了便 利 ， 减 少 了设备 投资 和 占地 面积 。如 中所示 的锻造 r段 与 后 处 理 工 段 的 两 台 水 压 机 就 是 共 用 一 个 泵 站 。 这 种 布 置 方 式 的 缺 点 如 下 1 烟 道 较 长 ， 烟 囱 抽 力 损 失 多 ， 排 炯 不 利 ； 炯 道 过锻 造跨 时容 易与设 备基础 打架 ，给 没计 及施 _ I 带 来不便 。 ‘ 2 公 用 设 施 管 线 较 长 ， 并 且 地 下 管 线 也 同样 可 能 存在 与其他 设备 基础 打架 的情况 ，管 线设 计及 施 工 都 比较 麻 烦 。 2 ． 2 - 3 设 备布 置应 当注 意的事 项 1 工 业 炉 布 置一 I 业 炉 的 布 置 影 响 到 厂 G- 的 跨度 、 柱距 甚至 主跨 的轨顶标 高 ， 见 冈 2 。1 业 炉仲 到 炉 子 披 屋 跨 的 长 度 及 其 预 热 器 、 风 机 、 炯 道 俐 门 等 的布置 方式将 直接 影 响到炉 子披 屋的跨 度 ；炉体 的 高度 以及维修 空 问将决 定炉 子披屋 维修 起重 机 的轨 顶高度 。 另外 ， 炉 头伸 到主跨 的长 度 。不得 大于起 重 机 吊钩死点 到 轨道 距离 b ，否则 运行 中的 吊钩很 可 能 与 炉 『 J 或 炉 头 冲 撞 ， 造 成 生 产 事 故 。 炉 门起 升 后 的 高 度 h 不得 大于 吊钩 最 高点 标 高 h ， 否 则炉 门起 升 时起 重机 不能顺 利 运行 。在炉 门的正上 方不 应设起 重 机 的操 作 摩 ， 否 则 不 但 ] 业 炉 装 出 料 不 方 便 ， 而 且 炉 时 的 高 温气 流 对 司 机 的 身 心 健 康造 成 极 大危 害 图 2 设备一 厂房位置关系图 2 液 压机 布置 自由锻造 液压 机 的的布 置 针 对 泵站 的布置 比较 复杂 ， 主要分 为全 地下 布置 和半 地 上 置 两 种 方 式 。 全 地 下 布 置 时 ， 液 压 机 泵 站 全 部 在地 下， 地 下基础 大且 复杂 ； 这种 情况 下采用 下拉 式 液 压机 ， 地 l _．． 部 分 压 机 的 高度 h ， 就 降低 了 ， 对 厂 房 轨 顶标 高 的要求也 降低 。 当采用 半地 上式 布置 时 ， 液 压 泵站不 在压 机基 础 内部而 在半地 上 ，泵站 应 当本 着 各种公 用管 线 的走线最 短 、 最方便 的原 则设 计 ； 这 种情 况下 一般采 用 的是 传动 式液 压机 ，地 上部分 液压 机 的 高度 h 就 较高 ， 对 厂 房轨 顶标 高 的要求 也 较高 。无论 哪种 情况 ， 厂房 主跨 的跨度 、 轨 顶标 高必 须满足 设备 布置 的要求 。各种 吨位 的液压机 厂房 配 套 见表 3 1 。 表 3 自 由锻 造 液 压 机 厂 房 配 套 表 液压机吨位I NN 8 l 2 ．5 l 6 2 0 2 5 3 I ． 5 6 0 8 0 l 2 5 主厂房跨 度／ m 1 8 l 2 ～ 2 l 2 】 2 4 2 1 ～ 2 4 2 4 2 4 2 7 ～ 3 0 3 0 - 3 3 3 3 ～ 3 6 披屋 炉子跨 跨度， m 9 l 2 1 2 l 2 1 2 ～ l 5 2 l ～ 1 5 2 l ～ 2 4 2 4 2 7 2 4 ～ 3 O 主厂房轨 顶高／ m 9 ～ l 0 l 0 l 0 1 O 1 3 ～ l 4 1 4 1 8 1 9 2 l 披 屋 炉子跨 轨顶高／ m 8 8 8 6 ～ 8 8 8 l 0 l 2 1 4 生 产方 式 ，天然 气作 为清洁 能源 已广 泛应用 于工业 3公 用 配 套 设 施 生 产 。 大 型 自由锻造 液压 机车 间 的公 用 配套设 施 主要 3 ． 2压 缩 空 气或 氮 气 在 锻 造 车 间是 不 可或 缺 的 动 有燃 气 、 循环水 、 压 缩空 气或 氮气 、 高低 压电源 等 。 力 气体 。 压 机 的充液 罐间 断性用 气 ， 保 证压 机能正 常 3 ． 1现 在 的 锻造 车问 已经 摒 弃 了 以煤 作 为 燃 料 的 r 作 。 卜一 6 6 文 章 编 号 1 6 7 2 01 2 1 2 0 1 0 0 2 0 0 6 7 0 3 麓 田 大 型 锻 件 几 种 常 见 缺 陷 的 防止 方 法 江 荣 华 杭 州 前 进 齿 轮 箱 集 团股 份 有 限 公 司 ， 浙 江 杭 州 3 1 1 2 0 3 。 摘 要 介 绍 了所在 公 司生产 的大 型锻 件 在锻 造 、 热处 理 以及 炼钢 中产 生 的缺 陷 ， 分 析 了产 生机 理 ， 提 出 了 防止 方 法 。 关 键 词 机 械 制 造 ； 缺 陷 ； 大 型 锻 件 ； 分 析 中 图 分 类 号 T G3 1 6 文 献 标 识 码 B 1前 言 锻件 质 量 与原材 料 质量 对大 型锻 件 来说 即钢 锭 质 量 、锻 造 工 艺 及 热 处 理 工 艺 有 着 密 切 关 系 。 2 0 0 6年 1 2月 以来 ，我 公 司 对生 产 的大 型锻 件 中 的 收稿 日期 2 0 0 9 一 l l 一 2 9 作者简介 江荣华 1 9 7 0 一 ， 男， 工程师， 从事锻压工艺设计等工作 6 2 8件进 行 了超 声 波 探 伤 ，其 中有 1 2 0件存 在 不 同 的缺 陷 ， 占探 伤 件数 的 1 9 ％。这些 缺 陷 主要有 内部 组织 偏 析 、 夹杂 6 0件 ， 占 5 0 ％； 白点 l 0件 ， 占 8 ． 3 ％ 粗 晶 3 1件 ， 占 2 6 ％； 表 裂 7件 ， 占 5 ． 8 ％， 其余 还 有 因 折叠 、 内裂 、 龟 裂 、 钢 锭 沿 横 断 面 裂 或者 因组 织 不合 要 求 而报 废 的 。 此 外 ， 轴承 钢 因 网状 碳 化物 超级 等也 造成 一些 锻件 报 废 。 3 ． 3大 型 自由 锻 液压 机 管 道 中的 工 作 液 体 长期 在 高压 、快 速工 况下 工 作 ，温度 升 高快 ，当 温度 超 过 6 0 C 1 ， 液 压 系 统 就 不 能 正 常 工 作 。 因 此 ， 要 对 工 作 液 体实 施 冷却 ， 冷却 液 体一 般 要求 为 清洁 软 水 ， 条件 不 具备 时 可使 用 干净 的江 河水 。 3 ． 4大 型压 机 泵 站 往 往 配 备 的有 高压 1 0 k V 电机 和低 压 3 8 0 V 电机 两种 ， 总安 装 功率 很 大 。因此 ， 锻 造 车 间需 要 专设 高 低 压 变 电间 、 配 电间 。 4结 语 大 型 自 由锻 液 压 机 车 间 的 设 计 是 一 项 复 杂 的 工 程 。 本 文 通 过 分 析 液 压 机 车 间 工 艺 设 计 领 域 应 当 注 意的 问题 并 简要 介绍 相关 公用 配 套设 施 ，使 读者 对 液 压 机车 问 的工 艺设 计有 一个 清 晰 的认识 。 【 参 考 文献 】 [ 1 ] 陈柏金 ，黄树槐 ，熊晓红 ．旧式水压机 C NC改造．锻 压技术 ， 2 0 0 8 ， 3 3 1 1 0 6 1 0 8 ． 【 2 】 王仲仁， 皇甫骅， 辛宗仁， 等． 锻造． 锻压手册【 M] ． 北京 机械工业 出版社 ， 2 0 0 2 ， [ 3 ] 俞新陆， 何德誉， 等． 锻压车间设备． 锻压手册【 M] ． 北京 机械工业 出版社 ， 2 0 0 2 ． 【 4 J4 机械工 业第 一设计 院 ， 洛阳设计院编． 锻压车间设备选用 图册． 北 京 机械工业 出版社 ， 1 9 7 7 ． Ana l y s i s o f Pr o c e s s De s i g n f o r He a v y Fr e e Fo r g i ng Pr e s s W or ks ho p LV Zeng yi n N o ． 1 d e p t ． ， No ． 6 I n s t i t u t e o f P r e c t P l a n n i n g Re s e a r c h o f Ma c h i n e r y I n d u s t r y， p r o c e s s d e s i g n o f h e a v y f r e e f o r g i n g wo r ks h o p ． K eyw ords Fr ee f o r gi ng；Hydr a ul i c pr e ss WO