大型熱模鍛錘事故分析

圖1

        1．?dāng)嗔褷顟B(tài)
        仔細檢查錘的閉合高度、導(dǎo)軌距離和同心度，都在規(guī)定范圍內(nèi)；錘桿的材料為35CrMo，其化學(xué)成分、非金屬夾雜物、低倍冶金缺陷均符合國家標準，金相組織及硬度也符合相關(guān)技術(shù)要求；斷口形態(tài)有明顯的三個區(qū)域，即裂紋源、貝殼狀的裂紋擴展區(qū)和瞬鍛區(qū)，屬于典型的低周疲勞斷裂。
        2．原因分析
        斷口處有一個裂紋源，為單向彎曲疲勞斷裂，說明錘桿在錘擊過程中曾反復(fù)單向彎曲導(dǎo)致疲勞斷裂。因此，仔細檢查錘的基礎(chǔ)，發(fā)現(xiàn)由于前期使用過短且偏心較大的鍛模，由于打擊力量太大，致使模座一角塌陷。當(dāng)換用長鍛模時，下模燕尾承受面受力不均，每次重擊都造成上、下模傾斜，導(dǎo)致錘桿彎曲。
由于錘桿與錘頭為錐度過盈配合，錘頭緊箍在錘桿上，錘桿緊箍面受壓應(yīng)力，而交界線上則受拉應(yīng)力，與彎曲應(yīng)力疊加，形成很大的應(yīng)力峰值，產(chǎn)生疲勞裂紋源，裂紋在反復(fù)彎曲中擴展。
為了節(jié)省蒸汽，大型模鍛錘設(shè)計上采用配汽滑閥與節(jié)流旋閥聯(lián)動的控制方式，用錘頭上下移動代替錘頭懸空，也加速了裂紋的擴展。當(dāng)剩余連接部分承受不住沖擊力時，便突然斷裂。
        3．解決辦法
        更換模座，盡量少使用短鍛模；盡可能避免偏心打擊；新錘桿安裝前，其連接部分采用深冷滾壓，使錘桿表面產(chǎn)生壓應(yīng)力，以抵消錘桿可能彎曲出現(xiàn)的拉應(yīng)力。
        二、燕尾脫落
        1．脫落狀態(tài)
        16t模鍛錘鍛造直徑500mm車輪鍛擊成形過程中，錘上提時，上模燕尾突然脫落，模具翻落于地。在鍛造生產(chǎn)中，模鍛錘燕尾溝槽部分出現(xiàn)裂紋的情況是比較常見的，裂紋一般走向都是向下的（圖2)，并逐漸擴展。而該裂紋走向則是向上的，在無任何征兆的情況下燕尾突然脫落，且斷口光亮細密。
 

圖2

        對相關(guān)件材料作理化分析，材料為5CrNiMo，燕尾承擊面硬度268一271HB，模具承擊面硬度288－293HB,燕尾溝槽305～309HB。
        2．原因分析
        鍛模與錘頭靠定位鍵、模和墊片在燕尾部位連接，燕尾根部圓角過小，鍛造偏擊會導(dǎo)致燕尾溝槽產(chǎn)生裂紋并逐漸擴展。因此燕尾溝槽是處于應(yīng)力峰值點。
        燕尾回火是在模具整體淬火回火后，再在燕尾回火爐中進行的，由于燕尾回火爐無控制系統(tǒng)，操作全憑經(jīng)驗。從硬度值看，該模具燕尾回火不充分。由于燕尾硬度高，韌性差，且硬度不均勻，在強大沖擊力作用下發(fā)生斷裂。
        在開式模鍛中，模鍛錘的受力主要集中在鍛件成形后期，即當(dāng)金屬充滿型腔后，由于飛邊厚度的進一步減薄和冷卻，橋口摩擦等原因，多余金屬流出橋口的阻力極大，此時變形只局限在分模面附近很小的范圍內(nèi)，形變抗力非常大。模鍛錘的破壞，多出現(xiàn)在此階段。
        三、鍛模破斷
        1．現(xiàn)象
        16t模鍛錘鍛造傳動盤時，錘在下?lián)魰r沿上模燕尾溝槽垂直斷裂，斷口呈階梯式撕裂。脫落部分將下模打裂。將兩部分合攏并分析相關(guān)配件，發(fā)現(xiàn)連接鍛模與錘頭的楔，已嚴重變形，致使楔和鍛模肩之間沒有了安裝間隙。同時作纖維方向試驗時，發(fā)現(xiàn)鍛模流線與打擊方向一致。
        2．原因分析
        緊固方式不合理，模鍛時鍛模肩成為支承面，在燕尾根部產(chǎn)生很大的彎曲應(yīng)力。合理的連接方式應(yīng)使錘頭、楔和鍛模肩之間有1.5一2mm的安裝間隙（圖3)，使燕尾成為支承面。
流線與打擊方向一致，致使燕尾溝槽部強度降低，造成垂直斷裂。
由于傳動盤工件薄，橋口高度小，鍛件面積大，變形抗力大。且模鍛錘的行程不固定，主要靠加大行程來增加錘擊力量，進一步加速了鍛模破裂。
 

圖3

        3．解決辦法
        使模塊材料的流線與打擊方向垂直，流線與鍵槽中心線盡量一致。合理安裝鍛模，提高燕尾溝槽加工精度。
        綜上所述，大型模鍛錘的重大事故，都源于鍛造過程中的強大沖擊力，其模具設(shè)計、安裝調(diào)試、操作方式和配件加工中的一些不符合規(guī)范的細節(jié)，都會造成設(shè)備的破壞。因而大型模鍛錘受力的均衡性及運行的平穩(wěn)性是保證設(shè)備正常工作的關(guān)鍵。