大型熱模鍛錘事故分析

圖1

        1．斷裂狀態
        仔細檢查錘的閉合高度、導軌距離和同心度，都在規定范圍內；錘桿的材料為35CrMo，其化學成分、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技術要求；斷口形態有明顯的三個區域，即裂紋源、貝殼狀的裂紋擴展區和瞬鍛區，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單向彎曲導致疲勞斷裂。因此，仔細檢查錘的基礎，發現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，錘桿緊箍面受壓應力，而交界線上則受拉應力，與彎曲應力疊加，形成很大的應力峰值，產生疲勞裂紋源，裂紋在反復彎曲中擴展。
為了節省蒸汽，大型模鍛錘設計上采用配汽滑閥與節流旋閥聯動的控制方式，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，使錘桿表面產生壓應力，以抵消錘桿可能彎曲出現的拉應力。
        二、燕尾脫落
        1．脫落狀態
        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。在鍛造生產中，模鍛錘燕尾溝槽部分出現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，鍛造偏擊會導致燕尾溝槽產生裂紋并逐漸擴展。因此燕尾溝槽是處于應力峰值點。
        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，操作全憑經驗。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，形變抗力非常大。模鍛錘的破壞，多出現在此階段。
        三、鍛模破斷
        1．現象
        16t模鍛錘鍛造傳動盤時，錘在下擊時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配件，發現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，發現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，在燕尾根部產生很大的彎曲應力。合理的連接方式應使錘頭、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，其模具設計、安裝調試、操作方式和配件加工中的一些不符合規范的細節，都會造成設備的破壞。因而大型模鍛錘受力的均衡性及運行的平穩性是保證設備正常工作的關鍵。