大型热模锻锤事故分析

图1

        1．断裂状态
        仔细检查锤的闭合高度、导轨距离和同心度，都在规定范围内；锤杆的材料为35CrMo，其化学成分、非金属夹杂物、低倍冶金缺陷均符合国家标准，金相组织及硬度也符合相关技术要求；断口形态有明显的三个区域，即裂纹源、贝壳状的裂纹扩展区和瞬锻区，属于典型的低周疲劳断裂。
        2．原因分析
        断口处有一个裂纹源，为单向弯曲疲劳断裂，说明锤杆在锤击过程中曾反复单向弯曲导致疲劳断裂。因此，仔细检查锤的基础，发现由于前期使用过短且偏心较大的锻模，由于打击力量太大，致使模座一角塌陷。当换用长锻模时，下模燕尾承受面受力不均，每次重击都造成上、下模倾斜，导致锤杆弯曲。
由于锤杆与锤头为锥度过盈配合，锤头紧箍在锤杆上，锤杆紧箍面受压应力，而交界线上则受拉应力，与弯曲应力叠加，形成很大的应力峰值，产生疲劳裂纹源，裂纹在反复弯曲中扩展。
为了节省蒸汽，大型模锻锤设计上采用配汽滑阀与节流旋阀联动的控制方式，用锤头上下移动代替锤头悬空，也加速了裂纹的扩展。当剩余连接部分承受不住冲击力时，便突然断裂。
        3．解决办法
        更换模座，尽量少使用短锻模；尽可能避免偏心打击；新锤杆安装前，其连接部分采用深冷滚压，使锤杆表面产生压应力，以抵消锤杆可能弯曲出现的拉应力。
        二、燕尾脱落
        1．脱落状态
        16t模锻锤锻造直径500mm车轮锻击成形过程中，锤上提时，上模燕尾突然脱落，模具翻落于地。在锻造生产中，模锻锤燕尾沟槽部分出现裂纹的情况是比较常见的，裂纹一般走向都是向下的（图2)，并逐渐扩展。而该裂纹走向则是向上的，在无任何征兆的情况下燕尾突然脱落，且断口光亮细密。
 

图2

        对相关件材料作理化分析，材料为5CrNiMo，燕尾承击面硬度268一271HB，模具承击面硬度288－293HB,燕尾沟槽305～309HB。
        2．原因分析
        锻模与锤头靠定位键、模和垫片在燕尾部位连接，燕尾根部圆角过小，锻造偏击会导致燕尾沟槽产生裂纹并逐渐扩展。因此燕尾沟槽是处于应力峰值点。
        燕尾回火是在模具整体淬火回火后，再在燕尾回火炉中进行的，由于燕尾回火炉无控制系统，操作全凭经验。从硬度值看，该模具燕尾回火不充分。由于燕尾硬度高，韧性差，且硬度不均匀，在强大冲击力作用下发生断裂。
        在开式模锻中，模锻锤的受力主要集中在锻件成形后期，即当金属充满型腔后，由于飞边厚度的进一步减薄和冷却，桥口摩擦等原因，多余金属流出桥口的阻力极大，此时变形只局限在分模面附近很小的范围内，形变抗力非常大。模锻锤的破坏，多出现在此阶段。
        三、锻模破断
        1．现象
        16t模锻锤锻造传动盘时，锤在下击时沿上模燕尾沟槽垂直断裂，断口呈阶梯式撕裂。脱落部分将下模打裂。将两部分合拢并分析相关配件，发现连接锻模与锤头的楔，已严重变形，致使楔和锻模肩之间没有了安装间隙。同时作纤维方向试验时，发现锻模流线与打击方向一致。
        2．原因分析
        紧固方式不合理，模锻时锻模肩成为支承面，在燕尾根部产生很大的弯曲应力。合理的连接方式应使锤头、楔和锻模肩之间有1.5一2mm的安装间隙（图3)，使燕尾成为支承面。
流线与打击方向一致，致使燕尾沟槽部强度降低，造成垂直断裂。
由于传动盘工件薄，桥口高度小，锻件面积大，变形抗力大。且模锻锤的行程不固定，主要靠加大行程来增加锤击力量，进一步加速了锻模破裂。
 

图3

        3．解决办法
        使模块材料的流线与打击方向垂直，流线与键槽中心线尽量一致。合理安装锻模，提高燕尾沟槽加工精度。
        综上所述，大型模锻锤的重大事故，都源于锻造过程中的强大冲击力，其模具设计、安装调试、操作方式和配件加工中的一些不符合规范的细节，都会造成设备的破坏。因而大型模锻锤受力的均衡性及运行的平稳性是保证设备正常工作的关键。