一种长轴含孔型转向臂及其精密成型工艺的制作方法

本发明涉及一种长轴含孔型转向臂及其精密成型工艺，属于轮船零部件制造技术领域。

背景技术：

转向臂是动力转向器的关键传动件，为了使转向臂轴能与其它转向齿轮进行啮合，在转向臂轴上需要设置轮齿。目前，很多船舶转向系统的转向臂为长轴含孔型结构，其包括转向臂轴及设置在转向臂轴一端膨大的连接端部，所述连接端部的中部为边缘具有轮齿的内孔。轮船转向臂的工作环境恶劣，尺寸精度要求高，但由于连接端部部分相对转向臂轴的宽度较大，且连接端部的形状极其复杂，锻造成形难度大，成品率低。

然而，长轴含孔型转向臂的传统成型工艺采用圆柱形钢坯直接模锻得到锻件，该工艺良品率较低，连接端部的尺寸精度差，内孔区域易出现缺陷，并且锻件整体的力学性能不稳定。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：为解决现有长轴含孔型转向臂的锻造成形难度大、成品率低的技术问题，提供一种长轴含孔型转向臂及其精密成型工艺。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种长轴含孔型轮船转向臂的锻造工艺，包括如下步骤：

加热：将棒料毛坯使用中频感应加热至1150℃～1200℃；

局部镦粗：将棒料毛坯的一端插进模孔中，另一端进行轴向镦粗处理，镦粗温度控制在1100℃～1150℃，模孔直径满足转向臂转向臂轴所需的尺寸；

压扁：对棒料毛坯的镦粗部分进行压扁矫正，压扁温度控制在1050℃～1100℃，得到预成形胚料；

锻造成形：将预成形的胚料进行锻造成形，锻造成形温度为850℃～1050℃；

冲孔、切边：对锻造成形后的锻件进行冲孔、切边，得到净锻件，温度控制在750℃～850℃；

调质：将净锻件冷却至室温后，再加热到840-860℃，保温2-5小时，淬火，再进行620-680℃回火处理，此操作能够获得致密的组织和良好的力学性能；

喷丸：对调质后的工件进行表面喷丸处理，以去除表面氧化皮，提升工件疲劳强度，制得长轴含孔型转向臂。

优选地，所述锻造包括预锻和精锻，预锻和精锻均为开式模锻，通过预锻得到转向臂外边缘带有飞边的预锻件，通过精锻得到转向臂外边缘带有飞边及内孔带有连皮的终锻件，通过预锻和精锻使锻件整体外形合理成型，连接端部的复杂轮廓部分充填完整。

优选地，所述预锻温度控制在950℃～1050℃，所述精锻温度控制在850℃～950℃。

优选地，所述棒料毛坯包含如下重量份的组分：0.46～0.54wt％碳，0.17～0.37wt％硅,0.50～0.80wt％锰，0.90～1.20wt％铬，0.15～0.3wt％钼，0.85～1.3wt％镍，1.5～2.3wt％钨，0.7～1.3wt％钴，其余为铁。

优选地，对锻件进行冲孔、切边后还包括对净锻件连接端部的内孔进行整形的过程，温度控制在650℃～750℃，整形工艺利用的是锻件余热，无需二次加热，同时能够保证锻件获得较好的整形效果。

优选地，进行镦粗处理的棒料毛坯一端的长度为棒料毛坯总长度的70-80％，棒料毛坯镦粗后的长度为镦粗前长度的75-85％；镦粗工艺采用含有上模和下模的模具，将棒料毛坯竖直插进下模孔中，下模具孔型腔可采用与圆相近形状，如椭圆形、方形等，能够适用于不同截面原材料的需求，上模具可采用平板相近的形状，如带凸台的板等，可以减少锻造上模具受到的应力集中，提高锻造过程的稳定性。

优选地，所述喷丸的丸粒直径为φ0.6-0.8mm。

本发明还提供一种采用上述工艺制备的长轴含孔型转向臂，包括转向臂轴及设置在转向臂轴一端膨大的连接端部，所述连接端部的中部为边缘具有轮齿的内孔。

本发明的有益效果是：

(1)本发明为“下料-中频感应加热-局部镦粗-压扁-锻造-冲孔、切边-整形-调质-喷丸”一体化的长轴含孔型转向臂成形技术，所述锻造进一步包括预锻和精锻，很好地解决了连接端部不易成型以及连接端部内孔难以控制形状的问题，大大增加了成品率，提高了锻件的综合质量，减少了生产成本。

(2)本发明在对坯料一次加热后，采用余热逐步进行压扁-锻造-冲孔、切边-整形等工艺，对每个工序选择合适的温度，减少了加热次数，提高了工件成形效率及精度。

(3)本发明的长轴含孔型转向臂成形工艺中的调质工序，能够使锻件得到较好的金相组织，较均匀的珠光体+铁素体1级、晶粒度8级；本发明还对棒料毛坯的材料进行了设计优化，使最终得到的长轴含孔型转向臂的力学性能良好，具有良好的强韧性匹配，硬度达到22hrc以上，模具长轴含孔型转向臂寿命长。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明长轴含孔型转向臂的结构示意图；

图2是本发明实施例1调质后锻件的金相组织图。

图中的附图标记为：1-转向臂轴，2-连接端部。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

一种长轴含孔型轮船转向臂的锻造工艺，包括如下步骤：

加热：将φ45的棒材锯切为φ45x154mm的棒料毛坯，将棒料毛坯使用中频感应加热至1150℃；所述棒料毛坯包含如下重量份的组分：0.46wt％碳，0.37wt％硅,0.50wt％锰，1.20wt％铬，0.15wt％钼，1.3wt％镍，1.5wt％钨，1.3wt％钴，其余为铁。

局部镦粗：将棒料毛坯的一端插进模孔中，将棒料毛坯由154mm轴向镦粗至124mm，镦粗温度控制在1100℃～1150℃，模孔深度为39cm，模孔直径满足转向臂轴所需的尺寸；

压扁：对棒料毛坯的镦粗部分由45mm压扁到35mm，压扁温度控制在1050℃～1100℃，得到预成形胚料；

预锻：对预成形胚料进行预锻，得到转向臂外边缘带有飞边的预锻件，预锻温度控制在950℃～1050℃；

精锻：对预锻件进行精锻，得到转向臂外边缘带有飞边及内孔带有连皮的终锻件，精锻温度控制在850℃～950℃；

冲孔、切边：对锻造成形后的锻件进行冲孔、切边，得到净锻件，温度控制在750℃～850℃；

整形：对冲孔、切边后的转向臂轮齿进行整形，温度控制在650℃～750℃；

调质：将整形后的锻件冷却至室温后，再加热到840℃，保温5小时，淬火，再进行620℃回火处理；在锻件上取样，经过机械打磨、抛光、腐蚀后，利用光学金相显微镜对其金相组织进行检测，检测结果如图2所示。

喷丸：对调质后的工件进行表面喷丸处理10分钟，采用丸粒直径φ0.6-0.8mm，制得长轴含孔型转向臂(如图1所示)。

实施例2

一种长轴含孔型轮船转向臂的锻造工艺，包括如下步骤：

加热：将φ45的棒材锯切为φ45x154mm的棒料毛坯，将棒料毛坯使用中频感应加热至1200℃；所述棒料毛坯包含如下重量份的组分：0.54wt％碳，0.17wt％硅,0.80wt％锰，0.90wt％铬，0.3wt％钼，0.85wt％镍，2.3wt％钨，0.7wt％钴，其余为铁。

局部镦粗：将棒料毛坯的一端插进模孔中，将棒料毛坯由154mm轴向镦粗至115.5mm，镦粗温度控制在1100℃～1150℃，模孔深度为31cm，模孔直径满足转向臂轴所需的尺寸；

压扁：对棒料毛坯的镦粗部分由45mm压扁到35mm，压扁温度控制在1050℃～1100℃，得到预成形胚料；

预锻：对预成形胚料进行预锻，得到转向臂外边缘带有飞边的预锻件，预锻温度控制在950℃～1050℃；

精锻：对预锻件进行精锻，得到转向臂外边缘带有飞边及内孔带有连皮的终锻件，精锻温度控制在850℃～950℃；

冲孔、切边：对锻造成形后的锻件进行冲孔、切边，得到净锻件，温度控制在750℃～850℃；

整形：对冲孔、切边后的转向臂轮齿进行整形，温度控制在650℃～750℃；

调质：将整形后的锻件冷却至室温后，再加热到860℃，保温2小时，淬火，再进行680℃回火处理；

喷丸：对调质后的工件进行表面喷丸处理15分钟，采用丸粒直径φ0.6-0.8mm，制得长轴含孔型转向臂(如图1所示)。

实施例3

一种长轴含孔型轮船转向臂的锻造工艺，包括如下步骤：

加热：将φ45的棒材锯切为φ45x154mm的棒料毛坯，将棒料毛坯使用中频感应加热至1200℃；所述棒料毛坯包含如下重量份的组分：0.5wt％碳，0.27wt％硅,0.60wt％锰，1.0wt％铬，0.25wt％钼，1.2wt％镍，1.8wt％钨，1.1wt％钴，其余为铁。

局部镦粗：将棒料毛坯的一端插进模孔中，将棒料毛坯由154mm轴向镦粗至131mm，镦粗温度控制在1100℃～1150℃，模孔深度为46cm，模孔直径满足转向臂轴所需的尺寸；

压扁：对棒料毛坯的镦粗部分由45mm压扁到35mm，压扁温度控制在1050℃～1100℃，得到预成形胚料；

预锻：对预成形胚料进行预锻，得到转向臂外边缘带有飞边的预锻件，预锻温度控制在950℃～1050℃；

精锻：对预锻件进行精锻，得到转向臂外边缘带有飞边及内孔带有连皮的终锻件，精锻温度控制在850℃～950℃；

冲孔、切边：对锻造成形后的锻件进行冲孔、切边，得到净锻件，温度控制在750℃～850℃；

整形：对冲孔、切边后的转向臂轮齿进行整形，温度控制在650℃～750℃；

调质：将整形后的锻件冷却至室温后，再加热到850℃，保温3小时，淬火，再进行650℃回火处理；

喷丸：对调质后的工件进行表面喷丸处理15分钟，采用丸粒直径φ0.6-0.8mm，制得长轴含孔型转向臂(如图1所示)。

效果例

根据国标gb/t228.1-2010和gb-t229-2007测试试样室温拉伸及冲击性能，测试结果如表1所示。

表1实施例1-3获得转向臂的力学性能

由表1各实施例产品的力学性能参数可知，该方法制得长轴含孔型转向臂的力学性能优异，具有良好的强韧性匹配。

本发明加热步骤所述的棒料毛坯尺寸，可根据不同锻件的尺寸做改动，以适应不同转向臂的需要；本发明还可以通过改变锻造过程中尺寸及模具参数，以制造不同尺寸的长轴含孔型转向臂。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。