李 雪 秦红付 宋现洲

(1.中信重工机械股份有限公司，河南471039；2.洛阳矿山机械工程设计研究院有限责任公司，河南471039)

大型水轮机主轴锻件是水利发电机组中重要零部件，其工作环境差，技术要求十分严格。公司签订了1套大型水轮机主轴上、下法兰锻件，其中上法兰锻件零件重量37.7 t，零件尺寸如图1所示。该锻件法兰直径3210 mm，总高2305 mm，属于带法兰薄壁高圈，单一地按照传统高圈锻造，锻件毛净比非常大。因此，针对此件上法兰锻件尺寸，结合现有的工装辅具，采用芯棒拔长+台阶精扩的锻造方法，成功锻造出端部带法兰的高圈锻件，零件的毛净比低至1.48。

1 技术要求

水轮机主轴用上法兰锻件，材质为20Mn5，化学成分及取样要求均按照EN 10250-2标准执行。因此，主轴上法兰锻件需两端取样，法兰端在螺栓孔套取纵向试棒，另一端套取切向试样，距端面90 mm处取一拉三冲试样。其具体技术要求如下：

(1)化学成分要求见表1，为保证锻件力学性能，同时结合其取样深度，在材料的合金成分及碳当量上进行了相应的调整。

(2)锻件的超声检测按EN 10228-3:2016标准3级验收，锻件不允许有裂纹、夹层、白点、疏松等缺陷。

(3)力学性能要求需符合表2规定。

图1 主轴上法兰锻件零件尺寸图Figure 1 Dimension drawing of flange forgings on spindle

表1 20Mn5钢化学成分要求(质量分数，%)Table 1 Chemical composition requirements of20Mn5 steel (mass fraction, %)

表2 锻件力学性能要求Table 2 Mechanical properties requirements of forgings

2 主轴上法兰锻件锻造工艺分析及优化

2.1 传统锻造工艺方案

从图1分析，主轴上法兰锻件的法兰直径较大，总高度低于法兰直径，根据环圈类锻件的生产经验，通常采用包络法锻造，主要工序流程是：