工艺基础知识

工艺基础知识锻造就是利用金属材料的塑性，在压力作用下使材料发生变形，得到所需的形状的工艺过程。大致可分为自由锻，模锻两大类。模锻根据所使用的设备又可分为锤上模锻、热模锻压力机和平锻机上模锻等，根据锻造成形时的温度可分为冷、温、热模锻工艺。我厂设备主要采用的是锻压力机和平锻机两大类，成形温度为高温（1220~1250℃），既热模锻工艺。我厂锻件生产的工艺过程一般如下：下料—加热—锻造成形—热处理—锻后处理—检查入库。第一节下料与加热下料与加热是热模锻成形前两个重要的坯料准备环节。一、锻造下料进厂原材料一般为6米长料或倍尺长料，生产时需将其剪切（或锯切）成工艺需要的长度，即下料，我厂是在备料车间进行的。1、剪切下料在剪床上通过剪刀片的作用力，当剪切应力超过材料的剪切强度时，材料发生断裂。图2-1是剪切下料示意图。剪切下料的优点是效率高，操作简单，断口无金属损耗，模具费用低。缺点是坯料被局部压扁，端面不平，剪断面常有毛刺和裂纹小截面的低、中碳钢及其低合金的结构钢，可在常温下直接剪切，即冷剪；对截面较大的低、中碳钢及其低合金的结构钢，为降低剪切力，通常将坯料加热到蓝脆区（250~350°C）剪切，即热剪；对于高碳钢和合金钢，为防止剪切端面产生裂纹，应加热到350°C以上剪切。我厂的下料加热的方式是工频加热。剪切下料要注意以下几个方面的调整：1）、根据坯料直径正确选用设备及剪刀片，设备吨位必须大于坯料剪切所需的力。在我厂为工艺部门确定。2）、定尺的调整，以保证下料长度；检查时以小面长度为准，过小会导致锻件充不满而产生非平废品，过大造成材料不必要的浪费。3）、剪刀片间隙的调整端面质量与剪刀片的间隙（见图2-1）密切相关，当间隙等于坯料厚度的2%~4%时，可获得较好的剪切断口。表2-1是冷态剪切一般结构钢时的间隙选择范围。热剪时应随预热温度的增高适当减小间隙值，剪切方料时间隙值也应适当减小。表2-1冷态剪切一般结构钢时的间隙选择范围坯料直径/mm2020~3030~4040~5050~60间隙/mm0.4~0.80.5~1.20.8~1.61.2~2.21.5~2.5坯料直径/mm60~8080~100100~120120~150150~180间隙/mm1.8~2.82.0~3.22.5~3.83.0~4.57.0~12.04）、加热温度的控制。剪切下料端面缺陷的产生原因，防止办法和后果分析见表2-2。表2-2剪切下料的常见端面缺陷缺陷种类产生原因防止办法后果分析处理办法搭头及毛刺较大间隙过大剪切温度过高调整间隙降低剪切温度压入锻件本体形成折纹打磨后使用端面裂纹，多在剪切之后一段时间后自然产生剪切温度过低刀片刃口半径过大提高剪切温度减小刃口半径在锻件上留下致命缺陷--裂纹裂纹件不得使用端面呈鸡心形凸起或凹进剪切温度过高降低剪切温度在锻件表面形成折纹打磨后使用端面两侧崩碎剪切温度过低剪切间隙过小提高剪切温度调整剪切间隙在锻件表面形成折纹打磨后使用剪切斜度过大剪切间隙过大调整剪切间隙影响加热推料影响镦粗制坯2、我厂其他的下料方法：除常用的剪切下料外，还有用切管机的切削下料，用高速带锯和圆盘锯的锯切下料两种下料方式。总的特点是下料精度高，端面平整。但突出的不足在于生产效率低，锯口（切口）损失大，工具费用高。主要用于管材的下料，高速带锯和圆盘锯也可用于对坯料精度要求较高的特殊锻造工艺，如闭式锻造和精锻的小批量下料。二、锻造加热1、加热的目的，要求与方法加热的目的是将坯料加热到奥氏体区，以提高金属塑性、降低变形抗力。锻造温度范围的确定原则是：要求钢在该温度范围内具有良好的塑性和较低的变形抗力，能获得较细的晶粒组织，加热温度一般比铁-碳合金图的始熔线（A-E线）低150~250℃。因我厂锻造用原材料的含碳和合金量的变化不大，所以工艺规定的加热温度基本上是：1220~1250℃，检验方法目前主要是目测，红外测温仪巡检。目测的原理是根据钢在不同的温度范围，其颜色是不一样的，上叙的温度范围对应的坯料颜色是亮黄色。我厂主要的加热方法是中频感应加热，在反修和极少量锻件的生产中采用油炉加热，中频感应加热的优点在于加热速度快，生产率高；加热温度稳定，锻件表面质量好。2、加热缺陷金属加热过程中，随温度的升高会发生一系列的物理、化学变化，其结果会产生一些加热缺陷，主要包括：氧化、脱碳、过热、过烧，裂纹等。1）、氧化与脱碳氧化与脱碳在加热过程中是不可避免的。氧化就是加热过程中金属表面的铁与氧化性气体（我厂主要是空气中的氧气）发生的化学反应，在坯料表面生成氧化皮，又称火耗，我厂一般为1~2%；脱碳是指在高温下，金属表层的碳向外扩散，与氧气发生反应，使钢表层的含碳量减少的现象。氧化与脱碳程度与炉气成分、坯料的加热温度、加热时间、钢的化学成分有关。我厂采用的中频感应加热，炉气成分就是空气，且加热速度快、加热时间短，相对于油炉、煤炉来说，其氧化与脱碳的程度应是较小的，如油炉的烧损达到3~5%，说明其氧化程度是很严重的，是一种较先进的锻造加热方式。2）、加热裂纹主要在加热导热性能不好的高合金材料时产生，我厂目前的锻造加热不会出现。3）、过热是指因为加热温度过高，且有一定的高温保温时间，导致奥氏体的晶粒的急剧长大的现象。通常将使钢的晶粒开始急剧长大的温度称临界长大温度，当加热温度不超过这一温度时，加热时间对晶粒粗化的影响并不大，故不得使坯料在高温（炉内）长时间保温。过热件在锻造冷却后晶粒仍然较粗大，且当过热严重时，亚共析钢冷却时由奥氏体分解形成魏氏组织，这都会导致零件的强度和冲击韧性降低。是严禁出现的加热缺陷之一。过烧就是因加热温度高到接近熔点并在该温度长时间保温，或已达到熔点，导致金属发生局部的晶界熔化或局部金属烧熔的现象。同样是致命的加热缺陷。过热过烧都会严重影响锻件的机械性能，且在下道工序不易检查出，所以加热时应注意防止过热、过烧的产生，尤其是要杜绝过热过烧件流入下一道工序。3、加热过程中的控数控制和注意事项加热过程中要注意控制的参数包括：加热节拍，电流电压等。要求是保证加热温度，不产生过热过烧和低温件；且要与主机的锻打速度一致，不得使主机积料和等料现象。加热过程的注意事项：1、核对坯料材质和规格，防止混料。2、检查坯料表面质量，不得有裂纹、划伤。3、选择合适的感应器规格，感应器过大，会导致加热速度降低，坯料氧化严重等问题。4、注意坯料端面斜度大小的区分，平锻加热斜度大的一端，机锻应将斜度方向放得一致。第二节模锻成形过程模锻成形是锻件生产的重要环节，一般包括制坯、预锻、终锻、切边（冲孔），热校正等内容。我厂的模锻成形是在轻锻、终锻、前梁、平锻四个锻打车间内完成的一、热模锻压力机工作特点及对应的模锻工艺特点1、我厂锻压机组的构成我厂锻造设备主要分为热模锻压力机和平锻机大两类，机组组成分别为：主机是热模锻压力机的机组，简称机锻，一般机组构成是：中频加热机床、热模锻压力机、切边压床，由于辊锻制坯的需要，部分设备在加热床与主机之间有辊锻机，万吨线在压床之后增加了一台液压校正机。由于余热淬火和非调质刚的应用，部分机组有余热淬火右槽或控温冷却线。我厂锻压机的最小吨位为18MN，最大为120MN。主机是平锻机的机组，简称平锻，一般机组构成是：中频加热机床、平锻机。我厂平锻机的最小吨位是3.15MN，最大是16MN。平锻的各个工步（包括聚料、成形、热切边）都是在主机上完成的。2、热模锻压力机与模锻锤相比有如下特点：1）、滑块在施压工作区速度低(0.3~1m/s)，施加给锻件的是静压力。因而金属水平方向流动剧烈，填充方向流动困难。通常需采用预锻工步且使终锻尽量以锻粗方式成形。模具所受冲击载荷小，可以采用镶块组合结构。2）、滑块行程固定。因而不便于进行拔长、滚压等制坯工步，对截面面积变化较大的锻件，需在其它设备(如辊锻机、平锻机、电镦机)上制坯。3）、由于滑块行程固定且变形力由机身承受，因而没有锤上模锻承击面的概念，且上、下模间必须留有间隙，一般为飞边桥部高度。4）、由于热模锻压力机有上、下顶料装置，可以采用比锤上模锻更小的模锻斜度以提高锻件精度。5）、导向良好，承受偏截的能力强，因而一般可以主机上安排3~4个工步。3、热模锻压力机的优缺点热模锻压力机的优点是：模锻件精度高，易实现机械化操作，对操作工人技术水平要求较低，劳动强度低，劳动条件好，设备震动小，噪声低等。主要缺点是：1.一次投资费用大，约为模锻锤的4~5倍。2.不易制坯。二、制坯制坯就是使原简单形状的坯料发生变形，使其接近锻件分模面的大致形状和满足各部分对金属的需求量变化的要求。制坯方案是否合理，制坯后坯料与锻件的接近程度的高低，对锻件的成形过程及其材料利用率都有很大的影响。1、我厂常见的制坯方法我厂常见的制坯方法有：镦粗、压挤、辊锻、压弯、压扁。镦粗：齿轮件生产时常采用镦粗工步，其作用是增加坯料截面积，减小坯料高度；另外还可以有效地除去坯料表面氧化皮。根据锻件特点，有时只是对坯料进行局部镦粗，称成形镦粗。压挤：其作用是沿轴线方向合理分配金属，多用于轴类件的生产，与拨长不同的是坯料只压1~2次，因而只能应用于截面面积变化不大的锻件。有时为使压挤后坯料更接近锻件，在压挤模上直接作出锻件大致形状，称为成形压挤。辊锻：其作用是沿轴线方向合理分配金属，多用于截面面积变化较大的轴类件的生产，如连杆锻件和各种臂类件的生产。辊锻需在专用的辊锻机上进行。辊锻时应注意防止产生毛刺和辊锻折纹。压弯：原始坯料的轴线总是直的，如锻件在水平投影面上是明显弯曲形状，则需采用压弯工步。压扁：即采用两平板对坯进行径向压缩，目的是增加坯料宽度，以覆盖型腔，防止产生折纹。整体压扁后再局部压扁常用于叉形锻件的生产。2、制坯的操作、调整要点：模具安装为了节约模具材料，减小模具重量，制坯模的封闭高度是变化的，因此所有的制坯模在模具安装前时要测量意模具的封闭高度，更换相应的垫板。操作要点锻压机相对与模锻锤的操作简单，主要的要求就是坯料要摆放、定位好，防止压偏。压挤操作在一次下压后，坯料要转动90度后再压一次。在成形镦粗和成形压挤时，要注意及时清理型腔内堆积的氧化皮，否则会导致锻件的充不满问题。对于辊锻，每次辊锻后需将坯料转动90度后辊下一次，且每道辊锻需轴向定位好，因每次辊锻后坯料要延长，所以每道的定位点均要调整好。辊锻时要注意防止辊锻毛刺的产生。调整要点辊锻的调整顺序为：先调整好始辊角度；然后封闭高度调整，以保证辊坯直径为主，同时适当考虑辊锻毛刺问题；如有必要，对辊锻模进行修理，消除辊锻毛刺；最后根据个道的伸长量调整各道的轴向定位块。对于成形压挤，要注意调整错差问题，其他的制坯方式则一般不需要进行调整。三、预锻和终锻预终锻是锻件成形过程的重要过程，基本上决定了锻件的最终质量。受设备保证能力、模具质量状况和操作水平等因素的综合影响。1、终锻终锻用于锻件的最终成形，生产时应注意锻件的充满、折纹、错差状况和厚度尺寸。终锻的操作、调整要点如下：1）为防止出现批量不合格品，应对终锻后的锻件进行认真的自检（包括首检和中检），发现锻件错差或其他质量问题时，应立即停止生产、分析问题产生原因，调整和修理模具。2）、在模锻工步操作过程中，如终锻温度过低，变形力太大时会发生压力机闷车现象，严重时会损坏模具及设备。当闷车发生在下死点之前，可反车提起滑块，如反车不能解决或在下死点之后闷车，就只能用气割破坏模具。3）、合理配比水和石墨的比例，并及时冷却、润滑模具，使锻件能更好地出模和提高终锻模寿命。4）、注意锻件的摆放定位，放偏会导致锻件的充不满和折纹。锻件经制坯、预锻后一般能顺利进入终锻型腔，但当预锻与终锻相差较大时，难以自然定位，就要注意定位问题。5）、模具的凸出部位，因与锻件的接触时间长，接触面积大，生温快，容易产生变形，而影响锻件质量，应随时进行修理。6）、锻件的厚度尺寸是由模具和设备的封闭高度决定的，其中设备的封闭高度是可以调整的，生产时应将将锻件的厚度尺寸调整到中间值附近，但刚开始生产时，因模具温度低，锻件厚度尺寸应比中值稍微大一点。7）、锻件锻后应及时出模，防止模具过热。