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。

4）、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。

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。