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鍛造的基本知識(shí)

更新時(shí)間:2021-12-29      點(diǎn)擊次數(shù):2318

鍛造的基本知識(shí)

法蘭毛坯


鋼的開(kāi)始再結(jié)晶溫度約為727℃,但普遍采用800℃作為劃分線,高于800℃的是熱鍛;在300~800℃之間稱為溫鍛或半熱鍛。


坯料


根據(jù)坯料的移動(dòng)方式,鍛造可分為自由鍛、鐓粗、擠壓、模鍛、閉式模鍛、閉式鐓鍛。


1、自由鍛。利用沖擊力或壓力使金屬在上下兩個(gè)抵鐵(砧塊)間產(chǎn)生變形以獲得所需鍛件,主要有手工鍛造和機(jī)械鍛造兩種。


2、模鍛。模鍛又分為開(kāi)式模鍛和閉式模鍛.金屬坯料在具有一定形狀的鍛模膛內(nèi)受壓變形而獲得鍛件,又可分為冷鐓、輥鍛、徑向鍛造和擠壓等等。


3、 閉式模鍛和閉式鐓鍛由于沒(méi)有飛邊,材料的利用率就高。用一道工序或幾道工序就可能完成復(fù)雜鍛件的精加工。由于沒(méi)有飛邊,鍛件的受力面積就減少,所需要的荷載也減少。但是,應(yīng)注意不能使坯料*受到限制,為此要嚴(yán)格控制坯料的體積,控制鍛模的相對(duì)位置和對(duì)鍛件進(jìn)行測(cè)量,努力減少鍛模的磨損。


鍛模


根據(jù)鍛模的運(yùn)動(dòng)方式,鍛造又可分為擺輾、擺旋鍛、輥鍛、楔橫軋、輾環(huán)和斜軋等方式。擺輾、擺旋鍛和輾環(huán)也可用精鍛加工。為了提高材料的利用率,輥鍛和橫軋可用作細(xì)長(zhǎng)材料的前道工序加工。與自由鍛一樣的旋轉(zhuǎn)鍛造也是局部成形的,它的優(yōu)點(diǎn)是與鍛件尺寸相比,鍛造力較小情況下也可實(shí)現(xiàn)形成。包括自由鍛在內(nèi)的這種鍛造方式,加工時(shí)材料從模具面附近向自由表面擴(kuò)展,因此,很難保證精度,所以,將鍛模的運(yùn)動(dòng)方向和旋鍛工序用計(jì)算機(jī)控制,就可用較低的鍛造力獲得形狀復(fù)雜、精度高的產(chǎn)品,例如生產(chǎn)品種多、尺寸大的汽輪機(jī)葉片等鍛件。鍛造設(shè)備的模具運(yùn)動(dòng)與自由度是不一致的,根據(jù)下死點(diǎn)變形限制特點(diǎn),鍛造設(shè)備可分為下述四種形式:


1、限制鍛造力形式:油壓直接驅(qū)動(dòng)滑塊的油壓機(jī)。


2、準(zhǔn)沖程限制方式:油壓驅(qū)動(dòng)曲柄連桿機(jī)構(gòu)的油壓機(jī)。


3、沖程限制方式:曲柄、連桿和楔機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)滑塊的機(jī)械式壓力機(jī)。


4、能量限制方式:利用螺旋機(jī)構(gòu)的螺旋和磨擦壓力機(jī)。


重型航空模鍛液壓機(jī)進(jìn)行熱試為了獲得高的精度應(yīng)注意防止下死點(diǎn)處過(guò)載,控制速度和模具位置。因?yàn)檫@些都會(huì)對(duì)鍛件公差、形狀精度和鍛模壽命有影響。另外,為了保持精度,還應(yīng)注意調(diào)整滑塊導(dǎo)軌間隙、保證剛度,調(diào)整下死點(diǎn)和利用補(bǔ)助傳動(dòng)裝置等措施。


滑塊


還有滑塊垂直和水平運(yùn)動(dòng)(用于細(xì)長(zhǎng)件的鍛造、潤(rùn)滑冷卻和高速生產(chǎn)的零件鍛造)方式之分,利用補(bǔ)償裝置可順利鍛造出大型盤(pán)類件產(chǎn)品以增加其它方向的運(yùn)動(dòng)。上述方式不同,所需的鍛造力、工序、材料的利用率、產(chǎn)量、尺寸公差和潤(rùn)滑冷卻方式都不一樣,這些因素也是影響自動(dòng)化水平的因素。


重要性


鍛造生產(chǎn)是機(jī)械制造工業(yè)中提供機(jī)械零件毛坯的主要加工方法之一。通過(guò)鍛造,不僅可以得到機(jī)械零件的形狀,而且能改善金屬內(nèi)部組織,提高金屬的機(jī)械性能和物理性能。一般對(duì)受力大、要求高的重要機(jī)械零件,大多采用鍛造生產(chǎn)方法制造。如汽輪發(fā)電機(jī)軸、轉(zhuǎn)子、葉輪、葉片、護(hù)環(huán)、大型水壓機(jī)立柱、高壓缸、軋鋼機(jī)軋輥、內(nèi)燃機(jī)曲軸、連桿、齒輪、軸承、以及國(guó)防工業(yè)方面的火炮等重要零件,均采用鍛造生產(chǎn)。


因此,鍛造生產(chǎn)廣泛的應(yīng)用于冶金、礦山、汽車(chē)、拖拉機(jī)、收獲機(jī)械、石油、化工、航空、航天、兵器等工業(yè)部門(mén),就是在日常生活中,鍛造生產(chǎn)亦具有重要位置。從某種意義上說(shuō),鍛件的年產(chǎn)量,模鍛件在鍛件總產(chǎn)量中所占的比例,以及鍛造設(shè)備大小和擁有量等指標(biāo),在一定程度上反映了一個(gè)國(guó)家的工業(yè)水平。


鍛造用材


鍛造用料主要是各種成分的碳素鋼和合金鋼,其次是鋁、鎂、銅、鈦等及其合金。材料的原始狀態(tài)有棒料、鑄錠、金屬粉末和液態(tài)金屬。 金屬在變形前的橫斷面積與變形后的橫斷面積之比稱為鍛造比。正確地選擇鍛造比、合理的加熱溫度及保溫時(shí)間、合理的始鍛溫度和終鍛溫度、合理的變形量及變形速度對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本有很大關(guān)系。


一般的中小型鍛件都用圓形或方形棒料作為坯料。棒料的晶粒組織和機(jī)械性能均勻、良好,形狀和尺寸準(zhǔn)確,表面質(zhì)量好,便于組織批量生產(chǎn)。只要合理控制加熱溫度和變形條件,不需要大的鍛造變形就能鍛出性能優(yōu)良的鍛件。鑄錠僅用于大型鍛件。鑄錠是鑄態(tài)組織,有較大的柱狀晶和疏松的中心。因此必須通過(guò)大的塑性變形,將柱狀晶破碎為細(xì)晶粒,將疏松壓實(shí),才能獲得優(yōu)良的金屬組織和機(jī)械性能。


經(jīng)壓制和燒結(jié)成的粉末冶金預(yù)制坯,在熱態(tài)下經(jīng)無(wú)飛邊模鍛可制成粉末鍛件。鍛件粉末接近于一般模鍛件的密度,具有良好的機(jī)械性能,并且精度高,可減少后續(xù)的切削加工。粉末鍛件內(nèi)部組織均勻,沒(méi)有偏析,可用于制造小型齒輪等工件。但粉末的價(jià)格遠(yuǎn)高于一般棒材的價(jià)格,在生產(chǎn)中的應(yīng)用受到一定限制。對(duì)澆注在模膛的液態(tài)金屬施加靜壓力,使其在壓力作用下凝固、結(jié)晶、流動(dòng)、塑性變形和成形,就可獲得所需形狀和性能的模鍛件。液態(tài)金屬模鍛是介于壓鑄和模鍛間的成形方法,特別適用于一般模鍛難于成形的復(fù)雜薄壁件。


鍛造用料除了通常的材料,如各種成分的碳素鋼和合金鋼,其次是鋁、鎂、銅、鈦等及其合金之外,鐵基高溫合金,鎳基高溫合金,鈷基高溫合金的變形合金也采用鍛造或軋制方式完成,只是這些合金由于其塑性區(qū)相對(duì)較窄,所以鍛造難度會(huì)相對(duì)較大,不同材料的加熱溫度,開(kāi)鍛溫度與終鍛溫度都有嚴(yán)格的要求。


工藝流程


不同的鍛造方法有不同的流程,其中以熱模鍛的工藝流程最長(zhǎng),一般順序?yàn)椋哄懪飨铝?;鍛坯加熱;輥鍛備坯;模鍛成形;切邊;沖孔;矯正;中間檢驗(yàn),檢驗(yàn)鍛件的尺寸和表面缺陷;鍛件熱處理,用以消除鍛造應(yīng)力,改善金屬切削性能;清理,主要是去除表面氧化皮;矯正;檢查,一般鍛件要經(jīng)過(guò)外觀和硬度檢查,重要鍛件還要經(jīng)過(guò)化學(xué)成分分析、機(jī)械性能、殘余應(yīng)力等檢驗(yàn)和無(wú)損探傷。


鍛件特點(diǎn)


與鑄件相比,金屬經(jīng)過(guò)鍛造加工后能改善其組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能。鑄造組織經(jīng)過(guò)鍛造方法熱加工變形后由于金屬的變形和再結(jié)晶,使原來(lái)的粗大枝晶和柱狀晶粒變?yōu)榫Я]^細(xì)、大小均勻的等軸再結(jié)晶組織,使鋼錠內(nèi)原有的偏析、疏松、氣孔、夾渣等壓實(shí)和焊合,其組織變得更加緊密,提高了金屬的塑性和力學(xué)性能。鑄件的力學(xué)性能低于同材質(zhì)的鍛件力學(xué)性能。此外,鍛造加工能保證金屬纖維組織的連續(xù)性,使鍛件的纖維組織與鍛件外形保持一致,金屬流線完整,可保證零件具有良好的力學(xué)性能與長(zhǎng)的使用壽命采用精密模鍛、冷擠壓、溫?cái)D壓等工藝生產(chǎn)的鍛件,是金屬被施加壓力,通過(guò)塑性變形塑造要求的形狀或合適的壓縮力的物件。這種力量典型的通過(guò)使用鐵錘或壓力來(lái)實(shí)現(xiàn)。鑄件過(guò)程建造了精致的顆粒結(jié)構(gòu),并改進(jìn)了金屬的物理屬性。在零部件的現(xiàn)實(shí)使用中,一個(gè)正確的設(shè)計(jì)能使顆粒流在主壓力的方向。鑄件是用各種鑄造方法獲得的金屬成型物件,即把冶煉好的液態(tài)金屬,用澆注、壓射、吸入或其它澆鑄方法注入預(yù)先準(zhǔn)備好的鑄型中,冷卻后經(jīng)落砂、清理和后處理等,所得到的具有一定形狀,尺寸和性能的物件。


注意事項(xiàng)


鍛造過(guò)程應(yīng)注意的地方


1.鍛造加工過(guò)程包括:將材料切割成所需尺寸、加熱、鍛造、熱處理、清理和檢驗(yàn)。在小型人工鍛造中,所有這些操作都由數(shù)名鍛工上手和下手在狹小場(chǎng)所內(nèi)進(jìn)行。他們都暴露于相同的有害環(huán)境和職業(yè)性危害中;在大型鍛造車(chē)間,危害隨工作崗位的不同而各異。工作條件 盡管工作條件因鍛造形式不同而各異,但具有某些共同特點(diǎn):中等強(qiáng)度的體力勞動(dòng),干熱的小氣候環(huán)境,產(chǎn)生噪聲和振動(dòng),空氣受煙霧污染。


2.工人們同時(shí)暴露于高溫空氣和熱輻射下,導(dǎo)致熱量在體內(nèi)積累,熱量加上代謝的熱量,會(huì)造成散熱失調(diào)和病理變化。8小時(shí)勞動(dòng)的排汗量將隨小氣體環(huán)境、體力消耗以及熱適應(yīng)性程度的不同而異一般在1.5~5升之間,或甚至更高。在較小鍛造車(chē)間或離熱源較遠(yuǎn)處,貝哈二氏熱應(yīng)激指數(shù)通常為55~95;但在大型鍛造車(chē)間,靠近加熱爐或落錘機(jī)的工作點(diǎn)可能高達(dá)150~190。易引起缺鹽和熱痙攣。在寒冷季節(jié),暴露于小氣候環(huán)境的變化中可能在一定程度上促進(jìn)其適應(yīng)性,但迅速而過(guò)于頻繁的變化,可能構(gòu)成對(duì)健康的危害。


大氣污染:作場(chǎng)所的空氣中可能含有煙塵、一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫,其濃度取決于加熱爐燃料的種類和所含雜質(zhì),以及燃燒效率、氣流和通風(fēng)狀況。噪聲和振動(dòng):型鍛錘必然會(huì)產(chǎn)生低頻率噪聲和振動(dòng),但也可能有一定的高頻成分,其聲壓級(jí)在95~115分貝之間。工作人員暴露于鍛造振動(dòng)中,可能造成氣質(zhì)性和功能性失調(diào),會(huì)降低工作能力和影響安全。


危險(xiǎn)因素


鍛造生產(chǎn)危險(xiǎn)因素及主要原因


一、在鍛造生產(chǎn)中,易發(fā)生的外傷事故,按其原因可分為三種:機(jī)械傷——工具或工件直接造成的刮傷、碰傷;燙傷; 電觸傷。


二、從安全技術(shù)勞動(dòng)保護(hù)的角度來(lái)看,鍛造車(chē)間的特點(diǎn)是:


1. 鍛造生產(chǎn)是在金屬灼熱的狀態(tài)下進(jìn)行的(如低碳鋼鍛造溫度范圍在1250~750℃之間),由于有大量的手工勞動(dòng),稍不小心就可能發(fā)生灼傷。


2. 鍛造車(chē)間里的加熱爐和灼熱的鋼錠、毛坯及鍛件不斷地發(fā)散出大量的輻射熱(鍛件在鍛壓終了時(shí),仍然具有相當(dāng)高的溫度),工人經(jīng)常受到熱輻射的侵害。


3. 鍛造車(chē)間的加熱爐在燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的煙塵排入車(chē)間的空氣中,不但影響衛(wèi)生,還降低了車(chē)間內(nèi)的能見(jiàn)度(對(duì)于燃燒固體燃料的加熱爐,情況就更為嚴(yán)重),因而也可能會(huì)引起工傷事故。


4. 鍛造生產(chǎn)所使用的設(shè)備如空氣錘、蒸汽錘、摩擦壓力機(jī)等,工作時(shí)發(fā)出的都是沖擊力。設(shè)備在承受這種沖擊載荷時(shí),本身容易突然損壞(如鍛錘活塞桿的突然折斷),而造成嚴(yán)重的傷害事故。


壓力機(jī)(如水壓機(jī)、曲柄熱模鍛壓力機(jī)、平鍛機(jī)、精壓機(jī))剪床等,在工作時(shí),沖擊性雖然較小,但設(shè)備的突然損壞等情況也時(shí)有發(fā)生,操作者往往猝不及防,也有可能導(dǎo)致工傷事故。


5. 鍛造設(shè)備在工作中的作用力是很大的,如曲柄壓力機(jī)、拉伸鍛壓機(jī)和水壓機(jī)這類鍛壓設(shè)備,它們的工作條件雖較平穩(wěn),但其工作部件所發(fā)生的力量卻是很大的,如我國(guó)已制造和使用了12000t的鍛造水壓機(jī)。就是常見(jiàn)的100~150t的壓力機(jī),所發(fā)出的力量已是夠大的了。如果模子安裝或操作時(shí)稍有不正確,大部分的作用力就不是作用在工件上,而是作用在模子、工具或設(shè)備本身的部件上了。這樣,某種安裝調(diào)整上的錯(cuò)誤或工具操作的不當(dāng),就可能引起機(jī)件的損壞以及其他嚴(yán)重的設(shè)備或人身事故。


6. 鍛工的工具和輔助工具,特別是手鍛和自由鍛的工具、夾鉗等名目繁多,這些工具都是一起放在工作地點(diǎn)的。在工作中,工具的更換非常頻繁,存放往往又是雜亂的,這就必然增加對(duì)這些工具檢查的困難,當(dāng)鍛造中需用某一工具而時(shí)常又不能迅速找到時(shí),有時(shí)會(huì)“湊合"使用類似的工具,為此往往會(huì)造成工傷事故。


7. 由于鍛造車(chē)間設(shè)備在運(yùn)行中發(fā)生的噪聲和震動(dòng),使工作地點(diǎn)嘈雜不堪入耳,影響人的聽(tīng)覺(jué)和神經(jīng)系統(tǒng),分散了注意力,因而增加了發(fā)生事故的可能性。


三、 鍛造車(chē)間工傷事故的原因分析


1. 需要防護(hù)的地區(qū)、設(shè)備缺乏防護(hù)裝置和安全裝置。


2. 設(shè)備上的防護(hù)裝置不完善,或未使用。


3. 生產(chǎn)設(shè)備本身有缺陷或毛病。


4. 設(shè)備或工具損壞及工作條件不適當(dāng)。


5. 鍛模和鐵砧有毛病。


6. 工作場(chǎng)地組織和管理上的混亂。


7. 工藝操作方法及修理的輔助工作做得不適當(dāng)。


8. 個(gè)人防護(hù)用具如防護(hù)眼鏡有毛病,工作服和工作鞋不符合工作條件。


9. 幾個(gè)人共同進(jìn)行一項(xiàng)作業(yè)時(shí),互相配合不協(xié)調(diào)。


10. 缺乏技術(shù)教育和安全知識(shí),以致采用了不正確的步驟和方法。


水平分析


中國(guó)鍛造行業(yè)是在引進(jìn)、消化、吸收國(guó)外技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的,經(jīng)過(guò)多年的技術(shù)發(fā)展與改造,行業(yè)中企業(yè)的技術(shù)水平,包括工藝設(shè)計(jì)、鍛造技術(shù)、熱處理技術(shù)、機(jī)加工技術(shù)、產(chǎn)品檢測(cè)等方面均有了較大提高。


(1)工藝設(shè)計(jì)


先進(jìn)廠家普遍采用了熱加工計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)、計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)以及虛技術(shù), 提高了工藝設(shè)計(jì)水平和產(chǎn)品制造能力。引入并應(yīng)用DATAFOR、GEMARC/AUTOFORGE、DEFORM、LARSTRAN/SHAPE和THERMOCAL等模擬程序,實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)和熱加工的過(guò)程控制。


(2)鍛造技術(shù)


40MN及以上的水壓機(jī)多數(shù)配備了100-400t.m主鍛造操作機(jī)和20-40t.m的輔助操作機(jī),相當(dāng)數(shù)量的操作機(jī)采用計(jì)算機(jī)控制,實(shí)現(xiàn)了鍛件鍛造過(guò)程的綜合控制,使鍛造精度可控制在±3mm,鍛件的在線測(cè)量采用激光尺寸測(cè)量裝置。


(3)熱處理技術(shù)


重點(diǎn)在于提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高熱處理效率以及節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境等。如采用計(jì)算機(jī)控制加熱爐和熱處理爐的加熱過(guò)程,控制燒嘴實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)燃燒、調(diào)節(jié)爐溫、自動(dòng)點(diǎn)火及加熱參數(shù)管理;余熱利用、熱處理爐配備再生燃燒室等;采用具有低污染能力和能夠有效控制冷卻的聚合物淬火油槽,各種水性淬火介質(zhì)逐漸取代傳統(tǒng)的淬火油等。


(4)機(jī)加工技術(shù)


行業(yè)內(nèi)數(shù)控機(jī)床的比例逐步提高,部分行業(yè)內(nèi)企業(yè)設(shè)有加工中心,根據(jù)不同類型的產(chǎn)品配備了專有的加工機(jī)械,如五坐標(biāo)加工中心、葉片加工機(jī)、軋輥磨、軋輥車(chē)床等。


(5)質(zhì)量保障措施


國(guó)內(nèi)部分企業(yè)已配備最新的檢測(cè)儀表和測(cè)試技術(shù),采用計(jì)算機(jī)控制數(shù)據(jù)處理的現(xiàn)代自動(dòng)化超聲波探傷檢測(cè)系統(tǒng),采用各種專用的自動(dòng)超聲波探傷系統(tǒng),完成各種質(zhì)量體系的認(rèn)證等。高速重載齒輪鍛件產(chǎn)品的關(guān)鍵生產(chǎn)技術(shù)不斷被攻克,并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)


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