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鍛造知識學習-永鑫生鍛造

鍛造工藝(Forging Process)是一種利用鍛壓機械對金屬坯料施加壓力,使其産生塑性變形以獲得具有一定機械性能、一定形狀和尺寸鍛件的加工方法,鍛壓(鍛造與沖壓)的兩大組成部分之一。
變形溫度
鋼的開始再結晶溫度約為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
根據坯料的移動方式,鍛造可分為自由鍛、镦粗、擠壓、模鍛、閉式模鍛、閉式镦鍛。
1、自由鍛。利用沖擊力或壓力使金屬在上下兩個抵鐵(砧塊)間産生變形以獲得所需鍛件,主要有手工鍛造和機械鍛造兩種。
2、模鍛。模鍛又分為開式模鍛和閉式模鍛.金屬坯料在具有一定形狀的鍛模膛内受壓變形而獲得鍛件,又可分為冷镦、輥鍛、徑向鍛造和擠壓等等。
3、 閉式模鍛和閉式镦鍛由于沒有飛邊,材料的利用率就高。用一道工序或幾道工序就可能完成複雜鍛件的精加工。由于沒有飛邊,鍛件的受力面積就減少,所需要的荷 載也減少。但是,應注意不能使坯料完全受到限制,為此要嚴格控制坯料的體積,控制鍛模的相對位置和對鍛件進行測量,努力減少鍛模的磨損。
鍛模
根 據鍛模的運動方式,鍛造又可分為擺輾、擺旋鍛、輥鍛、楔橫軋、輾環和斜軋等方式。擺輾、擺旋鍛和輾環也可用精鍛加工。為了提高材料的利用率,輥鍛和橫軋可 用作細長材料的前道工序加工。與自由鍛一樣的旋轉鍛造也是局部成形的,它的優點是與鍛件尺寸相比,鍛造力較小情況下也可實現形成。包括自由鍛在内的這種鍛 造方式,加工時材料從模具面附近向自由表面擴展,因此,很難保證精度,所以,将鍛模的運動方向和旋鍛工序用計算機控制,就可用較低的鍛造力獲得形狀複雜、 精度高的産品,例如生産品種多、尺寸大的汽輪機葉片等鍛件。鍛造設備的模具運動與自由度是不一緻的,根據下死點變形限制特點,鍛造設備可分為下述四種形 式:
1、限制鍛造力形式:油壓直接驅動滑塊的油壓機。
2、準沖程限制方式:油壓驅動曲柄連杆機構的油壓機。
3、沖程限制方式:曲柄、連杆和楔機構驅動滑塊的機械式壓力機。
4、能量限制方式:利用螺旋機構的螺旋和磨擦壓力機。
重型航空模鍛液壓機進行熱試為了獲得高的精度應注意防止下死點處過載,控制速度和模具位置。因為這些都會對鍛件公差、形狀精度和鍛模壽命有影響。另外,為了保持精度,還應注意調整滑塊導軌間隙、保證剛度,調整下死點和利用補助傳動裝置等措施。
滑塊
還有滑塊垂直和水平運動(用于細長件的鍛造、潤滑冷卻和高速生産的零件鍛造)方式之分,利用補償裝置可
順利鍛造出首個大型盤類件産品以增加其它方向的運動。上述方式不同,所需的鍛造力、工序、材料的利用率、産量、尺寸公差和潤滑冷卻方式都不一樣,這些因素也是影響自動化水平的因素。
重要性
鍛 造生産是機械制造工業中提供機械零件毛坯的主要加工方法之一。通過鍛造,不僅可以得到機械零件的形狀,而且能改善金屬内部組織,提高金屬的機械性能和物理 性能。一般對受力大、要求高的重要機械零件,大多采用鍛造生産方法制造。如汽輪發電機軸、轉子、葉輪、葉片、護環、大型水壓機立柱、高壓缸、軋鋼機軋輥、 内燃機曲軸、連杆、齒輪、軸承、以及國防工業方面的火炮等重要零件,均采用鍛造生産。
因此,鍛造生産廣泛的應用于冶金、礦山、汽車、拖拉機、收獲機械、石油、化工、航空、航天、兵器等工業部門,就是在日常生活中,鍛造生産亦具有重要 位置。從某種意義上說,鍛件的年産量,模鍛件在鍛件總産量中所占的比例,以及鍛造設備大小和擁有量等指标,在一定程度上反映了一個國家的工業水平。
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、钛等及其合金。材料的原始狀态有棒料、鑄錠、金屬粉末和液态金屬。 金屬在變形前的橫斷面積與變形後的橫斷面積之比稱為鍛造比。正确地選擇鍛造比、合理的加熱溫度及保溫時間、合理的始鍛溫度和終鍛溫度、合理的變形量及變形 速度對提高産品質量、降低成本有很大關系。
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械性能均勻、良好,形狀和尺寸準确,表面質量好,便于組織批量生産。隻要合理控制 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良的鍛件。鑄錠僅用于大型鍛件。鑄錠是鑄态組織,有較大的柱狀晶和疏松的中心。因此必須通過大的塑 性變形,将柱狀晶破碎為細晶粒,将疏松壓實,才能獲得優良的金屬組織和機械性能。
經壓制和燒結成的粉末冶金預制坯,在熱态下經無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,具有良好的機械性能,并且精度高,可減少 後續的切削加工。粉末鍛件内部組織均勻,沒有偏析,可用于制造小型齒輪等工件。但粉末的價格遠高于一般棒材的價格,在生産中的應用受到一定限制。對澆注在 模膛的液态金屬施加靜壓力,使其在壓力作用下凝固、結晶、流動、塑性變形和成形,就可獲得所需形狀和性能的模鍛件。液态金屬模鍛是介于壓鑄和模鍛間的成形 方法,特别适用于一般模鍛難于成形的複雜薄壁件。
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、钛等及其合金之外,鐵基高溫合金,鎳基高溫合金,钴基高溫合金的變形合金 也采用鍛造或軋制方式完成,隻是這些合金由于其塑性區相對較窄,所以鍛造難度會相對較大,不同材料的加熱溫度,開鍛溫度與終鍛溫度都有嚴格的要求。
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長,一般順序為:鍛坯下料;鍛坯加熱;輥鍛備坯;模鍛成形;切邊;沖孔;矯正;中間檢驗,檢驗鍛件的 尺寸和表面缺陷;鍛件熱處理,用以消除鍛造應力,改善金屬切削性能;清理,主要是去除表面氧化皮;矯正;檢查,一般鍛件要經過外觀和硬度檢查,重要鍛件還 要經過化學成分分析、機械性能、殘餘應力等檢驗和無損探傷。
鍛件特點
與鑄件相比,金屬經過鍛造加工後能改善其組織結構和力學性能。鑄造 組織經過鍛造方法熱加工變形後由于金屬的變形和再結晶,使原來的粗大枝晶和柱狀晶粒變為晶粒較細、大小均勻的等軸再結晶組織,使鋼錠内原有的偏析、疏松、 氣孔、夾渣等壓實和焊合,其組織變得更加緊密,提高了金屬的塑性和力學性能。鑄件的力學性能低于同材質的鍛件力學性能。此外,鍛造加工能保證金屬纖維組織 的連續性,使鍛件的纖維組織與鍛件外形保持一緻,金屬流線完整,可保證零件具有良好的力學性能與長的使用壽命采用精密模鍛、冷擠壓、溫擠壓等工藝生産的鍛 件,都是鑄件所無法比拟的鍛件是金屬被施加壓力,通過塑性變形塑造要求的形狀或合适的壓縮力的物件。這種力量典型的通過使用鐵錘或壓力來實現。鑄件過程建 造了精緻的顆粒結構,并改進了金屬的物理屬性。在零部件的現實使用中,一個正确的設計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,即把冶煉好的液态金屬,用澆注、壓射、吸入或其它澆鑄方法注入預先準備好的鑄型中,冷卻後經落砂、清理和後處理等,所得到的具有一定形狀,尺寸和性能 的物件。
注意事項
鍛造過程應注意的地方
1.鍛造加工過程包括:将材料切割成所需尺寸、加熱、鍛造、熱處理、清理和檢驗。在小 型人工鍛造中,所有這些操作都由數名鍛工上手和下手在狹小場所内進行。他們都暴露于相同的有害環境和職業性危害中;在大型鍛造車間,危害随工作崗位的不同 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:中等強度的體力勞動,幹熱的小氣候環境,産生噪聲和振動,空氣受煙霧污染。
2.工人們同時暴露于高溫空氣和熱輻射下,導緻熱量在體内積累,熱量加上代謝的熱量,會造成散熱失調和病理變化。8小時勞動的排汗量将随小氣體環 境、體力消耗以及熱适應性程度的不同而異一般在1.5~5升之間,或甚至更高。在較小鍛造車間或離熱源較遠處,貝哈二氏熱應激指數通常為55~95;但在 大型鍛造車間,靠近加熱爐或落錘機的工作點可能高達150~190。易引起缺鹽和熱痙攣。在寒冷季節,暴露于小氣候環境的變化中可能在一定程度上促進其适 應性,但迅速而過于頻繁的變化,可能構成對健康的危害。
大氣污染:作場所的空氣中可能含有煙塵、一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫,或者還含有丙烯醛,其濃度取決于加熱爐燃料的種類和所含雜質,以及燃燒效 率、氣流和通風狀況。噪聲和振動:型鍛錘必然會産生低頻率噪聲和振動,但也可能有一定的高頻成分,其聲壓級在95~115分貝之間。工作人員暴露于鍛造振 動中,可能造成氣質性和功能性失調,會降低工作能力和影響安全。
危險因素
鍛造生産危險因素及主要原因
一、在鍛造生産中,易發生的外傷事故,按其原因可分為三種:機械傷——工具或工件直接造成的刮傷、碰傷;燙傷; 電觸傷。
二、從安全技術勞動保護的角度來看,鍛造車間的特點是:
1. 鍛造生産是在金屬灼熱的狀态下進行的(如低碳鋼鍛造溫度範圍在1250~750℃之間),由于有大量的手工勞動,稍不小心就可能發生灼傷。
2. 鍛造車間裡的加熱爐和灼熱的鋼錠、毛坯及鍛件不斷地發散出大量的輻射熱(鍛件在鍛壓終了時,仍然具有相當高的溫度),工人經常受到熱輻射的侵害。
3. 鍛造車間的加熱爐在燃燒過程中産生的煙塵排入車間的空氣中,不但影響衛生,還降低了車間内的能見度(對于燃燒固體燃料的加熱爐,情況就更為嚴重),因而也可能會引起工傷事故。
4. 鍛造生産所使用的設備如空氣錘、蒸汽錘、摩擦壓力機等,工作時發出的都是沖擊力。設備在承受這種沖擊載荷時,本身容易突然損壞(如鍛錘活塞杆的突然折斷),而造成嚴重的傷害事故。
壓力機(如水壓機、曲柄熱模鍛壓力機、平鍛機、精壓機)剪床等,在工作時,沖擊性雖然較小,但設備的突然損壞等情況也時有發生,操作者往往猝不及防,也有可能導緻工傷事故。
5. 鍛造設備在工作中的作用力是很大的,如曲柄壓力機、拉伸鍛壓機和水壓機這類鍛壓設備,它們的工作條件雖較平穩,但其工作部件所發生的力量卻是很大的,如我 國已制造和使用了12000t的鍛造水壓機。就是常見的100~150t的壓力機,所發出的力量已是夠大的了。如果模子安裝或操作時稍有不正确,大部分的 作用力就不是作用在工件上,而是作用在模子、工具或設備本身的部件上了。這樣,某種安裝調整上的錯誤或工具操作的不當,就可能引起機件的損壞以及其他嚴重 的設備或人身事故。
6. 鍛工的工具和輔助工具,特别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,這就必然增加對這些工具檢查的困難,當鍛造中需用某一工具而時常又不能迅速找到時,有時會“湊合”使用類似的工具,為此往往會造成工傷事故。
7. 由于鍛造車間設備在運行中發生的噪聲和震動,使工作地點嘈雜不堪入耳,影響人的聽覺和神經系統,分散了注意力,因而增加了發生事故的可能性。
三、 鍛造車間工傷事故的原因分析
1. 需要防護的地區、設備缺乏防護裝置和安全裝置。
2. 設備上的防護裝置不完善,或未使用。
3. 生産設備本身有缺陷或毛病。
4. 設備或工具損壞及工作條件不适當。
5. 鍛模和鐵砧有毛病。
6. 工作場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适當。
8. 個人防護用具如防護眼鏡有毛病,工作服和工作鞋不符合工作條件。
9. 幾個人共同進行一項作業時,互相配合不協調。
10. 缺乏技術教育和安全知識,以緻采用了不正确的步驟和方法。
水平分析
中國鍛造行業是在引進、消化、吸收國外技術的基礎上發展起來的,經過多年的技術發展與改造,行業中領先企業的技術水平,包括工藝設計、鍛造技術、熱處理技術、機加工技術、産品檢測等方面均有了較大提高。
(1)工藝設計
先進廠家普遍采用了熱加工計算機模拟技術、計算機輔助工藝設計以及虛技術, 提高了工藝設計水平和産品制造能力。引入并應用DATAFOR、GEMARC/AUTOFORGE、DEFORM、LARSTRAN/SHAPE和 THERMOCAL等模拟程序,實現計算機設計和熱加工的過程控制。
(2)鍛造技術
40MN及以上的水壓機多數配備了100-400t.m主鍛造操作機和20-40t.m的輔助操作機,相當數量的操作機采用計算機控制,實現了鍛件鍛造過程的綜合控制,使鍛造精度可控制在±3mm,鍛件的在線測量采用激光尺寸測量裝置。
(3)熱處理技術
重 點在于提高産品質量、提高熱處理效率以及節約能源、保護環境等。如采用計算機控制加熱爐和熱處理爐的加熱過程,控制燒嘴實現自動調節燃燒、調節爐溫、自動 點火及加熱參數管理;餘熱利用、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,各種水性淬火介質逐漸取代傳統的淬火 油等。
(4)機加工技術
行業内數控機床的比例逐步提高,部分行業内企業設有加工中心,根據不同類型的産品配備了專有的加工機械,如五坐标加工中心、葉片加工機、軋輥磨、軋輥車床等。
(5)質量保障措施
國 内部分企業已配備新的檢測儀表和測試技術,采用計算機控制數據處理的現代自動化超聲波探傷檢測系統,采用各種專用的自動超聲波探傷系統,完成各種質量體 系的認證等。高速重載齒輪鍛件産品的關鍵生産技術不斷被攻克,并在此基礎上實現了産業化生産。在引進國外先進生産技術和關鍵設備的基礎上,中國已能自己設 計和制造高速重載齒輪鍛件的生産裝備,這些裝備已接近國際先進水平,技術和裝備水平的提升有力的促進了國内鍛造行業的發展。http://www.ktpmo.com


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