鋼(gāng)的開始再結晶溫度約為727℃,但普(pǔ)遍(biàn)采用800℃作為劃分線,高於800℃的是熱鍛;在(zài)300~800℃之間稱為溫鍛或半熱鍛。
根據坯料的移動方式,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(yòng)衝擊力或壓力使金屬在上下兩個抵鐵(砧塊)間產(chǎn)生變形以獲得所需鍛件,主要(yào)有手工鍛造和機械(xiè)鍛造兩種。
2、模鍛。模鍛又(yòu)分為開式模鍛(duàn)和閉式模鍛.金屬坯料在具(jù)有一定形狀的(de)鍛模膛內受壓變形而獲得鍛件,又可分為冷鐓、輥(gǔn)鍛、徑向鍛造和(hé)擠壓等等。
3、 閉式模鍛和閉式鐓鍛由於(yú)沒有(yǒu)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。由於(yú)沒有飛邊(biān),鍛件的(de)受力麵積(jī)就減少,所需要的荷載也減少。但是,應注意(yì)不能使坯料完全受到限製,為此(cǐ)要嚴格控製坯料的體積(jī),控製鍛模(mó)的相對(duì)位置和對鍛件進行測量,努力減少鍛(duàn)模的(de)磨損。
根據鍛模(mó)的運動方式,鍛造又可分為擺輾、擺旋鍛、輥鍛、楔橫軋、輾(niǎn)環和斜軋等(děng)方式。擺輾、擺旋鍛和輾環也可用精鍛加工。為了(le)提高材料(liào)的利用率,輥鍛(duàn)和橫軋可用作細長材料的前(qián)道工序加工。與自由鍛一樣的旋(xuán)轉鍛造也是局部成(chéng)形的,它的(de)優點是與鍛件尺寸相比,鍛造力較小情況下也可實現形成。包括自由鍛在內(nèi)的這(zhè)種鍛(duàn)造方式,加工時材(cái)料從模具麵附近(jìn)向自由表麵擴展,因此,很難保證精度,所以,將鍛模的運動方向和旋鍛(duàn)工序用計算機控製,就可用較低的(de)鍛(duàn)造力獲(huò)得形狀複雜(zá)、精(jīng)度高的產品,例如(rú)生產品種多(duō)、尺寸大的汽輪機葉片等鍛件。鍛造設備的模具運動與自由(yóu)度是不(bú)一致的,根據下死點變形(xíng)限製特點,鍛造(zào)設備(bèi)可分為下述四種形式:
1、限製鍛造力形式(shì):油壓直接驅動滑塊的油壓機。
2、準衝程限製方式:油壓驅動曲柄連杆機構的油壓機。
3、衝(chōng)程(chéng)限製方式:曲柄、連杆和楔機構(gòu)驅(qū)動滑塊的機械式壓力機。
4、能量限製方式:利用螺旋機構的螺旋和(hé)磨擦壓力機。
重型航空模(mó)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,控製速度和模具位置。因為這些都會(huì)對鍛件公差、形狀(zhuàng)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(zhěng)下死點和利用補助傳動裝置等(děng)措施。
還有滑塊垂直和水平運動(用於細(xì)長件的(de)鍛造、潤滑冷卻和高速生產的零件鍛造)方式之分,利用補償裝置可順利鍛(duàn)造出首個(gè)大型盤類件產品以(yǐ)增(zēng)加其它方向的(de)運動(dòng)。上述方式不同,所需的鍛造力、工序(xù)、材料的利用率、產量、尺(chǐ)寸公差和潤滑冷卻方式(shì)都不一樣,這些因素(sù)也是影響自動化水平(píng)的因(yīn)素。
鍛造生產是機械製造工業中提供機械零件(jiàn)毛坯的主要加工(gōng)方法之一。通過鍛造,不僅可以得到機械零件的形狀,而且能改善金屬內(nèi)部組織,提高金屬的機械性能和物理(lǐ)性(xìng)能(néng)。一般對受力大、要求高的重要機械零件,大多采(cǎi)用鍛造生產方法製(zhì)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、內燃機曲軸、連杆、齒輪、軸(zhóu)承、以及國防(fáng)工業方麵的火炮等重要零件(jiàn),均采用鍛造生產。
因此,鍛造生產廣泛的應用於冶金、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(jiù)是(shì)在(zài)日常生活(huó)中,鍛造生產亦具有(yǒu)重要位置。從某種意義上說,鍛件的年產量,模鍛件在(zài)鍛件總產量中所占的比例,以及鍛造設備大小和擁有量等指(zhǐ)標,在(zài)一定程度上反映了一個國家的工業水平。
鍛造用料主要是各種成分的碳素鋼和合金鋼,其次是(shì)鋁、鎂、銅、鈦等(děng)及其合金。材料(liào)的原(yuán)始狀態有棒料、鑄錠、金屬粉末和液態(tài)金屬。 金屬在變形前的橫斷麵積與變形後的橫斷麵積之比稱為(wéi)鍛造比。正確地選擇鍛造比、合理的加熱溫度及保(bǎo)溫時間、合(hé)理的始鍛溫度(dù)和終鍛溫度、合理的變形量及變(biàn)形(xíng)速度對提高產品(pǐn)質(zhì)量、降低成本有很大關(guān)係。
一般的中小型鍛件(jiàn)都用圓形或(huò)方形(xíng)棒料作(zuò)為坯(pī)料。棒料的晶粒組(zǔ)織和機械性能均勻、良好,形狀(zhuàng)和尺寸準確(què),表(biǎo)麵質量好,便於組織批量生產。隻要合理控(kòng)製加熱溫度和變形(xíng)條件,不需要大的鍛造(zào)變形(xíng)就能鍛出性能優良的鍛件。鑄錠僅用於大型鍛件(jiàn)。鑄錠是鑄態組織,有較大的柱狀晶和疏鬆的中心。因此必(bì)須(xū)通過大的塑性變形(xíng),將柱狀晶破碎為細晶粒,將疏(shū)鬆壓實(shí),才(cái)能獲得優良的金(jīn)屬組織和機械性能。
經壓製和燒結成的(de)粉末冶金預製坯,在熱態下經無飛(fēi)邊模鍛可製成(chéng)粉末(mò)鍛件。鍛件粉末接近於一般模鍛件的密度,具有良好的機械性能,並且(qiě)精度高,可減少後續的切削加(jiā)工。粉末鍛件內部組織均勻,沒有偏析,可用(yòng)於製造小型齒輪等工件。但粉末(mò)的價格(gé)遠高於一般棒材的價格,在生產中的應用受到一(yī)定限製(zhì)。對澆注在模膛的液態金屬(shǔ)施加靜壓力,使(shǐ)其(qí)在壓力作用下凝固、結晶、流動、塑性變形和成形,就可(kě)獲得所需形狀和性能(néng)的模鍛件。液(yè)態金屬模鍛是介(jiè)於壓鑄和模鍛間的成形方法,特別適用於一般(bān)模(mó)鍛難於成形(xíng)的複(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(gāng)和合金鋼,其次是鋁、鎂、銅、鈦等及其合金之外,鐵(tiě)基高溫合金(jīn),鎳基高溫合金,鈷基高溫合(hé)金的變形合金也采用鍛造或軋製方式完成,隻是這些合金由於其塑性區相對(duì)較窄(zhǎi),所以鍛造難度會相(xiàng)對較大,不同材料的加熱溫度(dù),開鍛溫度與(yǔ)終鍛溫(wēn)度都有嚴格(gé)的要求。
不同的鍛造方法有不同(tóng)的流程,其中以熱(rè)模鍛的工藝流程最長,一般(bān)順序為:鍛坯下料;鍛坯加熱(rè);輥鍛備坯;模鍛成(chéng)形(xíng);切邊(biān);衝孔;矯正;中間檢驗(yàn),檢驗鍛件的尺寸和表麵(miàn)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(shì)去除表麵氧化皮;矯正;檢查(chá),一(yī)般(bān)鍛(duàn)件要經過外觀(guān)和硬度檢(jiǎn)查,重要鍛件還(hái)要經過化學成(chéng)分分析、機械性能、殘(cán)餘應力等檢驗和無損探傷。
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(jiā)工變(biàn)形後由於金屬(shǔ)的變形和再結晶,使原(yuán)來的粗大枝晶和柱狀晶粒變為晶(jīng)粒較細、大小均勻的等軸再結晶組織,使鋼錠內原有的偏析、疏鬆、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(xué)性能。鑄件的力(lì)學性能低於同材質的(de)鍛件力學性能。此外,鍛造加工能保證金(jīn)屬纖維組織的連續性(xìng),使鍛件的纖維組織與鍛件外(wài)形保持一致,金屬流線完整,可保證零(líng)件具有良好的力學性能與長(zhǎng)的使用壽命采用精密模鍛(duàn)、冷擠壓、溫擠(jǐ)壓等(děng)工藝生產的鍛件(jiàn),都是鑄件所無法(fǎ)比擬(nǐ)的(de)鍛(duàn)件是金屬被施加壓力,通過塑性變形塑造(zào)要求的形狀或合適的壓縮力的物件。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(le)精致(zhì)的顆粒結構,並改進了金屬的物(wù)理屬性。在零部件的現實使用中,一個(gè)正確的設計(jì)能(néng)使顆粒流在主壓力的方(fāng)向。鑄件是用各種鑄造(zào)方法獲(huò)得的金屬成型物件,即把冶煉好的液態金屬,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(dìng)形狀,尺寸和性能的物件。
鍛造過程應注意的地方
1.鍛造(zào)加工過程包括:將(jiāng)材料切割成所需尺寸、加(jiā)熱、鍛造、熱處理、清理和檢(jiǎn)驗。在小型人(rén)工鍛造中,所有這些操作都由數名鍛(duàn)工上手(shǒu)和下(xià)手在狹小場所內進行。他(tā)們都暴露於相同的有害環境和職業性危害中;在大型鍛造車間,危害隨工作崗位的不(bú)同而各異。工(gōng)作條件 盡管工作條(tiáo)件因(yīn)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(láo)動,幹熱的小氣候環境,產生噪聲和振動(dòng),空氣受煙霧汙染。
2.工人們同時暴露於高溫空氣和熱輻射下,導致熱(rè)量在(zài)體內積累,熱量加上代謝的熱量,會造成散熱失調和病理變化(huà)。8小時勞(láo)動的排汗量將(jiāng)隨小氣體環境、體力消耗以及(jí)熱適(shì)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(chē)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(lú)或(huò)落錘機的工作點可能(néng)高達150~190。易引起缺鹽和熱痙(jìng)攣。在寒冷季節(jiē),暴露於小氣(qì)候環境的(de)變化中可能在(zài)一定程度上促進其適應性,但迅速(sù)而過於頻繁的變化,可能構成對健康的危(wēi)害。
大氣(qì)汙染:作場所的空氣中可能含有煙塵、一氧化碳、二氧化碳、二(èr)氧化硫,或者還含有丙烯醛,其濃度取決於加熱爐(lú)燃料的種類和所含雜(zá)質,以及燃燒效(xiào)率、氣流和通風(fēng)狀況。噪聲和(hé)振動:型鍛錘必然會產生低頻率噪聲和振動,但也可(kě)能有一定(dìng)的高頻成分,其聲壓級(jí)在95~115分貝之間。工作人員暴露於鍛造振(zhèn)動中,可能(néng)造成氣質性和功能性失調,會降低工作能(néng)力和影(yǐng)響安全。
鍛造生產危險因素及(jí)主要原因
一、在鍛造生產中,易(yì)發生的外傷事故,按其(qí)原因可分為三種:機械傷——工具或工件直接造成的刮傷(shāng)、碰傷(shāng);燙傷; 電觸傷(shāng)。
二、從安全技術勞動保護的角度來看,鍛造車(chē)間的特點是:
1. 鍛造生(shēng)產是在金屬(shǔ)灼熱的(de)狀態(tài)下進行的(如低碳鋼鍛造(zào)溫度範圍在1250~750℃之間),由於有大量的(de)手工勞動,稍不小心就(jiù)可能發生灼傷。
2. 鍛造車間裏的加熱爐和(hé)灼熱的鋼錠、毛坯(pī)及鍛件不斷地發散(sàn)出大量的輻(fú)射(shè)熱(鍛件在鍛壓終了時,仍然具有相當(dāng)高(gāo)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(zhōng)產生的煙塵排入車間的(de)空(kōng)氣中,不但影響衛(wèi)生,還降低了車間內的能見度(對(duì)於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. 鍛造生產所使用(yòng)的設備如空氣錘、蒸汽錘、摩擦(cā)壓力機等(děng),工作時發出的都是衝擊力。設備在承受這(zhè)種衝擊載荷時,本身(shēn)容易突然損壞(如鍛(duàn)錘活塞杆的突然(rán)折斷),而造成嚴重的傷(shāng)害事故。
壓力機(如水壓機(jī)、曲柄熱模鍛壓力機、平鍛機、精壓機)剪床等,在工作(zuò)時,衝擊性雖然(rán)較小,但(dàn)設備的(de)突然損壞等情況也時有發(fā)生,操作者(zhě)往往猝(cù)不及防,也有可能(néng)導致(zhì)工傷事故。
5. 鍛造設備在(zài)工作中的作(zuò)用力是很大的,如曲柄壓力機、拉伸鍛壓機和水壓機(jī)這類鍛(duàn)壓設備,它們的工作條(tiáo)件雖較(jiào)平穩,但其工作部件(jiàn)所發生的(de)力量卻是很大(dà)的,如我國已製造和(hé)使(shǐ)用了12000t的鍛造(zào)水壓機(jī)。就是常見的100~150t的壓(yā)力機,所發出的力量已是夠大的了。如果模(mó)子安裝或操作時稍有不正確(què),大部分的作用力就(jiù)不是作用在工件上,而是作用在模子、工具或設備(bèi)本身的部件上(shàng)了。這樣,某種安裝調整上的錯誤或工具操作的不當,就可能(néng)引起機件的損壞以及其(qí)他嚴重的設備或人身(shēn)事故。
6. 鍛(duàn)工的工具和輔助工具,特別是手鍛和自(zì)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(wǎng)往又是(shì)雜亂的,這就必(bì)然增加對這(zhè)些工具檢查的困難,當鍛造中需(xū)用某一工具而時常又不能迅速找到時,有時會“湊(còu)合(hé)”使用類似的工具,為此往往會造成工(gōng)傷事故。
7. 由於鍛造車間設備在運行中發生的噪聲和震動,使工作地(dì)點嘈雜不堪入耳(ěr),影響人的聽覺和神經係統,分散了注(zhù)意力,因而增加(jiā)了發生事故(gù)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(shǐ)用。
3. 生產設備本身有缺陷或毛(máo)病。
4. 設備或工具損壞及工(gōng)作條件不適(shì)當。
5. 鍛模和鐵砧有毛病。
6. 工作場地組織和管理上的混亂(luàn)。
7. 工(gōng)藝操作方法及修理的輔(fǔ)助工作做得不適當。
8. 個人防護用具如防護眼鏡(jìng)有毛病,工作(zuò)服和工作鞋不符合工作條件。
9. 幾個人共同進(jìn)行一(yī)項作業時,互相配(pèi)合不協調。
10. 缺乏技(jì)術教育和安全知識,以致采用(yòng)了不正確的步驟和(hé)方(fāng)法。
中(zhōng)國鍛造行業是在引(yǐn)進、消化、吸收(shōu)國外技術(shù)的基礎上發展起(qǐ)來的,經過多年的技術發展(zhǎn)與改造(zào),行業中領先企業的技術水平,包括工藝設計、鍛造技(jì)術、熱處理技術、機加工技術、產品檢測等方麵均(jun1)有了(le)較大提高。
(1)工藝設計
先進廠家普(pǔ)遍采用了熱加工計算機模擬技術、計算機輔助工藝設計以及虛技術, 提高了工藝設計水平和產品製造能力。引入並應用DATAFOR、GEMARC/AUTOFORGE、DEFORM、LARSTRAN/SHAPE和THERMOCAL等模擬程序,實現計算機設計和熱加工的過程控製(zhì)。
(2)鍛造技術
40MN及以上的水壓(yā)機多數配備了100-400t.m主鍛造操作機和(hé)20-40t.m的輔助操作機,相當數量的操作機采用計算(suàn)機控製,實現了鍛件鍛造過程的綜合控(kòng)製,使鍛造精度可控製在±3mm,鍛(duàn)件的在線測量采用(yòng)激光尺寸測量裝置。
(3)熱處理技術
重(chóng)點在於提(tí)高產品(pǐn)質量、提高熱處(chù)理效率以及節約能源、保護環境等。如采用計算(suàn)機控(kòng)製加熱爐和熱處理爐的加熱過程(chéng),控製燒(shāo)嘴實現自動調節(jiē)燃燒、調節爐溫、自動點火及加熱參數管理;餘熱(rè)利用、熱處理爐配備再生燃燒室等;采用具有低汙染能力和能夠有效控製冷卻的(de)聚合物淬(cuì)火油槽,各種水性淬火介質逐漸取代傳(chuán)統的淬火油等。
(4)機(jī)加工技術
行業內數控機床的比例逐步提高,部分行業內企(qǐ)業設有加工中心(xīn),根據不同類型(xíng)的(de)產品配備了(le)專有的加工機(jī)械,如五(wǔ)坐標加工中心(xīn)、葉片加工機(jī)、軋輥磨、軋輥車床等。
(5)質量保障措施
國內部分企業已(yǐ)配備最新的檢測儀表和測試(shì)技術,采用計算機控製數據處理的現代(dài)自動化超(chāo)聲波探傷檢測(cè)係統,采用各種專用的自動超聲(shēng)波探傷係統,完成各種質量體係的認證等。高速(sù)重載齒輪鍛件產品的關鍵生產技術不斷被攻克,並在此基礎上實現了產業化生產。在引進國外先進生產(chǎn)技術和(hé)關鍵設備的基礎上,中國已能自己設計和製造(zào)高速重載齒輪鍛(duàn)件的生產裝備(bèi),這些裝備已接近國際先進水平(píng),技術和裝(zhuāng)備水平的提(tí)升有力的促進了國內鍛造行業的發展。