材料選擇與準備:
選擇坯料: 根據最終零件的材料要求(如碳鋼、合金鋼、鋁合金、鈦合金等)選擇合適的原材料。常見坯料形式包括棒料、鋼錠、方坯等。
下料: 將原材料切割或鋸切成鍛造所需尺寸和重量的坯料段。
表面清理: 去除坯料表面的氧化皮、油污、銹跡等雜質,防止其壓入鍛件內部形成缺陷。
加熱:
目的: 提高金屬的塑性,降低變形抗力,使其易于鍛造。大多數鍛造在高溫下進行(熱鍛)。
加熱設備: 常用加熱爐包括箱式爐、推桿式爐、轉底爐、感應加熱爐等。
溫度控制: 加熱溫度需精確控制在該金屬材料的鍛造溫度范圍內。這個范圍通常在該金屬熔點的70%-80%之間(絕對溫度)。溫度過高會導致過燒(晶界氧化熔化)、過熱(晶粒粗大);溫度過低則塑性差,變形困難,易開裂。
均熱: 確保坯料內外溫度均勻一致。
鍛造變形:
自由鍛: 坯料在上下砧鐵間受壓變形,工具(砧鐵、沖頭、芯棒、馬架等)形狀簡單,金屬流動方向不受嚴格限制。操作靈活,適用于單件、小批量或大型鍛件。基本工序包括鐓粗、拔長、沖孔、彎曲、扭轉、切割等。
模鍛: 將加熱的坯料放入具有最終鍛件形狀的模具型腔中,施加壓力使其充滿型腔。效率高、尺寸精度好、材料利用率高,適用于大批量生產。可分為開式模鍛(有飛邊)和閉式模鍛(無飛邊)。
這是鍛造的核心工序。加熱好的坯料從爐中取出,迅速轉移到鍛造設備(鍛錘、壓力機等)上進行塑性變形。
主要方法:
過程控制: 需控制鍛造比(變形程度)、變形速度、變形溫度等參數,以獲得所需的金屬流線、晶粒組織和力學性能。可能需要多次加熱和變形(多火次鍛造)。
鍛后處理:
切邊與沖孔: 對于模鍛件,需要用切邊模切除飛邊(多余金屬),對于有孔的鍛件可能需要沖掉連皮。
熱校正: 對于在鍛造或冷卻過程中產生變形的鍛件,可能需要進行熱態下的校正。
清理: 去除鍛件表面的氧化皮、毛刺等。方法包括拋丸、噴砂、酸洗、滾筒清理等。
冷卻: 鍛造完成后,鍛件需要以適當的方式冷卻。冷卻方式(空冷、坑冷、爐冷等)對最終組織和性能有重要影響,需根據材料和要求確定,有時需要控制冷卻速度以防止開裂或獲得特定組織。
熱處理:
消除鍛造過程中的內應力。
細化晶粒,均勻組織。
調整和改善鍛件的力學性能(強度、硬度、韌性等)。
為后續機加工做好準備。
大多數鍛件都需要進行熱處理,以:
常見的熱處理工藝包括退火、正火、調質(淬火+高溫回火)等。
質量檢驗:
對鍛件進行全面的檢驗以確保其符合圖紙和技術要求。
外觀檢查: 檢查表面缺陷(裂紋、折疊、凹坑等)、尺寸和形狀。
無損檢測: 常用方法有超聲波探傷(UT - 檢測內部缺陷)、磁粉探傷(MT - 檢測表面和近表面缺陷)、滲透探傷(PT - 檢測表面開口缺陷)、射線探傷(RT - 檢測內部缺陷)。
力學性能測試: 在鍛件本體或同爐批的試樣上取樣,測試硬度、拉伸強度、屈服強度、沖擊韌性等。
金相檢驗: 檢查顯微組織(晶粒度、相組成、夾雜物等)。
化學成分分析: 驗證材料成分是否符合要求。
精整與標識:
精整: 對檢驗合格的鍛件進行最后的修磨、打磨等,去除微小缺陷或達到表面光潔度要求。
標識: 在鍛件規定位置打上標識(如爐批號、零件號、材料牌號、檢驗印記等),以便追溯。
附加說明:
冷鍛/溫鍛: 上述流程主要針對最常見的熱鍛。冷鍛在室溫下進行,變形抗力大,但精度高、表面好、強度提升顯著,常用于較小零件。溫鍛介于室溫和再結晶溫度之間,兼具部分熱鍛和冷鍛的優點。
潤滑: 在模鍛(尤其是精密鍛造)中,模具潤滑非常重要,可以減少摩擦、降低變形力、防止粘模、提高模具壽命和鍛件表面質量。
安全: 鍛造是高溫、高壓、高噪音的環境,必須嚴格遵守安全操作規程,佩戴好防護用品(隔熱服、安全帽、防護眼鏡、耳塞等)。
鍛造流程的選擇和具體操作參數(溫度、變形量、速度、熱處理制度等)需要根據鍛件的材料、形狀、尺寸、性能要求以及生產批量進行綜合確定。這是一個集材料科學、塑性力學、熱力學和機械工程于一體的復雜工藝過程。