鍛造的基本知識

法蘭毛坯

鋼的開始再結(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(jù)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(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長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)點是與鍛件尺寸相比，鍛造力較小情況下也可實現(xiàn)形成。包括自由鍛在內(nèi)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，將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、尺寸大的汽輪機葉片等鍛件。鍛造設(shè)備的模具運動與自由度是不一致的，根據(jù)下死點變形限制特點，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)動滑塊的油壓機。

2、準沖程限制方式：油壓驅(qū)動曲柄連桿機構(gòu)的油壓機。

3、沖程限制方式：曲柄、連桿和楔機構(gòu)驅(qū)動滑塊的機械式壓力機。

4、能量限制方式：利用螺旋機構(gòu)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(yīng)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(yīng)注意調(diào)整滑塊導(dǎo)軌間隙、保證剛度，調(diào)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、潤滑冷卻和高速生產(chǎn)的零件鍛造)方式之分，利用補償裝置可順利鍛造出大型盤類件產(chǎn)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、產(chǎn)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

鍛造生產(chǎn)是機械制造工業(yè)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，而且能改善金屬內(nèi)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，大多采用鍛造生產(chǎn)方法制造。如汽輪發(fā)電機軸、轉(zhuǎn)子、葉輪、葉片、護環(huán)、大型水壓機立柱、高壓缸、軋鋼機軋輥、內(nèi)燃機曲軸、連桿、齒輪、軸承、以及國防工業(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、拖拉機、收獲機械、石油、化工、航空、航天、兵器等工業(yè)部門，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，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國家的工業(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械性能均勻、良好，形狀和尺寸準確，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。因此必須通過大的塑性變形，將柱狀晶破碎為細晶粒，將疏松壓實，才能獲得優(yōu)良的金屬組織和機械性能。

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，可減少后續(xù)的切削加工。粉末鍛件內(nèi)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，在生產(chǎn)中的應(yīng)用受到一定限制。對澆注在模膛的液態(tài)金屬施加靜壓力，使其在壓力作用下凝固、結(jié)晶、流動、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最長，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(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)過外觀和硬度檢查，重要鍛件還要經(jīng)過化學(xué)成分分析、機械性能、殘余應(yīng)力等檢驗和無損探傷。

鍛件特點

與鑄件相比，金屬經(jīng)過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，使原來的粗大枝晶和柱狀晶粒變?yōu)榫Я］^細、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)性能與長的使用壽命采用精密模鍛、冷擠壓、溫擠壓等工藝生產(chǎn)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(xiàn)。鑄件過程建造了精致的顆粒結(jié)構(gòu)，并改進了金屬的物理屬性。在零部件的現(xiàn)實使用中，一個正確的設(shè)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，即把冶煉好的液態(tài)金屬，用澆注、壓射、吸入或其它澆鑄方法注入預(yù)先準備好的鑄型中，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

鍛造過程應(yīng)注意的地方

1.鍛造加工過程包括：將材料切割成所需尺寸、加熱、鍛造、熱處理、清理和檢驗。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所內(nèi)進行。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：中等強度的體力勞動，干熱的小氣候環(huán)境，產(chǎn)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(dǎo)致熱量在體內(nèi)積累，熱量加上代謝的熱量，會造成散熱失調(diào)和病理變化。8小時勞動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。在較小鍛造車間或離熱源較遠處，貝哈二氏熱應(yīng)激指數(shù)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(jié)，暴露于小氣候環(huán)境的變化中可能在一定程度上促進其適應(yīng)性，但迅速而過于頻繁的變化，可能構(gòu)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，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:型鍛錘必然會產(chǎn)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(zhì)性和功能性失調(diào)，會降低工作能力和影響安全。

危險因素

鍛造生產(chǎn)危險因素及主要原因

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)勞動保護的角度來看，鍛造車間的特點是：

1． 鍛造生產(chǎn)是在金屬灼熱的狀態(tài)下進行的（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，稍不小心就可能發(fā)生灼傷。

2． 鍛造車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，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． 鍛造車間的加熱爐在燃燒過程中產(chǎn)生的煙塵排入車間的空氣中，不但影響衛(wèi)生，還降低了車間內(nèi)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． 鍛造生產(chǎn)所使用的設(shè)備如空氣錘、蒸汽錘、摩擦壓力機等，工作時發(fā)出的都是沖擊力。設(shè)備在承受這種沖擊載荷時，本身容易突然損壞（如鍛錘活塞桿的突然折斷），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(shè)備的突然損壞等情況也時有發(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、拉伸鍛壓機和水壓機這類鍛壓設(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(fā)出的力量已是夠大的了。如果模子安裝或操作時稍有不正確，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)整上的錯誤或工具操作的不當(dāng)，就可能引起機件的損壞以及其他嚴重的設(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(dāng)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(shè)備在運行中發(fā)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(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、 鍛造車間工傷事故的原因分析

1． 需要防護的地區(qū)、設(shè)備缺乏防護裝置和安全裝置。

2． 設(shè)備上的防護裝置不完善，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(yè)時，互相配合不協(xié)調(diào)。

10． 缺乏技術(shù)教育和安全知識，以致采用了不正確的步驟和方法。

水平分析

中國鍛造行業(yè)是在引進、消化、吸收國外技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，經(jīng)過多年的技術(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、鍛造技術(shù)、熱處理技術(shù)、機加工技術(shù)、產(chǎn)品檢測等方面均有了較大提高。

（1）工藝設(shè)計

先進廠家普遍采用了熱加工計算機模擬技術(shù)、計算機輔助工藝設(shè)計以及虛技術(shù)， 提高了工藝設(shè)計水平和產(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，實現(xiàn)計算機設(shè)計和熱加工的過程控制。

（2）鍛造技術(shù)

40MN及以上的水壓機多數(shù)配備了100-400t.m主鍛造操作機和20-40t.m的輔助操作機，相當(dāng)數(shù)量的操作機采用計算機控制，實現(xiàn)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(shù)

重點在于提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高熱處理效率以及節(jié)約能源、保護環(huán)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(xiàn)自動調(diào)節(jié)燃燒、調(diào)節(jié)爐溫、自動點火及加熱參數(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）機加工技術(shù)

行業(yè)內(nèi)數(shù)控機床的比例逐步提高，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械，如五坐標(biāo)加工中心、葉片加工機、軋輥磨、軋輥車床等。

（5）質(zhì)量保障措施

國內(nèi)部分企業(yè)已配備最新的檢測儀表和測試技術(shù)，采用計算機控制數(shù)據(jù)處理的現(xiàn)代自動化超聲波探傷檢測系統(tǒng)，采用各種專用的自動超聲波探傷系統(tǒng)，完成各種質(zhì)量體系的認證等。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)上實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)