上海申弘閥門有限公司
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化工閥門鍛造技術 |
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| 詳細介紹 | ||||||||||||||||
化工閥門鍛造技術鍛造的種類 化工閥門鍛造技術 化工高溫高壓閥門鍛造技術 化工閥門鍛造
一、化工閥門鍛造技術鍛造的種類 （一） 根據變形溫度分類 當溫度超過300-400℃（鋼的藍脆區），達到700-800℃時，變形阻力將急劇減小，變形能也得到很大改善。根據在不同的溫度區域進行的鍛造，針對鍛件質量和鍛造工藝要求的不同，可分為冷鍛、溫鍛、熱鍛三個成型溫度區域。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。不加熱在室溫下的鍛造叫冷鍛。 在低溫鍛造時，鍛件的尺寸變化很小。在700℃以下鍛造，氧化皮形成少，而且表面無脫碳現象。因此，只要變形能在成形能范圍內，冷鍛容易得到很好的尺寸精度和表面光潔度。只要控制好溫度和潤滑冷卻，700℃以下的溫鍛也可以獲得很好的精度。熱鍛時，由于變形能和變形阻力都很小，可以鍛造形狀復雜的大鍛件。要得到高尺寸精度的鍛件，可在900-1000℃溫度域內用熱鍛加工。另外，要注意改善熱鍛的工作環境。鍛模壽命（熱鍛2-5千個，溫鍛1-2萬個，冷鍛2-5萬個）與其它溫度域的鍛造相比是較短的，但它的自由度大，成本低。坯料在冷鍛時要產生變形和加工硬化，使鍛模承受高的荷載，因此，需要使用高強度的鍛模和采用防止磨損和粘結的硬質潤滑膜處理方法。另外，為防止坯料裂紋，需要時進行中間退火以保證需要的變形能力。為保持良好的潤滑狀態，可對坯料進行磷化處理。在用棒料和盤條進行連續加工時，目前對斷面還不能作潤滑處理，正在研究使用磷化潤滑方法的可能。 （二） 根據坯料的移動方式分類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 定義：利用沖擊力或壓力使金屬在上下砧面間各個方向自由變形，不受任何限制而獲得所需形狀及尺寸和一定機械性能的鍛件的一種加工方法，簡稱自由鍛。 特點：自由鍛造所用工具和設備簡單，通用性好，成本低。 同鑄造毛坯相比，自由鍛消除了縮孔、 縮松、氣孔等缺陷，使毛坯具有更高的力學性能。鍛件形狀簡單，操作靈活。因此，它在重型機器及重要零件的制造上有特別重要的意義。 分類：主要有手工鍛造和機械鍛造兩種。手工自由鍛生產效率低，勞動強度大，僅用于修配或簡單、小型、小批鍛件的生產。 在現代工業生產中，機器自由鍛已成為鍛造生產的主要方法，在重型機械制造中，它具有特別重要的作用。 而產生的鍛件形狀和尺寸主要由操作工的技術水平決定。 主要設備：自由鍛造的設備分為鍛錘和液壓機兩大類。生產中使用的鍛錘有空氣錘和蒸汽-空氣錘，有些廠還使用結構簡單，投資少的彈簧錘、夾板錘、杠桿錘和鋼絲錘等。液壓機是以液體產生的靜壓力使坯料變形的，是生產大型鍛件的*方式。 基本工序：
拔長示意圖 【拔長】也稱延伸，它是使坯料橫斷面積減小、長度增加的鍛造工序。拔長常用于鍛造桿、軸類零件。拔長的方法主要有兩種： （1）在平砧上拔長。 （2）在芯棒上拔長。鍛造時，先芯棒插入沖好孔的坯料中，然后當作實心坯料進行拔長。拔長時，一般不是一次拔成，先將坯料拔成六角形，鍛到所需長度后，再倒角滾圓，取出芯棒。為便于取出芯棒，芯棒 的工作部分應有1：100 左右的斜度。這種拔長方法可使空心坯料的長度增加， 壁厚減小， 而內徑不變，常用于鍛造套筒類長空心鍛件。 鐓粗示意圖 【鐓粗】是使毛坯高度減小，橫斷面積增大的鍛造工序。 鐓粗工序主要用于鍛造齒輪坯、圓餅類鍛件。鐓粗工序可以有效地改善坯料組織，減小力學性能的異向性。 鐓粗與拔長的反復進行，可以改善高合金工具鋼中碳化物的形態和分布狀態。鐓粗主要有以下三種形式： （1）*鐓粗。*鐓粗是將坯料豎直放在砧面上， 在上砧的錘擊下， 使坯料產生高度減小，橫截面積增大的塑性變形。 （2）端部鐓粗。將坯料加熱后，一端放在漏盤或胎模內，限制這一部分的塑性變形，然后錘擊坯料的另一端， 使之鐓粗成形。用漏盤的鐓粗方法， 多用于小批量生產；胎模鐓粗的方法， 多用于大批量生產。在單件生產條件下，可將需要鐓粗的部分局部加熱，或者全部加熱后將不需要鐓粗的部分在水中激冷，然后進行鐓粗。 （3）中間鐓粗。這種方法用于鍛造中間斷面大，兩端斷面小的鍛件，例如雙面都有凸臺的齒輪坯就采用此法鍛造。坯料鐓粗前，需先將坯料兩端拔細，然后使坯料直立在兩個漏盤中間進行錘擊，使坯料中間部分鐓粗。 為了防止鐓粗時坯料彎曲，坯料高度h與直徑d之比h/d ≤ 2.5 。 沖孔示意圖 【沖孔】是在坯料上沖出透孔或不透孔的鍛造工序。 沖孔的方法主要有以下兩種： （1）雙面沖孔法。用沖頭在坯料上沖至2/3～3/4深度時，取出沖頭，翻轉坯料，再用沖頭從反面對準位置，沖出孔來。 （2）單面沖孔法。厚度小的坯料可采用單面沖孔法。沖孔時，坯料置于墊環上，一略帶錐度的沖頭大端對準沖孔位置，用錘擊方法打入坯料，直至孔穿透為止。 彎曲示意圖 【彎曲】采用一定的工模具將坯料彎成所規定的外形的鍛造工序，稱為彎曲。 常用的彎曲方法有以下兩種： （1）鍛錘壓緊彎曲法。 坯料的一端被上、下砧壓緊，用大錘打擊或用吊車拉另一端，使其彎曲成形。 （2）模彎曲法。在墊模中彎曲能得到形狀和尺寸較準確的小型鍛件。 切割示意圖 【切割】是指將坯料分成幾部分或部分地割開，或從坯料的外部割掉一部分，或從內部割出一部分的鍛造工序。錯移示意圖 【錯移】是指將坯料的一部分相對另一部分平行錯開一段距離，但仍保持軸心平行的的鍛造工序，常用于鍛造曲軸零件。錯移時，先對坯料進局部切割，然后在切口兩側分別施加大小相等、方法相反且垂直于軸線的沖擊力或壓力，使坯料實現錯移。
鍛接示意圖 【鍛接】是將坯料在爐內加熱至高溫后，用錘快擊，使兩者在固態結合的鍛造工序。鍛接的方法有搭接、對接、咬接等。鍛接后的接縫強度可達被連接材料強度的70%～80%。
扭轉示意圖自由鍛造的缺陷： 裂紋：可能由坯料質量不好、加熱不充分、鍛造溫度過低、鍛件冷卻不當和鍛造方法有誤造成的。 末端凹陷和軸心裂紋 折疊： 可能由于坯料在鍛壓時送進量小于單面壓下量而造成的。 2、模鍛 特點：在模鍛錘或壓力機上用鍛模將金屬坯料鍛壓加工成形的工藝。模鍛工藝生產效率高，勞動強度低，尺寸，加工余量小，并可鍛制形狀復雜的鍛件；適用于批量生產。但模具成本高，需有的模鍛設備，不適合于單件或小批量生產。 分類：根據設備不同，模鍛分為錘上模鍛，曲柄壓力機模鍛，平鍛機模鍛，摩擦壓力機模鍛等。錘上模鍛所用的設備為模鍛錘，通常為空氣模鍛錘，對形狀復雜的鍛件，先在制坯模腔內初步成形，然后在鍛模腔內鍛造。按鍛模結構分類：鍛模上有容納多余金屬的毛邊槽的，稱為開式模鍛；反之，鍛模上沒有容納多余金屬的毛邊飛槽的，稱為閉式模鍛。由原始坯料直接成型的，稱為單模膛模鍛。對形狀復雜的鍛件，在同一鍛模上需要經過若干工步的預成型的，稱為多模膛模鍛。 精密模鍛是在模鍛基礎上發展而來，能夠鍛造一些復雜形狀，尺寸精度高的零件，如：錐齒輪，葉片，航空零件等。 制備：模鍛用的鍛模，由上下兩個模塊組成,模膛4是鍛模的工作部分，上下模各一半。用燕尾和楔1、2固定在錘砧和工作臺上；并以鎖扣3或導柱導向,防止上下模塊錯位。金屬坯料按模膛的形狀變形。
（三）根據鍛模的運動方式分類 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。包括自由鍛在內的這種鍛造方式，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雜、精度高的產品,例如生產品種多、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致的，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：油壓驅動曲柄連桿機構的油壓機；（3）沖程限制方式：曲柄、連桿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。 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。此外，根據滑塊運動方式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的零件鍛造）方式之分，利用補償裝置可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。 二、鍛造的重要性 鍛造生產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，而且能改善金屬內部組織，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、內燃機曲軸、連桿、齒輪、軸承、以及國防工業方面的火炮等重要零件，均采用鍛造生產。 因此，鍛造生產廣泛的應用于冶金、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，鍛造生產亦具有重要位置。從某種意義上說，鍛件的年產量，模鍛件在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標，在一定程度上反映了一個國家的工業水平。
三、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。材料的原始狀態有棒料、鑄錠、金屬粉末和液態金屬。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，形狀和尺寸準確，表面質量好，便于組織批量生產。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良的鍛件。鑄錠僅用于大型鍛件。鑄錠是鑄態組織，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，在熱態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，可減少后續的切削加工。粉末鍛件內部組織均勻，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，在生產中的應用受到一定限制。對澆注在模膛的液態金屬施加靜壓力，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。液態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。 四、鍛造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zui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、殘余應力等檢驗和無損探傷。
五、鍛件特點 與鑄件相比，金屬經過鍛造加工后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后由于 七、鍛造生產危險因素及主要原因 在鍛造生產中，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。從安全技術勞動保護的角度來看，鍛造車間的特點是： （1）鍛造生產是在金屬灼熱的狀態下進行的（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產生的煙塵排入車間的空氣中，不但影響衛生，還降低了車間內的能見度（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（如鍛錘活塞桿的突然折斷），而造成嚴重的傷害事故。 （5）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，也有可能導致工傷事故。 （6）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。 （7）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。 （8）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。八、 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）生產設備本身有缺陷或毛病； （4）設備或工具損壞及工作條件不適當； （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適當； （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，以致采用了不正確的步驟和方法。九、鍛造行業發展狀況分析 現代鍛造業在歐美等發達國家已有上百年的歷史，*鍛造工藝和鍛造技術一直由德國、美國、日本和俄羅斯等國壟斷。我國鍛造業起步較發達國家晚，許多關鍵自由鍛件產品大多依賴進口，但隨著經濟發展水平的提高，與國外交流機會的增多，我國鍛造技術和工藝水平進步很快，很多產品已實現國產化，部分產品已出口國外，并且能與發達國家的同類產品相競爭。隨著經濟的發展和裝備制造業的進步，我國鍛件制造業迎來了快速發展的新時期。2010-2013 年我國鍛件產量從 2010 年的 705.21 萬噸增長至 2013 年的 881.57萬噸，年均復合增長率達 7.72%，呈穩定增長。2014 年我國鍛件產量增至 1,230.66萬噸，增速較快。截至 2015 年 10 月，我國鍛件產量累計值為 1,011.20 萬噸。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、產品檢測等方面均有了較大提高。 鍛制法蘭行業發展概況 法蘭（Flange）又叫法蘭盤或突緣，主要應用于管狀部件的連接。法蘭在機械零部件應用中非常普遍，廣泛應用于石化管道，金屬壓力容器，建筑物的上、下水管道，市政供水管道，船舶，電力等行業。根據所使用的原材料不同，法蘭又可以劃分為碳鋼法蘭、不銹鋼法蘭和合金鋼法蘭；根據制造工藝的不同，法蘭又可以劃分為鍛制法蘭和鑄造法蘭。鍛制法蘭主要是通過自由鍛或模鍛工藝加工生產；鑄造法蘭是通過澆鑄工藝制造法蘭。 目前，我國鍛制法蘭行業在裝備水平、鍛造技術和加工工藝上均取得了長足進步，產品的質量和性能已有大幅提升。由于人力成本較低，使得我國生產的鍛制法蘭在上具有較強的競爭優勢，近年來出口數量達到了較高水平。德國、日本等工業發達國家由于人力成本較高，其國內法蘭生產廠家已經很少，所需法蘭產品主要從中國、印度、巴西等發展中國家進口。 工藝設計：*廠家普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制造能力。引入并應用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制。 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。 熱處理技術：重點在于提高產品質量、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；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，各種水性淬火介質逐漸取代傳統的淬火油等。機加工技術：行業內數控機床的比例逐步提高，部分行業內企業設有加工中心，根據不同類型的產品配備了專有的加工機械，如五坐標加工中心、葉片加工機、軋輥磨、軋輥車床等。質量保障措施：國內部分企業已配備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。高速重載齒輪鍛件產品的關鍵生產技術不斷被攻克，并在此基礎上實現了產業化生產。在引進 國外新的生產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產裝備，這些裝備已接近*水平，技術和裝備水平的提升有力的促進了國內鍛造行業的發展。 |
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