Ⅰ類或Ⅱ類模鍛件鍛造工藝規(guī)程編制

北方通用動力集團(tuán)有限公司 （山西大同 037036） 李志廣

中國北方發(fā)動機研究所 （山西大同 037036） 代文忠 王曉慶

鍛造工藝規(guī)程是用文字、圖表或其他形式確定下來用以指導(dǎo)加工鍛件和鍛造操作的規(guī)范化程序和方法的一種技術(shù)文件，是如何獲得所需形狀、尺寸和力學(xué)性能鍛件的工藝過程控制的一種說明書，是鍛造生產(chǎn)管理和質(zhì)量管理的一項重要依據(jù)，也是確定鍛造工時定額和勞動成果的一項重要依據(jù)。

Ⅰ類模鍛件為關(guān)鍵件，即用于承受復(fù)雜應(yīng)力和沖擊振動、重負(fù)載工作條件、設(shè)計質(zhì)量受到限制的零件；Ⅱ類模鍛件為重要件，即用于承受固定重負(fù)載和較小沖擊振動工作條件的零件。因此，為確保Ⅰ類或Ⅱ類模鍛件“成形”和“改性”的可靠性、有效性和時效性，鍛造工藝規(guī)程編制則具有重要意義。

1.鍛造工藝規(guī)程編制前準(zhǔn)備工作

鍛造工藝規(guī)程在編制前應(yīng)做好鍛件毛坯圖與工序毛坯圖繪制、鍛模優(yōu)化設(shè)計、特殊過程確認(rèn)、鍛件批次管理和鍛造工序控制（含首件三檢）記錄卡編制等準(zhǔn)備工作。

（1）鍛件毛坯圖與工序毛坯圖繪制 鍛件毛坯圖是在零件圖基礎(chǔ)上再充分考慮到機加余量（含工藝余塊）、鍛造公差、形狀與尺寸、分模面、模鍛斜度、圓角半徑、沖孔連皮及相應(yīng)技術(shù)條件等通過機械制圖繪制而成的技術(shù)圖樣；鍛件工序毛坯圖是將與鍛件毛坯圖相關(guān)聯(lián)的具有一定形狀與尺寸的中間工序過渡毛坯通過機械制圖繪制而成的技術(shù)圖樣。合理繪制鍛件毛坯圖與工序毛坯圖可有效優(yōu)化鍛造工藝，優(yōu)化鍛模設(shè)計，確定坯料規(guī)格（含鍛造比），減少廢品損失，提高鍛件質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率和降低成本等。

（2）鍛模優(yōu)化設(shè)計 鍛模優(yōu)化設(shè)計是有效增強鍛模使用的合理性、可行性、可靠性、有效性及保障性的前提，是優(yōu)化鍛造工藝，優(yōu)化坯料規(guī)格，改善鍛造操作，減少廢品損失，提高鍛件質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，提高鍛模壽命和降低成本的關(guān)鍵。

（3）特殊過程確認(rèn) 當(dāng)生產(chǎn)和服務(wù)提供過程的輸出質(zhì)量特性值不能由后續(xù)的監(jiān)視或測量加以驗證而使問題在產(chǎn)品使用后或服務(wù)交付后才顯現(xiàn)時，應(yīng)進(jìn)行特殊過程確認(rèn)以證實過程能力符合性要求：①人（操作者的資格、配置與能力等）的確認(rèn)。②機（設(shè)備的類型選擇與設(shè)備類型、鍛件形狀與變形面積、模鍛工步和鍛模結(jié)構(gòu)等多種因素有關(guān)的設(shè)備噸位計算與選擇，鍛模設(shè)計結(jié)構(gòu)的合理性、可行性、可靠性、有效性和保障性以及現(xiàn)場有無鍛模實物等評價）的確認(rèn)。③料（材料牌號、坯料規(guī)格、表面質(zhì)量和執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)等）的確認(rèn)。④法（鍛造的始鍛溫度、終鍛溫度和鍛造纖維方向等；熱處理的加熱時間、加熱溫度、加熱介質(zhì)及鍛件硬度、金相組織、力學(xué)性能和裂紋探傷等）的確認(rèn)，確認(rèn)方法分直接確認(rèn)法和間接確認(rèn)法，在實踐中采用何種確認(rèn)方法應(yīng)一切從實際出發(fā)，理論聯(lián)系實際，具體問題具體分析。理論與實踐表明，在對鍛件質(zhì)量影響較大、檢測頻率較高及通過觀察和判斷檢測較難的鍛造溫度參數(shù)如始鍛溫度1200℃（即坯料鍛造允許的最高加熱溫度為1200℃）確認(rèn)時，適宜采用直接獲得與始鍛溫度參數(shù)有直接關(guān)系的非始鍛溫度參數(shù)直接確認(rèn)法，即采用目測＋時間參數(shù)＋實際爐溫的直接確認(rèn)法要比比采用目測＋紅外線測溫儀或光學(xué)測溫儀測溫的直接確認(rèn)法更為合理、簡單、實用、有效和具有可操作性。如果在規(guī)定加熱時間范圍的實際爐溫達(dá)到1270℃時坯料溫度恰好為1200℃（實際爐溫一般高于坯料溫度50～150℃，可采用紅外線測溫儀或光學(xué)測溫儀補充校驗），則可確認(rèn)始鍛溫度為1200℃時最高爐溫應(yīng)為1270℃，即可將在規(guī)定的加熱時間范圍、加熱爐儀表顯示爐溫為1270℃時的始鍛溫度為1200℃作為客觀證據(jù)編入鍛造工藝規(guī)程中。⑤環(huán)（工作環(huán)境、生產(chǎn)現(xiàn)場和多余物控制等）的確認(rèn)。⑥測（檢測內(nèi)容、方法、儀器、儀表、檢具、驗收標(biāo)準(zhǔn)及檢測結(jié)果等）的確認(rèn)。⑦過程能力符合工藝要求的確認(rèn)結(jié)論。

（4）鍛件批次管理 實行批次管理，以確保鍛件生產(chǎn)的歷史、應(yīng)用情況或所處場所的可追溯性：①將同一批次號的原材料按同一鍛造工藝規(guī)程由同一班次鍛造生產(chǎn)。②將每一班次鍛造生產(chǎn)件數(shù)確定為同一鍛造批次（也是相應(yīng)的熱處理批次），不同鍛造批次應(yīng)進(jìn)行隔離并做出明顯標(biāo)識。③在鍛件表面清理以后和最終檢驗以前打批次號標(biāo)記。④實行1件1號制（或同一批次數(shù)件同號制）。⑤每一鍛造批次只能填寫一個“鍛件批次管理工序流程卡”，在“鍛件批次管理工序流程卡”中還應(yīng)注明該鍛造批次的起止編號。

（5）鍛造工序控制（含首件三檢）記錄卡編制 為確保從輸入到輸出生產(chǎn)和服務(wù)提供過程始終受控，應(yīng)對鍛造工藝過程進(jìn)行連續(xù)監(jiān)視、測量、控制和記錄，“鍛造工序控制（含首件三檢）記錄卡”編制的內(nèi)容應(yīng)包括：①鍛前準(zhǔn)備：人員、坯料、設(shè)備、儀器、儀表、檢具、工裝和工作環(huán)境的符合性。②首件三檢：零件圖號與名稱、材料合格證中的爐批次號和批次號、設(shè)定爐溫、首件裝爐量，始鍛溫度與始鍛溫度控制方法，終鍛溫度與終鍛溫度控制方法，鍛件首件的操作者檢驗結(jié)果與簽字，操作班長檢驗結(jié)果與簽字，檢驗員檢驗結(jié)果與印章、檢驗結(jié)論、檢驗日期等內(nèi)容。③中間檢驗：鍛造工藝參數(shù)是否受控，鍛件形狀與尺寸是否合格，鍛件表面質(zhì)量是否合格。④過程控制：除以上內(nèi)容以外，還應(yīng)監(jiān)視、測量、控制和記錄工藝過程中有無影響鍛件質(zhì)量的異?，F(xiàn)象及本批次投入總件數(shù)、合格件數(shù)和廢品件數(shù)。

2.鍛造工藝規(guī)程編制中應(yīng)遵循原則

（1）合理性原則 在充分利用現(xiàn)有工藝條件及參照有關(guān)最新科研成果、文獻(xiàn)、文件、標(biāo)準(zhǔn)、制度和法律法規(guī)等基礎(chǔ)上再經(jīng)過反復(fù)提煉編制而形成，內(nèi)容表述應(yīng)科學(xué)、合理、正確、完整、統(tǒng)一、清晰、簡明、有邏輯性和文實相符。

（2）可行性原則 在規(guī)定的工藝條件下采用科學(xué)、可行、適宜、充分、規(guī)范和有效的規(guī)定程序與方法可成功地實現(xiàn)規(guī)定的工藝技術(shù)、質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)、安全和環(huán)保等指標(biāo)。

（3）可靠性原則 產(chǎn)品實現(xiàn)過程的質(zhì)量控制應(yīng)科學(xué)、可靠和有效，尤其是針對關(guān)鍵過程和薄弱環(huán)節(jié)等可能發(fā)生的潛在不合格或其他不期望情況應(yīng)進(jìn)行風(fēng)險或危害識別、分析、評估并具備有效的預(yù)防措施，還應(yīng)對已發(fā)生的不合格或其他不期望情況的有效糾正措施。

（4）可操作性原則 在監(jiān)視、測量、使用、控制和記錄有關(guān)客觀存在的真實性數(shù)據(jù)或證據(jù)時，應(yīng)盡可能地通過直接目測、觀察、判斷，或儀器、儀表顯示或檢具檢測等方法直接獲得，避免通過計算、比對、試驗、演示或在其他文件中查找等方法間接獲得。在操作過程中，所有操作應(yīng)簡單、方便、省時、省力、順利和安全。

（5）經(jīng)濟(jì)性原則 工藝流程較短，生產(chǎn)周期較短，投入較少，產(chǎn)出較大，消耗較小，勞動強度較小和成本較低。

Drug dose-response curve was fitted with Hill Eq 2.

（6）安全性原則 符合安全生產(chǎn)、工業(yè)衛(wèi)生和安全技術(shù)操作規(guī)程等有關(guān)規(guī)定，對有安全隱患或風(fēng)險的在工藝規(guī)程中應(yīng)有具體的安全技術(shù)要求規(guī)定并應(yīng)通過試鍛、試驗和評審等方式進(jìn)行安全性驗證，確保工藝過程安全可靠、人員平安健康。

（7）環(huán)保性原則 從輸入到輸出所涉及的有關(guān)人、機、料、法、環(huán)、測等各種因素，應(yīng)具有環(huán)境適應(yīng)性及對環(huán)境無影響或?qū)Νh(huán)境影響最小化。

3.鍛造工藝規(guī)程編制應(yīng)用實例

以396柴油機連桿鍛造工藝規(guī)程編制為例，在材料為34CrNiMo6、始鍛溫度1200℃、終鍛溫度850℃、設(shè)定爐溫1350℃（室式天然氣加熱爐、實際爐溫由控溫儀表顯示）、裝料爐溫50℃、坯料溫度20℃、緊靠放置加熱、裝爐量30件/爐（下料規(guī)格為φ110mm×265mm）及在1t自由鍛錘上制坯和在相對打擊能量較小的3t模鍛錘上模鍛的條件下，鍛造工藝過程為：下料→鍛前準(zhǔn)備→制坯前加熱→制坯→模鍛前加熱→模鍛（預(yù)鍛和終鍛）→切邊和沖孔→熱校正→首件檢驗→熱處理→熱處理后檢驗→清理→打磨→打標(biāo)記→最終檢驗。

（1）下料工序 ①設(shè)備和檢具的名稱、型號或功率。②抽檢1～3件，按原材料訂貨和驗收合同檢驗原材料質(zhì)量證明書與材料牌號、爐批次號、規(guī)格、執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)及表面質(zhì)量和投入數(shù)量的符合性。③對于合格、不合格、待驗、待定或有異常的原材料應(yīng)做出明顯標(biāo)識，按區(qū)分批存放和快速轉(zhuǎn)移等方式實行定置和定時管理，嚴(yán)禁混放。④當(dāng)對材料牌號、規(guī)格、冷熱加工狀態(tài)、執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)等代用及同意讓步使用、放行或接收的原材料，在使用前應(yīng)嚴(yán)格按照相應(yīng)審批程序辦理審批手續(xù)后才能轉(zhuǎn)入下道工序。

（2）鍛前準(zhǔn)備工序 ①檢驗坯料：核對合格證的零件圖號、材料牌號、爐批次號、批次號和投入數(shù)量；抽檢1～3件，核對坯料斷面尺寸、下料長度與公差、無表面折疊、裂紋、夾層和結(jié)疤等缺陷。②檢驗設(shè)備：鍛造設(shè)備、切邊設(shè)備和加熱爐等應(yīng)為完好設(shè)備并懸掛“完好”標(biāo)識。③檢驗檢具、儀器與儀表：游標(biāo)卡尺、測高尺、檢具、熱電偶和紅外線測溫儀等應(yīng)在檢定周期內(nèi)。④檢驗工裝：鍛模檢驗與修理周期，在檢驗合格或試鍛鍛件合格后鍛模才能正式投入批量生產(chǎn)；只要發(fā)現(xiàn)首件、中間件或尾件檢驗不合格的，或發(fā)現(xiàn)鍛件有折疊、裂紋、模鍛不足、未充滿和錯移缺陷較嚴(yán)重及終鍛溫度、殘余飛邊和飛邊沿鍛件四周分布等有異常的，或發(fā)現(xiàn)鍛模工作狀態(tài)或使用性能有異常的，則應(yīng)立即停止生產(chǎn)，在采取檢測、維修或更換鍛模等糾正措施解決以上問題后才能恢復(fù)生產(chǎn)。

（3）制坯前加熱工序 ①設(shè)備名稱、型號或功率。②設(shè)定爐溫。③裝爐量。④坯料放置方式。⑤裝料爐溫。⑥每爐連續(xù)加熱時間范圍。⑦當(dāng)超過規(guī)定的加熱時間范圍且實際爐溫升高到允許最高溫度時，應(yīng)立即降溫（將爐溫控制在規(guī)定范圍內(nèi)）進(jìn)行保溫。⑧當(dāng)實際爐溫≥1250℃且發(fā)現(xiàn)每爐只要有1件坯料端面中心處開裂或一鍛即裂時，則該爐坯料應(yīng)全部報廢。

（4）制坯工序 ①設(shè)備和檢具的名稱、型號或功率。②始鍛溫度與始鍛溫度控制：當(dāng)每爐連續(xù)加熱超過規(guī)定的最小加熱時間，加熱爐儀表顯示實際爐溫達(dá)到規(guī)定的溫度區(qū)間內(nèi)時，即可鍛造制坯。③終鍛溫度與終鍛溫度控制：將制坯時間控制在規(guī)定的最大極限時間范圍內(nèi)時，則終鍛溫度符合規(guī)定要求；當(dāng)制坯時間超過規(guī)定的最大極限時間范圍且制坯形狀與尺寸未達(dá)到制坯毛坯圖要求時，允許將該制坯件返爐再加熱后繼續(xù)鍛造制坯。④制坯后熱坯料應(yīng)在非強對流風(fēng)和無潮濕的地面堆放冷卻或在坑（箱）中冷卻；嚴(yán)禁將冷卻時間≤0.5h的熱坯料直接置于水中快速冷卻。⑤抽制坯件1～3件按制坯毛坯圖檢查形狀與尺寸（具體抽檢內(nèi)容應(yīng)逐一列出）。⑥首件制坯件數(shù)應(yīng)≤10件，從中任意取出3～5件進(jìn)行模鍛試鍛，在試鍛檢驗合格后才能進(jìn)行批量制坯生產(chǎn)。

（5）模鍛前加熱工序 ①設(shè)備名稱、型號或功率。②設(shè)定爐溫。③裝爐量。④坯料放置方式。⑤裝料爐溫。⑥每爐連續(xù)加熱時間。⑦當(dāng)超過規(guī)定加熱時間范圍且實際爐溫升高到允許最高溫度時，應(yīng)立即降溫（將爐溫控制在規(guī)定范圍內(nèi)）進(jìn)行保溫。⑧當(dāng)實際爐溫≥1250℃且發(fā)現(xiàn)每爐只有1件在預(yù)鍛中發(fā)生橫向斷裂時，則該爐制坯件應(yīng)全部報廢。

（6）模鍛工序 ①設(shè)備的名稱、型號或功率。②鍛模的名稱與圖號。③檢具的名稱、型號或功率。④鍛模預(yù)熱與冷卻控制：鍛模預(yù)熱可采用燃?xì)饧訜?、熱坯料烘烤或電爐加熱等方法進(jìn)行，預(yù)熱溫度為150～350℃；鍛模冷卻與潤滑的方法與介質(zhì)。⑤始鍛溫度與始鍛溫度控制：當(dāng)每爐連續(xù)加熱超過規(guī)定的最小加熱時間、加熱爐儀表顯示在實際爐溫規(guī)定的溫度區(qū)間內(nèi)時，即可預(yù)鍛；預(yù)鍛錘擊次數(shù)；用風(fēng)管至少2次吹凈下模模膛內(nèi)的氧化皮，預(yù)鍛坯料上部氧化皮隨時用風(fēng)管吹凈或清除。⑥終鍛溫度與終鍛溫度控制：將預(yù)鍛到終鍛的總時間控制在規(guī)定的最大極限時間范圍內(nèi)時，則終鍛溫度符合規(guī)定要求。⑦當(dāng)預(yù)鍛到終鍛的總時間超過規(guī)定最大極限時間范圍且形狀與尺寸未達(dá)到鍛件毛坯圖時，允許將該鍛件返爐再加熱到規(guī)定溫度后繼續(xù)終鍛。

（7）切邊和沖孔工序 ①設(shè)備的名稱、型號或功率。②切邊和沖孔模的名稱與圖號。③切邊和沖孔溫度控制：將終鍛后的鍛件停留時間控制在規(guī)定的最大極限停留時間范圍內(nèi)時，即鍛件溫度不低于切邊和沖孔規(guī)定溫度要求則應(yīng)進(jìn)行切邊和沖孔；當(dāng)終鍛后的鍛件停留時間超過規(guī)定的最大極限停留時間范圍（鍛件溫度低于規(guī)定的切邊和沖孔溫度）時則不允許切邊和沖孔，但允許將鍛件重新加熱到規(guī)定溫度后再進(jìn)行切邊和沖孔。

（8）熱校正工序 ①設(shè)備的名稱、型號或功率。②校正模的名稱與圖號。③熱校正溫度控制：將沖孔后的鍛件停留時間控制在規(guī)定的最大極限停留時間范圍內(nèi)時，即鍛件溫度不低于規(guī)定的熱校正溫度，則應(yīng)在鍛模的終鍛模膛內(nèi)進(jìn)行熱校正；當(dāng)沖孔后的鍛件停留時間超過規(guī)定的最大極限停留時間范圍（鍛件溫度低于規(guī)定的熱校正溫度）時，則不允許在鍛模的終鍛模膛內(nèi)熱校正，但允許將鍛件重新加熱到規(guī)定溫度后再進(jìn)行熱校正。④校正后的熱鍛件應(yīng)在非強對流風(fēng)和無潮濕的地面堆放冷卻或在坑（箱）中冷卻；嚴(yán)禁將冷卻時間≤0.5h的熱鍛件直接置于水中快速冷卻。⑤當(dāng)鍛件在熱處理后再冷校正時，必要時再增加410℃的去應(yīng)力退火工序以消除殘余應(yīng)力。

（9）首件檢驗工序 ①檢具的名稱、型號或規(guī)格。②將首次鍛造的前1～5件鍛件按鍛件毛坯圖進(jìn)行首件三檢：具體列出應(yīng)檢驗的尺寸與公差、幾何公差和表面質(zhì)量等內(nèi)容；當(dāng)首件三檢合格以后，允許在鍛件首件三檢記錄中只記錄首件三檢1～5件中的任意一件。③操作者應(yīng)填寫“鍛造工序控制（含首件三檢）記錄卡”。

（10）熱處理工序 分初次熱處理和最終熱處理（應(yīng)編制熱處理工藝規(guī)程或熱處理工藝指導(dǎo)書，在此從略）。

（11）熱處理后檢驗工序 ①設(shè)備和工具或檢具的名稱、型號或功率。②檢驗頻次與數(shù)量，按規(guī)定部位檢驗硬度值等。③理化檢驗：檢驗數(shù)量與頻次、纖維方向、金相、力學(xué)性能和裂紋探傷等。

（12）清理工序 ①設(shè)備或工具的名稱、型號或功率。②鍛件清理時間；清理次數(shù)一般為1次/批；當(dāng)清理質(zhì)量未滿足要求時，可延長清理時間或增加清理次數(shù)，但應(yīng)避免產(chǎn)生清理過度的現(xiàn)象。

（13）打磨工序 ①設(shè)備或工具的名稱、型號或功率。②當(dāng)鍛件表面有折疊、裂紋、夾層、夾雜、結(jié)疤和碰傷等缺陷、局部尺寸超上差、飛邊或毛刺超差等現(xiàn)象時允許打磨，打磨后的形狀與尺寸應(yīng)符合鍛件毛坯圖要求。

（14）打標(biāo)記工序 ①設(shè)備或工具的名稱、型號或功率。②實行1件1號制，按批次管理要求和在鍛件規(guī)定位置上打規(guī)定的鍛件批次標(biāo)記號。

（15）最終檢驗工序 ①表面質(zhì)量：采用目測或檢具對鍛件表面質(zhì)量進(jìn)行100%檢測；殘存或打磨后的有關(guān)鍛件缺陷應(yīng)符合鍛件毛坯要求。②形狀與尺寸：抽1～5件用檢具或目測檢測具體鍛件尺寸和錯移量、彎曲度等。③批次標(biāo)記：檢驗鍛件批次號標(biāo)記的正確性；每一批次鍛件只能填寫一個“鍛件批次管理工序流程卡”，并在每一道工序完成后應(yīng)有操作者簽字或檢驗員印章，在填寫完整后再進(jìn)行復(fù)印由指定人員留存（或用臺賬登記）。④以上檢驗合格后由檢驗員開具合格證（對于需要用戶代表檢驗的還應(yīng)加蓋用戶代表檢驗印章），最終再由生產(chǎn)部門將鍛件合格證、鍛件批次管理工序流程卡、鍛件轉(zhuǎn)移單和合格鍛件一同轉(zhuǎn)入下道工序。

4.鍛造工藝規(guī)程編制后的持續(xù)改進(jìn)

第一次就把工作做好固然重要，但鍛造工藝規(guī)程編制后工藝過程結(jié)果不可能達(dá)到最優(yōu)化程度，持續(xù)改進(jìn)PDCA循環(huán)還應(yīng)進(jìn)行多次。

（1）鍛造工藝規(guī)程分試制、臨時和正式工藝規(guī)程，在試制和定型時應(yīng)分別編制試制或臨時工藝規(guī)程和正式工藝規(guī)程，每種工藝規(guī)程還要經(jīng)過評審、多次更改和換版的過程。

（2）鍛造工藝參數(shù)與圖表、形狀與尺寸、材料規(guī)格與消耗、合格品率、效率、鍛模性能與壽命，以及成本等內(nèi)容不可能全部達(dá)到最佳狀態(tài)，工藝優(yōu)化還有一定的潛力和空間。

（3）鍛件質(zhì)量隱患具有特殊性、隱蔽性、偽裝性、因果性、遺傳性、重復(fù)性、季節(jié)性和時效性，工藝過程結(jié)果不易或不能經(jīng)濟(jì)地進(jìn)行驗證，質(zhì)量控制不可能做到萬無一失。

（4）鍛造過程控制能力或輸出質(zhì)量特性值會因人、機、料、法、環(huán)、測等變化而變化，對生產(chǎn)和服務(wù)提供、監(jiān)視、測量與分析等產(chǎn)品實現(xiàn)過程還應(yīng)再次進(jìn)行特殊過程確認(rèn)。

（5）鍛件交付下道工序后的產(chǎn)品輸出又將直接成為下道工序的產(chǎn)品輸入，在產(chǎn)品整個壽命周期的不同階段應(yīng)不間斷地對產(chǎn)品技術(shù)狀態(tài)進(jìn)行質(zhì)量跟蹤管理。