GJB 904A《鍛造工藝質(zhì)量控制要求》問(wèn)題分析與建議

于 雷 李 凱 張中正 袁文明 王淑云

（1. 北京航空材料研究院，北京 100095；2. 中國(guó)船舶工業(yè)機(jī)關(guān)服務(wù)中心，北京 100861）

GJB 904A《鍛造工藝質(zhì)量控制要求》問(wèn)題分析與建議

于 雷1李 凱1張中正2袁文明1王淑云1

（1. 北京航空材料研究院，北京 100095；2. 中國(guó)船舶工業(yè)機(jī)關(guān)服務(wù)中心，北京 100861）

介紹了GJB 904A-1999在軍工武器裝備用鍛件研制、生產(chǎn)過(guò)程中的工藝質(zhì)量控制應(yīng)用實(shí)施情況，重點(diǎn)分析了該標(biāo)準(zhǔn)在近20年的應(yīng)用過(guò)程中暴露的問(wèn)題，并針對(duì)問(wèn)題提出該標(biāo)準(zhǔn)的修訂建議。

鍛造工藝；質(zhì)量控制；標(biāo)準(zhǔn)

塑性成形是人類發(fā)明的最古老的生產(chǎn)技術(shù)之一，千百年來(lái)，塑性成形技術(shù)在推進(jìn)制造技術(shù)進(jìn)步、支持科學(xué)技術(shù)發(fā)展乃至人類社會(huì)文明等方面做出了極其重要的貢獻(xiàn)[1]。而鍛造是金屬材料塑性成形的重要技術(shù)，目前已遍布全國(guó)各個(gè)領(lǐng)域，尤其在航空、航天、兵器和船舶等國(guó)防軍工行業(yè)作用更加顯著。GJB 904A-1999《鍛造工藝質(zhì)量控制要求》是金屬材料熱工藝5大質(zhì)量控制國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)之一，在其應(yīng)用十幾年來(lái)對(duì)于指導(dǎo)軍工行業(yè)鍛件的研制、生產(chǎn)發(fā)揮了重要的作用，已成為軍工鍛造行業(yè)最重要的工藝質(zhì)量控制依據(jù)。近年來(lái)，在新一代飛機(jī)、大型運(yùn)輸機(jī)、艦載機(jī)及其相應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)等新型號(hào)和其他軍工行業(yè)型號(hào)研制需求的推動(dòng)下，對(duì)鍛造工藝的質(zhì)量控制在材料、人員、工藝、設(shè)備和環(huán)境等方面都有很大程度的進(jìn)步，在新的要求下生產(chǎn)的鍛件在軍工行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用，GJB 904A-1999難以滿足武器裝備高性能和高可靠性鍛件的要求。

本文將簡(jiǎn)要介紹GJB 904A-1999的應(yīng)用情況及在使用過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，并對(duì)其提出相應(yīng)的修訂建議。

1 GJB 904A-1999應(yīng)用情況簡(jiǎn)介

目前，尚未查到與鍛造工藝質(zhì)量控制相關(guān)的國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)內(nèi)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)有GB/T 23135-2010《鍛造工藝質(zhì)量控制規(guī)范》、GJB 904A-1999《鍛造工藝質(zhì)量控制要求》和HB 5355-2014《鍛造工藝質(zhì)量控制》。GB/T 25135-2010《鍛造工藝質(zhì)量控制規(guī)范》是近年來(lái)新修訂的標(biāo)準(zhǔn)，部分吸收了行業(yè)發(fā)展中的新事物，也提出了部分工藝質(zhì)量控制方面的新要求，如人力資源控制、新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)控制、統(tǒng)計(jì)技術(shù)和持續(xù)改進(jìn)等，但作為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，更注重標(biāo)準(zhǔn)的通用性和普適性，對(duì)軍工鍛造行業(yè)缺乏針對(duì)性，不能滿足軍品鍛件的質(zhì)量控制要求；最新修訂的HB 5355-2014《鍛造工藝質(zhì)量控制》，內(nèi)容新穎，細(xì)化了對(duì)原材料入廠、復(fù)驗(yàn)、入庫(kù)、出庫(kù)和對(duì)材料生產(chǎn)廠的質(zhì)量控制要求，增加了選擇設(shè)備的范圍、工裝的保存和關(guān)鍵過(guò)程識(shí)別等要求，能基本滿足航空鍛件的工藝質(zhì)量控制要求，但其作為航空行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，適用范圍較窄，對(duì)其他軍工行業(yè)適用性較差。GJB 904A-1999由行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)HB 5355-1994轉(zhuǎn)化升級(jí)而來(lái)，發(fā)布實(shí)施后在軍工行業(yè)內(nèi)起到了對(duì)鍛造工藝管理的規(guī)范作用。GJB 904A-1999對(duì)軍工產(chǎn)品鍛造的環(huán)境、設(shè)備、工裝、原材料、工藝、技術(shù)文件和人員等方面均做了質(zhì)量控制要求。目前在我國(guó)軍工鍛造行業(yè)應(yīng)用最廣泛，已經(jīng)成為軍工鍛造產(chǎn)品研制、生產(chǎn)的質(zhì)量控制依據(jù)。并以此為基線轉(zhuǎn)化到各單位的質(zhì)量文件和相關(guān)工藝文件中。

2 存在的問(wèn)題

GJB 904A-1999是國(guó)防工業(yè)鍛造專業(yè)基礎(chǔ)性、綜合性和通用性標(biāo)準(zhǔn)，覆蓋面廣，它規(guī)定了軍工產(chǎn)品鍛造的人員、環(huán)境、設(shè)備、工裝、原材料、工藝和技術(shù)文件等方面的質(zhì)量控制要求，即要求軍工鍛件產(chǎn)品，除按產(chǎn)品技術(shù)要求進(jìn)行最終檢驗(yàn)外，還應(yīng)對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程按人、機(jī)、料、法、環(huán)5大要素進(jìn)行全過(guò)程控制。該標(biāo)準(zhǔn)是國(guó)防工業(yè)各部門鍛造工藝的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、工藝文件、設(shè)計(jì)圖樣中直接配套使用的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)，軍工產(chǎn)品鍛造技術(shù)文件編制、生產(chǎn)過(guò)程質(zhì)量控制、技術(shù)改造和規(guī)劃設(shè)計(jì)的重要技術(shù)依據(jù)，國(guó)防工業(yè)各單位進(jìn)行ISO 9000質(zhì)量認(rèn)證和軍方監(jiān)督檢查的主要內(nèi)容。GJB 904A-1999《鍛造工藝質(zhì)量控制》經(jīng)過(guò)近20年的應(yīng)用，在軍工行業(yè)研究所、工廠及修理廠鍛件的研制和生產(chǎn)中發(fā)揮了重要作用。但隨著時(shí)間的推移，在新一代飛機(jī)、大型運(yùn)輸機(jī)、艦載機(jī)及其相應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)等新型號(hào)和其他軍工行業(yè)型號(hào)研制需求的推動(dòng)下，新的鍛造方法、新鍛造設(shè)備和新的管理思想的不斷涌現(xiàn)，對(duì)鍛造過(guò)程控制要求和鍛件質(zhì)量要求不斷提高，GJB 904A-1999已經(jīng)不能完全滿足當(dāng)前軍工武器裝備對(duì)鍛造工藝質(zhì)量控制的要求。

2.1 技術(shù)內(nèi)容已不能滿足當(dāng)前技術(shù)發(fā)展的需要

隨著武器裝備的不斷進(jìn)步，新鍛造技術(shù)也不斷涌現(xiàn)，以滿足新型軍工武器裝備對(duì)鍛件性能的要求，GJB 904A-1999由于其編制年代較早，缺少對(duì)近些年出現(xiàn)的新技術(shù)的規(guī)定，如等溫鍛造技術(shù)和鈦合金準(zhǔn)β鍛造技術(shù)。

2.1.1 等溫鍛造

等溫鍛造是指把模具加熱到與坯料變形溫度相同或相近的溫度，在較低速度變形過(guò)程中，使熱毛坯和模具溫度基本保持不變的鍛造方法[2]。在我國(guó)軍工行業(yè)應(yīng)用廣泛，尤其在航空行業(yè)，如航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片、機(jī)匣，飛機(jī)機(jī)身承力框梁、機(jī)翼框梁等構(gòu)件上。建議增加對(duì)等溫鍛造技術(shù)的規(guī)定要求，主要有以下幾個(gè)方面：

1）定義：GJB 904A-1999不包括等溫鍛造技術(shù)相關(guān)內(nèi)容，也就不會(huì)對(duì)等溫鍛造進(jìn)行定義，但目前等溫鍛造技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)主要的鍛造方法，因此需在對(duì)其進(jìn)行定義，參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和書籍建議定義為“分別將模具和坯料加熱到基本相同的溫度，并采用相對(duì)較慢的變形速度（或應(yīng)變速率）實(shí)現(xiàn)鍛件成形的一種鍛造工藝”。

2）設(shè)備：隨著等溫鍛造技術(shù)的不斷發(fā)展，應(yīng)對(duì)其設(shè)備要求進(jìn)行規(guī)定。等溫鍛造設(shè)備與傳統(tǒng)鍛造設(shè)備在速率和溫度控制上都有所不同，如坯料恒應(yīng)變速率變形的功能。當(dāng)采用數(shù)字化控制液壓機(jī)進(jìn)行等溫鍛造時(shí)，也要注意數(shù)據(jù)采集和采集時(shí)間間隔，如壓機(jī)動(dòng)橫梁位置—時(shí)間、速度—時(shí)間、載荷壓力—時(shí)間等數(shù)據(jù)或曲線。

3）工裝：等溫鍛造過(guò)程中，模具溫度是影響鍛件組織、性能的重要參數(shù)，因此增加模具加熱裝置的控溫要求，以更好保證等溫鍛件的質(zhì)量。如等溫鍛造模具加熱裝置的設(shè)計(jì)和制造需保證具備足夠的加熱功率。模具加熱裝置是否需要配備自動(dòng)控溫、記錄、超溫報(bào)警等裝置，建議控溫區(qū)至少配備兩支熱電偶，用于實(shí)現(xiàn)控溫、記錄和報(bào)警。控溫儀表、記錄儀表、報(bào)警儀表等建議不低于Ⅳ類加熱爐的技術(shù)要求。

4）工藝過(guò)程：等溫鍛造工藝過(guò)程控制是鍛造行業(yè)公認(rèn)的難點(diǎn)，而模具溫度和變形速度又是等溫鍛造的技術(shù)要點(diǎn)，需要對(duì)等溫鍛造生產(chǎn)實(shí)施過(guò)程中模具溫度控制、速度控制、工藝參數(shù)記錄與存檔要求進(jìn)行規(guī)定。

2.1.2 鈦合金準(zhǔn)β鍛造

鈦合金準(zhǔn)β鍛造工藝比常規(guī)的α+β鍛造加熱溫度高、變形抗力小、容易成形、成品率高，可以獲得細(xì)小的低倍組織和高塑性的網(wǎng)籃組織，是先進(jìn)的鈦合金鍛造工藝之一。在航空、航天等領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng)用。對(duì)鈦合金準(zhǔn)β鍛造內(nèi)容建議規(guī)定要求，主要有以下幾個(gè)方面：

1）定義：GJB 904A-1999不包括鈦合金準(zhǔn)β鍛造技術(shù)相關(guān)內(nèi)容，自然不會(huì)對(duì)鈦合金準(zhǔn)β鍛造進(jìn)行定義，參考相關(guān)資料建議定義為“在α+β區(qū)上部溫度預(yù)熱后隨爐升溫至Tβ-5℃～Tβ+30℃，短時(shí)間加熱后進(jìn)行鍛造，獲得初生α相含量不大于5%的網(wǎng)籃組織”。

2）加熱爐要求：鈦合金準(zhǔn)β鍛造工藝對(duì)控溫精度要求高，因此一般推薦采用Ⅱ類爐進(jìn)行加熱比較合理，但由于我國(guó)工廠的實(shí)際情況，存在很多工廠用Ⅲ類爐從事鈦合金鍛造的生產(chǎn)，因此也可以推薦規(guī)定采用Ⅲ類爐加熱坯料時(shí)應(yīng)在鍛造前檢測(cè)加熱爐溫度均勻性的規(guī)定，主要是為滿足鈦合金準(zhǔn)β鍛造工藝要求的加熱“合格區(qū)”，保證加熱區(qū)爐溫均勻性滿足工藝要求。

2.2 數(shù)字化控制鍛造設(shè)備對(duì)設(shè)備控制提出新要求

關(guān)于“數(shù)字化鍛造設(shè)備”在之前沒(méi)有明確定義，而目前數(shù)字化鍛造設(shè)備應(yīng)用越來(lái)越多，需要對(duì)其進(jìn)行定義，參考相關(guān)資料并詢問(wèn)行業(yè)有關(guān)專家建議定義為“借助計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)處理模塊、傳感器等技術(shù)手段，采用數(shù)字化輸入方法實(shí)現(xiàn)鍛造過(guò)程設(shè)備動(dòng)橫梁位移、角度、速度以及載荷等的自動(dòng)或半自動(dòng)控制，并具備對(duì)鍛造過(guò)程關(guān)鍵工藝參數(shù)自動(dòng)采集、存儲(chǔ)功能的鍛造設(shè)備”。建議在標(biāo)準(zhǔn)中增加對(duì)數(shù)字化控制鍛造設(shè)備傳感器、數(shù)據(jù)處理模塊的檢驗(yàn)和維護(hù)要求并明確其操作控制系統(tǒng)的環(huán)境要求，以提高設(shè)備的可靠性、穩(wěn)定性，減少工作過(guò)程中因設(shè)備模塊故障、系統(tǒng)失效而引發(fā)的質(zhì)量事故。

2.3 加熱設(shè)備及工藝儀表

加熱設(shè)備及工藝儀表是鍛造生產(chǎn)中影響產(chǎn)品質(zhì)量的重要因素，加熱爐有效工作區(qū)的溫度均勻性、工藝儀表系統(tǒng)的精度與可靠性等因素直接影響著工藝的實(shí)施效果，進(jìn)而影響鍛件的組織和性能，有必要予以重視，對(duì)其進(jìn)行明確和規(guī)范。

GJB 904A-1999規(guī)定電爐和油爐可作為鍛造加熱設(shè)備。油爐作為液體燃料爐，燃料雖經(jīng)過(guò)預(yù)先霧化處理，但燃燒過(guò)程仍不易控制，致使?fàn)t溫均勻性控制較難實(shí)現(xiàn)，爐溫可控性相對(duì)較差；而感應(yīng)爐通過(guò)感應(yīng)加熱的特點(diǎn)也使得常規(guī)的自動(dòng)控溫手段不易實(shí)施。因此，在采用上述兩種爐進(jìn)行加熱時(shí)，需加強(qiáng)其控制，建議在加熱時(shí)對(duì)坯料溫度進(jìn)行輔助測(cè)量監(jiān)控的要求，如光學(xué)高溫計(jì)等。

GJB 904A-1999規(guī)定“爐膛超過(guò)1.2m或功率超過(guò)75k W的鍛造電加熱爐應(yīng)分區(qū)控溫。對(duì)于油爐或燃?xì)鉅t爐膛任一尺寸超過(guò)2m時(shí)，也應(yīng)分區(qū)控溫”。然隨著爐體保溫隔熱技術(shù)的進(jìn)步，較大功率的電爐也能較好的實(shí)現(xiàn)爐溫均勻性，現(xiàn)在的爐溫均勻性與功率無(wú)必然關(guān)系，而油爐自身較難控溫的特點(diǎn)，生產(chǎn)中油爐無(wú)必須配置控溫裝置的硬性規(guī)定。因此建議刪除GJB 904A-1999中功率超過(guò)75kW的電爐和大爐膛尺寸的油爐分區(qū)控溫的要求。

針對(duì)控溫區(qū)熱電偶接線要求，GJB 904A-1999規(guī)定“控溫區(qū)最少要有兩個(gè)熱電偶，分別用于爐溫顯示和爐溫控制，必要時(shí)還應(yīng)配有控制報(bào)警裝置”。GJB 509B-2008規(guī)定“加熱爐的每個(gè)加熱區(qū)應(yīng)至少配備兩支熱電偶，安放在有效工作區(qū)內(nèi)，一支熱電偶接記錄儀表，另一支熱電偶接控溫儀表（需要時(shí)對(duì)該熱電偶指示的溫度進(jìn)行記錄），其中至少應(yīng)有一塊儀表具有報(bào)警功能并接報(bào)警保護(hù)裝置”，目前一些航空鍛造廠的熱電偶接法為“控溫區(qū)至少應(yīng)有兩個(gè)熱電偶，一個(gè)接自動(dòng)控溫儀表和溫度指示自動(dòng)記錄儀表裝置；另一個(gè)接報(bào)警裝置”，一些航空鍛造廠按GJB 509B-2008方法執(zhí)行，另在各單位外貿(mào)產(chǎn)品生產(chǎn)中依據(jù)不同的技術(shù)要求對(duì)熱電偶與工藝儀表接線的規(guī)定不盡相同。本作者認(rèn)為，將接自動(dòng)控溫儀表和溫度指示自動(dòng)記錄儀表裝置接在一個(gè)熱電偶上，另一個(gè)接報(bào)警裝置，保證了記錄和控溫的一致性，該接線方法更可取，且國(guó)內(nèi)在做轉(zhuǎn)包生產(chǎn)時(shí)，已按此接線方法進(jìn)行熱處理。因此，GJB 904A-1999的規(guī)定不盡合理，建議經(jīng)調(diào)研和分析后對(duì)其進(jìn)行修改。

2.4 材料

GJB 904A-1999規(guī)定“鍛件用原材料應(yīng)經(jīng)過(guò)鑒定”，而原材料鑒定通常包含鍛件制備和鍛件性能考核方面的內(nèi)容，即鍛件用原材料的鑒定是一個(gè)依據(jù)其產(chǎn)品性能得出的后驗(yàn)結(jié)論，若要求鍛造用原材料必須經(jīng)過(guò)鑒定，將不便于過(guò)程操作，建議刪除此條?，F(xiàn)代質(zhì)量管理對(duì)過(guò)程管控更加嚴(yán)格，需增加當(dāng)生產(chǎn)過(guò)程發(fā)生主導(dǎo)工藝更改時(shí)，最好經(jīng)采購(gòu)方的同意或經(jīng)評(píng)審的要求，這樣才能把控原材料的重要生產(chǎn)過(guò)程。

2.5 工裝

GJB 904A-1999對(duì)工裝規(guī)定偏簡(jiǎn)單，為便于工裝管理，建議依據(jù)用途分類為成形工裝、裝配定位輔助模塊和模具加熱裝置。由于等溫鍛造、熱模鍛等工藝需要對(duì)模具進(jìn)行加熱，需要對(duì)模具的加熱裝置進(jìn)行管理?，F(xiàn)階段國(guó)內(nèi)鍛造企業(yè)對(duì)模具加熱裝置的使用、檢定、維護(hù)缺乏系統(tǒng)的管控，且有些模具加熱裝置不同于坯料加熱爐，不便于采用加熱設(shè)備類管控規(guī)范對(duì)其進(jìn)行技術(shù)管控。國(guó)內(nèi)從事等溫鍛造生產(chǎn)的621所、148廠、3007廠目前也確實(shí)按照工裝管理方式對(duì)模具加熱裝置進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)管理，因此，將模具加熱裝置放入到工裝管理中更為合適。

2.6 其他

由于GJB 904A-1999實(shí)施發(fā)布已經(jīng)近20年，其內(nèi)容還有很多方面不盡完善，如對(duì)人員、環(huán)境的要求已不符合現(xiàn)代的規(guī)定，缺少冷態(tài)鍛件及半成品坯料轉(zhuǎn)移及防護(hù)要求、合格供應(yīng)商管理要求、新工藝、新材料、新技術(shù)、新設(shè)備和主導(dǎo)工藝更改評(píng)審要求，關(guān)鍵過(guò)程的控制要求等。

3 修訂建議

鑒于GJB 904A-1999對(duì)軍工行業(yè)鍛件質(zhì)量控制起著非常重要的作用，應(yīng)結(jié)合GJB 904A-1999發(fā)布實(shí)施以來(lái)暴露出的問(wèn)題進(jìn)行修訂，以保持標(biāo)準(zhǔn)的先進(jìn)性，提高標(biāo)準(zhǔn)的可操作性。具體修訂建議如下：

收集、分析“等溫鍛造”、“鈦合金準(zhǔn)β鍛造”和“數(shù)字化控制鍛造設(shè)備”的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和資料，調(diào)研軍工廠、所對(duì)上述內(nèi)容的應(yīng)用實(shí)施的具體情況，增加其術(shù)語(yǔ)和定義、設(shè)備、工裝及工藝等要求。

在工藝過(guò)程控制方面，明確了新工藝、新材料、新技術(shù)、新設(shè)備和鍛件生產(chǎn)主導(dǎo)工藝更改的評(píng)審要求，增加了鍛件試制及批產(chǎn)前首件（批）鑒定的要求，明確了關(guān)鍵過(guò)程的工藝質(zhì)量控制要求。

對(duì)材料管理方面，取消了鍛件用原材料應(yīng)經(jīng)過(guò)鑒定的要求，增加原材料生產(chǎn)過(guò)程主導(dǎo)工藝更改的評(píng)審要求，細(xì)化原材料入廠管理要求；補(bǔ)充工藝材料的質(zhì)量管理要求，明確重要工藝材料采購(gòu)及控制要求。

在工裝與設(shè)備管理方面，需完善設(shè)備、儀表、測(cè)具與工裝的使用、維護(hù)、檢定、管理要求；增加鍛造用工裝的類別劃分規(guī)定。

根據(jù)當(dāng)前對(duì)環(huán)境的要求，參考GBZ 1-2010《工業(yè)企業(yè)設(shè)計(jì)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》、GB 13318-2003《鍛造生產(chǎn)安全與環(huán)保通則》和相關(guān)資料對(duì)鍛造廠房設(shè)計(jì)，溫度和照明，業(yè)污水排放等要求進(jìn)行規(guī)定。

4 結(jié)論

GJB 904A-1999在軍工行業(yè)研究所、工廠及修理廠鍛件的研制和生產(chǎn)中發(fā)揮了重要作用。近年來(lái)，隨著我國(guó)軍工鍛造行業(yè)迅速發(fā)展，其鍛造技術(shù)、工藝、設(shè)備等方面都取得了巨大的進(jìn)步，對(duì)鍛造生產(chǎn)過(guò)程中涉及的人員、環(huán)境、材料、設(shè)備、儀表、工裝、工藝、檢驗(yàn)等方面的質(zhì)量控制提出了新要求。GJB 904A-1999已經(jīng)不能夠滿足當(dāng)前軍工武器裝備對(duì)鍛件的研制和生產(chǎn)的過(guò)程控制和質(zhì)量驗(yàn)收，需要對(duì)其進(jìn)行修訂。修訂后的GJB 904將適用于軍工產(chǎn)品鍛件生產(chǎn)過(guò)程的工藝質(zhì)量控制，更好的指導(dǎo)軍工鍛造工藝的過(guò)程控制與質(zhì)量管理。

[1] 郭靈，王淑云，林海. 先進(jìn)航空材料及構(gòu)件鍛壓成形技術(shù) [M]. 北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2001，3.

[2] 張鈺成，賴周藝，劉仲文等. 等溫鍛造技術(shù)的發(fā)展[J]. 第九屆全國(guó)塑性工程學(xué)術(shù)年會(huì)論文摘要集，2005.■

T-65

C

1003-6660（2017）03-0008-04

10.13237/j.cnki.asq.2017.03.002

[收修訂稿日期] 2017-03-22

（編輯：雨晴）