法蘭鍛件自由鍛工藝過程的控制要點

趙宏偉

(忻州市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢驗測試所，山西 忻州 034000)

0 引言

法蘭連接具有可靠的強度、良好的密封和方便的安裝、拆卸、維修等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于化工、石油、消防、給排水、建筑、水暖、造船等工業(yè)中[1]。鍛造工藝能有效改善原材料的組織，且流線分布合理，鍛件性能好[2]。故法蘭件通常通過鍛造制坯、切削加工制造和熱處理改性的傳統(tǒng)方法來生產(chǎn)，并獲得質(zhì)量合格的產(chǎn)品。由于大多數(shù)法蘭件是在高壓環(huán)境中服役的，要求具有較高的力學性能。因此，法蘭在制坯中的鍛件質(zhì)量直接決定著法蘭零件性能能否達標。本文針對法蘭鍛件的自由鍛造過程進行研究，對質(zhì)量控制要點做一些總結(jié)分析，從法蘭鍛件的生產(chǎn)過程入手來保證制造質(zhì)量。

1 鍛造過程

法蘭鍛件多為大中型環(huán)類鍛件，故自由鍛成形是其主要的制坯方式。自由鍛工藝主要包括下料、加熱、鐓粗、沖孔、芯軸拔長、平整、芯軸擴孔、鍛后熱處理等基本工序。下料是指從型材棒料上切下一節(jié)法蘭件坯料，加熱是使坯料溫度升高到鍛造溫度，改善其可鍛性；鐓粗是使坯料的高度減小，直徑變大；沖孔使坯料中心成孔，變成環(huán)形件；芯軸拔長使環(huán)形坯料壁厚變薄，高度增加；芯軸擴孔使環(huán)形坯料內(nèi)徑變大，壁厚變薄。

2 影響法蘭鍛件表面質(zhì)量的因素

在自由鍛造生產(chǎn)過程中，通過合理的工藝和工藝參數(shù)的使用，在改變坯料形狀的同時，還可改善原材料的組織和性能[3]：①碎化柱狀晶，消除成分偏析，焊合疏松，使坯料的致密度得到提高；②鍛造后的坯料形成纖維組織，使鍛件的纖維得到合理方向分布；③細化了晶粒的尺寸，使得晶粒均勻；④使坯料得到形變強化。由于坯料上述組織和性能的改善，使得鍛件的抗拉強度、疲勞強度及沖擊韌度等力學性能等得到了明顯的提高。再者，通過后續(xù)熱處理還能得到零件所要求的硬度、耐磨性、強度等良好的綜合性能。如果自由鍛工藝或其參數(shù)選用不當，鍛件會產(chǎn)生一系列的缺陷。由于前次鍛造成形的完成情況直接影響到下一火次鍛造的進度和質(zhì)量，因此要控制質(zhì)量，就要在鍛造的每一環(huán)節(jié)中進行把關(guān)，這樣，才能保證最終的產(chǎn)品質(zhì)量。鍛件缺陷包括表面缺陷、內(nèi)部缺陷或性能不合格等。內(nèi)部缺陷或性能不合格的產(chǎn)生原因一般手冊中均有分析，如文獻[4]、[5]、[6]。法蘭鍛件常見的表面缺陷主要有形狀不規(guī)則、氧化皮坑、裂紋、折傷，本文重點分析法蘭鍛件表面缺陷的形成原因，并提出控制措施。

(1) 下料。下料時，坯料長度通常受到注重而忽視斷面質(zhì)量，實際上，鐓粗時端面出現(xiàn)折傷，坯料斷面不平整是根源。因此，下料必須保證坯料斷面平齊。特別是對于采用氣體切割的坯料，斷面平整顯得非常重要。

(2) 加熱。加熱工藝包括裝爐溫度、加熱速度、加熱溫度、保溫時間、出爐溫度、爐內(nèi)氣氛等工藝參數(shù)。若這些參數(shù)選取不當，就會使坯料報廢。比如加熱時間過長或加熱溫度過高，就會引起表面脫碳或過熱或過燒等缺陷；對于橫斷面尺寸較大、導熱性又差、塑性還低的坯料，若加熱速度選取太高，保溫時間選取太短，就會使坯料溫度分布不均勻，產(chǎn)生熱應(yīng)力，結(jié)果導致坯料裂紋。

(3) 鐓粗與沖孔。鐓粗前，應(yīng)使坯料放穩(wěn)，并使軸線垂直于砧面；沖孔時，坯料端面尺寸較大，要保證沖子放在中心，因為沖子是否對中直接影響芯軸拔長、芯軸擴孔等后續(xù)工序。如果坯料上的孔被沖偏了，后續(xù)工序會出現(xiàn)壁厚不均，或圓度不夠，或產(chǎn)生馬蹄面。

(4) 芯軸拔長。拔長后，要求鍛件兩端面平齊，表面光滑，尺寸符合圖紙。鍛件兩端面不平行、壁厚不均勻是常見缺陷，所以，拔長過程中，操作人員應(yīng)依據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，根據(jù)坯料走料情況，通過調(diào)整壓下量、旋轉(zhuǎn)適當角度，來靈活控制坯料的形狀和尺寸。

(5) 擴孔。擴孔時，首先應(yīng)根據(jù)內(nèi)孔尺寸選擇合適直徑的芯軸和合適間距的馬架。擴孔工序要求壓下量要均勻，旋轉(zhuǎn)角度要適量，坯料兩端同步走料；接近圖紙尺寸時，采用小壓下量，保證錘間合理搭接，不能有漏錘現(xiàn)象，在保證擴孔效率的基礎(chǔ)上，做到鍛件表面光滑。另一方面，壓下量小，又會使坯料表面上的氧化皮不易掉落，若去除不干凈氧化皮，會被再次壓入坯料，這樣就大大降低鍛件表面質(zhì)量。因此，鍛造前，通過采取隨時更換加熱爐內(nèi)的墊鐵板、控制坯料加熱時間、利用錘頭旋轉(zhuǎn)坯料等辦法，將坯料表面氧化皮去除掉。至于內(nèi)孔的氧化皮，可利用芯軸將其去除。

(6) 平整 對于平整量較大的坯料，應(yīng)對上下兩端面交替進行平整。平整工序中，必須注意觀察坯料上下兩端的走料情況，防止出現(xiàn)喇叭口。

(7) 停錘。停錘時，鍛件各部位尺寸是熱態(tài)尺寸，此時應(yīng)估算好鍛件直徑方向的收縮量，如果該鍛件后續(xù)還有熱處理，就應(yīng)該考慮到熱處理對鍛件尺寸的影響，并將成品平放在地面上，以防止其自身重力導致變形。

3 結(jié)語

綜觀法蘭鍛件的成形過程，其自由鍛工藝中包含著多種自由鍛工序，抓住各工序的控制要點并有效規(guī)范生產(chǎn)操作，能夠保障法蘭鍛件表面質(zhì)量和力學性能。