温锻与冷锻之基本（连载八）

文/张清林·江苏中兴西田数控科技有限公司

小松勇·日本小松技术士事务所，江苏中兴西田数控科技有限公司

温锻与冷锻之基本（连载八）

文/张清林·江苏中兴西田数控科技有限公司

小松勇·日本小松技术士事务所，江苏中兴西田数控科技有限公司

归纳以前讲述的内容可以得到这样的结论，与冷锻（冷挤压）相比，温锻是一种受外界变动因素影响较多的成形方法，是以高碳钢、合金钢等高强度钢为主要对象的锻造方法。它的特点是可以使形状比较复杂的部件成形，而且为了尽量减少在后续工序的切削或者减少切削加工量，其成形精度与热锻相比至少要提高一个数量级。

标准的温锻工艺一般是由素材制造装置、素材加热装置、送料装置和锻造压力机等构成的，这些机械和装置都需要具有抵御外界变动因素影响的机能。本期只介绍素材制造装置和加热装置的相关内容。

素材制造装置

温锻使用的素材很多都是圆棒的切断材，因切断方法的不同素材体积精度的好坏会有很大的差别。使用最多的棒钢切断装置有棒材切断机（也被称为切割机）和剪切切断机，这些切断机的切断刀具有半圆形或圆筒形，圆筒形刀具在切断时，从棒钢的轴向施加压力，切断部在压缩力的作用下被切断。素材切断装置的种类和特征见表1。

棒材切断机的实例如图1所示。

图1a切断装置的右面是素材的堆积装置和送料装置，图1b切断装置的右面是切断下来的素材的收集装置。这两张图片上的切断机都是有离合制动器的机械式冲压切断机。

图1 棒材切断机

图1a中切断前的成捆长棒材用吊车或叉车送到材料堆垛装置上，打开绑带准备切断。辊柱式定位送料装置把长长的棒料一根一根地送进切断机，切断工具（模具）为圆筒形，材料从圆筒中穿过，在规定长度的位置上触碰挡板，即被检测出材料已送达指定位置。这时，切断装置的材料夹紧装置就会紧紧抓住圆棒，其力度要保证材料在被切断时不能发生后退、位置移动或旋转。棒材被切断时的分力有使材料沿轴向后退的作用，所以要使用油压气缸进行强制固定，但这个固定装置一定不能给材料的表面造成伤痕，所以一般使用与材料外径圆弧一致的抓手来完成。

■表1 素材切断装置的种类和特征

为了提高被切断的锻造素材的端面精度和品质，切断时的轴向压缩力和高速的切断速度是非常必要的。切断速度一定要在400mm/s以上，现在有的切断装置的切断速度已经可以达到1000mm/s以上。尤其是对高强度材料进行切割时，使用高速切断速度的效果就会更加明显。

棒材的切断装置和板材的切断装置的最大不同是，切断能力发生点（公称能力发生点）的位置与切断结束点相比要高很多。用于钣金加工的冲床的公称能力发生点一般在下死点上方4～6mm，而棒材切断机的公称能力发生点一定要高出被切断棒材的直径数毫米以上，如果被切棒材的直径是50mm，那么棒材切断机的公称能力发生点就必须在55mm以上。另外，切断结束时（断裂时）的冲击（能量瞬间释放）非常强烈，因此切断机应该具有简单、结实的构造。图1a、b所示的切断机的机架刚性都很高，又在最大限度上减小了切断用模具更换时所需要的空间，具有非常紧凑的结构特点。

虽然说温锻的部件要比冷锻的精度低，但为减轻后面切削工序的工作量也应尽力提高锻造的精度，即力求锻造出“近似产品形状”的锻造品。要得到正确的形状，其中非常重要的因素是素材的体积精度，体积精度不好时即使模具精度再好也不能得到正确的部品形状。例如，金属产品的重量是300g，其体积V＝38461mm3（钢的密度为7.8g/cm3），用直径φ50mm的圆棒制作时其长度为19.6mm。但是当直径的误差为1％时就会出现这样的情况：圆棒的直径小1％即为49.5mm时，同样是19.6mm的长度，其体积会相差766mm3，也就是说，如果比φ50mm棒材的直径稍稍细了1％的棒材进入了生产环节，本来19.6mm长的素材体积应该是38461mm3，现在同样是按19.6mm切断的话，其体积就少了766mm3，体积减少了大约2％，这就意味着制品会出现缺肉现象，也就是会出现不良品。因此，要得到高精度的优良成形品，首先必须要有先天精度良好的素材。

此外，切断长度的精度也同样非常重要，当长度少了1％时其体积也会减少1％，因此切断作业时也同样要非常注意这一点，以保证长度精度。用来切断棒材的装置不能只是切断而已，一定要是能保证体积精度的切断机械。

素材的体积小了部品会出现缺肉现象，而素材的体积大了的话同样会造成模具的破裂现象，由此可见，在购买棒材时应注意棒材上所标示的直径的精度。如果购入了直径误差大的棒材，制造素材时就需要在维持一定体积上下功夫，这是一件非常困难和烦琐的事情。

因此，从事这个行业的人员都知道优良的冲床、优良的模具、优良的材料才能制造出优良的温锻产品，这三项缺一不可。

素材加热装置

由于与热锻的素材加热方法有所不同，所以温锻的加热装置必须有以下特点：

⑴氧化膜的发生量要小。

⑵为避免材料的加热过度应可以对素材逐个地进行短时间的加热。

⑶外围和中心部不能有温度差。

⑷锻造冲床因紧急情况或模具检修等问题需要停止工作时，在炉内的素材不能过热。

⑸要保持良好的作业环境。

⑹要节省能源。

⑺加热炉随时都可以紧急停止。

由于有这些方面的要求，所以现在电阻炉、煤气炉或重油炉等间歇式加热炉已经很少使用了。在自动化的温锻生产系统中高频诱导加热炉是比较合适的，现在与低频诱导装置组合的设备也在逐步增加。

钢材在加热到超过720℃时开始再结晶，此时的钢材很难被磁化，由于频率很高的诱导磁束能够到达的距离很短，故只能加热到素材的表面附近，对中心部的加热效率不高；相反，低频率的磁束能够到达的距离较长，能加热到中心部，但对素材表面的加热效率不高。目前，很多企业都采用下面的加热方法：让诱导加热装置在400～700℃附近进行低频预热，然后在采用了抑制氧化膜发生措施的情况下保持待机状态，在锻造开始之前再使用高频诱导装置急速加热到锻造温度。

高频加热装置对圆棒素材实施加热的过程就是高频率的电流流过诱导线圈，诱导素材产生磁场从而实行加热的过程。由于流过诱导线圈的电流很大，所以诱导线圈的电线就必须很粗，要使素材加热，线圈也要上升到同样的温度，线圈也和普通的电线一样，在温度升高的同时电线本身也要软化，寿命也会缩短，因此线圈普遍使用铜管来制作。把铜管弯曲成线圈，在管子里通入冷水，冷水在管子内部流动，从内侧进行吸热、冷却。从冷却的效果来说，虽然管子里冷水的流量越大，冷却的效果就越好，但是如果管子太粗的话绕线圈的间距就会很长，对于加热的钢材来说，其相对的铜管面积就会减少，由此就会导致线圈的加热效率会显著下降，所以铜管也不能太粗。

线圈的内径与被加热素材外围的距离越近，诱导的效率就越高，加热的效果就越好，根据素材来制作线圈是非常必要的。根据素材的材质、直径、加热的必要时间以及1h内能够加热的素材个数等来精确调整线圈的数量、频率和电流值。

由于素材的轴端（前端、后端）的热效率较低，需要的加热时间较长，所以在实施诱导加热时使素材与素材之间无间隙地像连续材一样地排列起来可以起到较好的效果。但是在实际的生产过程中不可避免地存在必须要一个一个加热的情形，所以为了使素材的温度能够均匀地上升，就必须实施自动操作，具体的方法是让线圈相对于素材往复动作或让素材相对于线圈移动。

当然，还必须在极力减少炉内氧化膜的发生和增加上下功夫，比如向炉内特别是高温区域喷射氮气（尽量是高温状态）以制造低氧的气氛，这样虽然会使成本有所增加，但可起到较好的效果。