Ⅰ类或Ⅱ类模锻件锻造工艺规程编制

2014-04-16北方通用动力集团有限公司山西大同037036李志广

金属加工(热加工) 2014年7期

北方通用动力集团有限公司（山西大同 037036）李志广

中国北方发动机研究所（山西大同 037036）代文忠王晓庆

锻造工艺规程是用文字、图表或其他形式确定下来用以指导加工锻件和锻造操作的规范化程序和方法的一种技术文件，是如何获得所需形状、尺寸和力学性能锻件的工艺过程控制的一种说明书，是锻造生产管理和质量管理的一项重要依据，也是确定锻造工时定额和劳动成果的一项重要依据。

Ⅰ类模锻件为关键件，即用于承受复杂应力和冲击振动、重负载工作条件、设计质量受到限制的零件；Ⅱ类模锻件为重要件，即用于承受固定重负载和较小冲击振动工作条件的零件。因此，为确保Ⅰ类或Ⅱ类模锻件“成形”和“改性”的可靠性、有效性和时效性，锻造工艺规程编制则具有重要意义。

1.锻造工艺规程编制前准备工作

锻造工艺规程在编制前应做好锻件毛坯图与工序毛坯图绘制、锻模优化设计、特殊过程确认、锻件批次管理和锻造工序控制（含首件三检）记录卡编制等准备工作。

（1）锻件毛坯图与工序毛坯图绘制锻件毛坯图是在零件图基础上再充分考虑到机加余量（含工艺余块）、锻造公差、形状与尺寸、分模面、模锻斜度、圆角半径、冲孔连皮及相应技术条件等通过机械制图绘制而成的技术图样；锻件工序毛坯图是将与锻件毛坯图相关联的具有一定形状与尺寸的中间工序过渡毛坯通过机械制图绘制而成的技术图样。合理绘制锻件毛坯图与工序毛坯图可有效优化锻造工艺，优化锻模设计，确定坯料规格（含锻造比），减少废品损失，提高锻件质量，提高生产效率和降低成本等。

（2）锻模优化设计锻模优化设计是有效增强锻模使用的合理性、可行性、可靠性、有效性及保障性的前提，是优化锻造工艺，优化坯料规格，改善锻造操作，减少废品损失，提高锻件质量，提高生产效率，提高锻模寿命和降低成本的关键。

（3）特殊过程确认当生产和服务提供过程的输出质量特性值不能由后续的监视或测量加以验证而使问题在产品使用后或服务交付后才显现时，应进行特殊过程确认以证实过程能力符合性要求：①人（操作者的资格、配置与能力等）的确认。②机（设备的类型选择与设备类型、锻件形状与变形面积、模锻工步和锻模结构等多种因素有关的设备吨位计算与选择，锻模设计结构的合理性、可行性、可靠性、有效性和保障性以及现场有无锻模实物等评价）的确认。③料（材料牌号、坯料规格、表面质量和执行标准等）的确认。④法（锻造的始锻温度、终锻温度和锻造纤维方向等；热处理的加热时间、加热温度、加热介质及锻件硬度、金相组织、力学性能和裂纹探伤等）的确认，确认方法分直接确认法和间接确认法，在实践中采用何种确认方法应一切从实际出发，理论联系实际，具体问题具体分析。理论与实践表明，在对锻件质量影响较大、检测频率较高及通过观察和判断检测较难的锻造温度参数如始锻温度1200℃（即坯料锻造允许的最高加热温度为1200℃）确认时，适宜采用直接获得与始锻温度参数有直接关系的非始锻温度参数直接确认法，即采用目测＋时间参数＋实际炉温的直接确认法要比比采用目测＋红外线测温仪或光学测温仪测温的直接确认法更为合理、简单、实用、有效和具有可操作性。如果在规定加热时间范围的实际炉温达到1270℃时坯料温度恰好为1200℃（实际炉温一般高于坯料温度50～150℃，可采用红外线测温仪或光学测温仪补充校验），则可确认始锻温度为1200℃时最高炉温应为1270℃，即可将在规定的加热时间范围、加热炉仪表显示炉温为1270℃时的始锻温度为1200℃作为客观证据编入锻造工艺规程中。⑤环（工作环境、生产现场和多余物控制等）的确认。⑥测（检测内容、方法、仪器、仪表、检具、验收标准及检测结果等）的确认。⑦过程能力符合工艺要求的确认结论。

（4）锻件批次管理实行批次管理，以确保锻件生产的历史、应用情况或所处场所的可追溯性：①将同一批次号的原材料按同一锻造工艺规程由同一班次锻造生产。②将每一班次锻造生产件数确定为同一锻造批次（也是相应的热处理批次），不同锻造批次应进行隔离并做出明显标识。③在锻件表面清理以后和最终检验以前打批次号标记。④实行1件1号制（或同一批次数件同号制）。⑤每一锻造批次只能填写一个“锻件批次管理工序流程卡”，在“锻件批次管理工序流程卡”中还应注明该锻造批次的起止编号。

（5）锻造工序控制（含首件三检）记录卡编制为确保从输入到输出生产和服务提供过程始终受控，应对锻造工艺过程进行连续监视、测量、控制和记录，“锻造工序控制（含首件三检）记录卡”编制的内容应包括：①锻前准备：人员、坯料、设备、仪器、仪表、检具、工装和工作环境的符合性。②首件三检：零件图号与名称、材料合格证中的炉批次号和批次号、设定炉温、首件装炉量，始锻温度与始锻温度控制方法，终锻温度与终锻温度控制方法，锻件首件的操作者检验结果与签字，操作班长检验结果与签字，检验员检验结果与印章、检验结论、检验日期等内容。③中间检验：锻造工艺参数是否受控，锻件形状与尺寸是否合格，锻件表面质量是否合格。④过程控制：除以上内容以外，还应监视、测量、控制和记录工艺过程中有无影响锻件质量的异常现象及本批次投入总件数、合格件数和废品件数。

2.锻造工艺规程编制中应遵循原则

（1）合理性原则在充分利用现有工艺条件及参照有关最新科研成果、文献、文件、标准、制度和法律法规等基础上再经过反复提炼编制而形成，内容表述应科学、合理、正确、完整、统一、清晰、简明、有逻辑性和文实相符。

（2）可行性原则在规定的工艺条件下采用科学、可行、适宜、充分、规范和有效的规定程序与方法可成功地实现规定的工艺技术、质量、经济、安全和环保等指标。

（3）可靠性原则产品实现过程的质量控制应科学、可靠和有效，尤其是针对关键过程和薄弱环节等可能发生的潜在不合格或其他不期望情况应进行风险或危害识别、分析、评估并具备有效的预防措施，还应对已发生的不合格或其他不期望情况的有效纠正措施。

（4）可操作性原则在监视、测量、使用、控制和记录有关客观存在的真实性数据或证据时，应尽可能地通过直接目测、观察、判断，或仪器、仪表显示或检具检测等方法直接获得，避免通过计算、比对、试验、演示或在其他文件中查找等方法间接获得。在操作过程中，所有操作应简单、方便、省时、省力、顺利和安全。

（5）经济性原则工艺流程较短，生产周期较短，投入较少，产出较大，消耗较小，劳动强度较小和成本较低。

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

（6）安全性原则符合安全生产、工业卫生和安全技术操作规程等有关规定，对有安全隐患或风险的在工艺规程中应有具体的安全技术要求规定并应通过试锻、试验和评审等方式进行安全性验证，确保工艺过程安全可靠、人员平安健康。

（7）环保性原则从输入到输出所涉及的有关人、机、料、法、环、测等各种因素，应具有环境适应性及对环境无影响或对环境影响最小化。

3.锻造工艺规程编制应用实例

以396柴油机连杆锻造工艺规程编制为例，在材料为34CrNiMo6、始锻温度1200℃、终锻温度850℃、设定炉温1350℃（室式天然气加热炉、实际炉温由控温仪表显示）、装料炉温50℃、坯料温度20℃、紧靠放置加热、装炉量30件/炉（下料规格为φ110mm×265mm）及在1t自由锻锤上制坯和在相对打击能量较小的3t模锻锤上模锻的条件下，锻造工艺过程为：下料→锻前准备→制坯前加热→制坯→模锻前加热→模锻（预锻和终锻）→切边和冲孔→热校正→首件检验→热处理→热处理后检验→清理→打磨→打标记→最终检验。

（1）下料工序 ①设备和检具的名称、型号或功率。②抽检1～3件，按原材料订货和验收合同检验原材料质量证明书与材料牌号、炉批次号、规格、执行标准及表面质量和投入数量的符合性。③对于合格、不合格、待验、待定或有异常的原材料应做出明显标识，按区分批存放和快速转移等方式实行定置和定时管理，严禁混放。④当对材料牌号、规格、冷热加工状态、执行标准等代用及同意让步使用、放行或接收的原材料，在使用前应严格按照相应审批程序办理审批手续后才能转入下道工序。

（2）锻前准备工序 ①检验坯料：核对合格证的零件图号、材料牌号、炉批次号、批次号和投入数量；抽检1～3件，核对坯料断面尺寸、下料长度与公差、无表面折叠、裂纹、夹层和结疤等缺陷。②检验设备：锻造设备、切边设备和加热炉等应为完好设备并悬挂“完好”标识。③检验检具、仪器与仪表：游标卡尺、测高尺、检具、热电偶和红外线测温仪等应在检定周期内。④检验工装：锻模检验与修理周期，在检验合格或试锻锻件合格后锻模才能正式投入批量生产；只要发现首件、中间件或尾件检验不合格的，或发现锻件有折叠、裂纹、模锻不足、未充满和错移缺陷较严重及终锻温度、残余飞边和飞边沿锻件四周分布等有异常的，或发现锻模工作状态或使用性能有异常的，则应立即停止生产，在采取检测、维修或更换锻模等纠正措施解决以上问题后才能恢复生产。

（3）制坯前加热工序 ①设备名称、型号或功率。②设定炉温。③装炉量。④坯料放置方式。⑤装料炉温。⑥每炉连续加热时间范围。⑦当超过规定的加热时间范围且实际炉温升高到允许最高温度时，应立即降温（将炉温控制在规定范围内）进行保温。⑧当实际炉温≥1250℃且发现每炉只要有1件坯料端面中心处开裂或一锻即裂时，则该炉坯料应全部报废。

（4）制坯工序 ①设备和检具的名称、型号或功率。②始锻温度与始锻温度控制：当每炉连续加热超过规定的最小加热时间，加热炉仪表显示实际炉温达到规定的温度区间内时，即可锻造制坯。③终锻温度与终锻温度控制：将制坯时间控制在规定的最大极限时间范围内时，则终锻温度符合规定要求；当制坯时间超过规定的最大极限时间范围且制坯形状与尺寸未达到制坯毛坯图要求时，允许将该制坯件返炉再加热后继续锻造制坯。④制坯后热坯料应在非强对流风和无潮湿的地面堆放冷却或在坑（箱）中冷却；严禁将冷却时间≤0.5h的热坯料直接置于水中快速冷却。⑤抽制坯件1～3件按制坯毛坯图检查形状与尺寸（具体抽检内容应逐一列出）。⑥首件制坯件数应≤10件，从中任意取出3～5件进行模锻试锻，在试锻检验合格后才能进行批量制坯生产。

（5）模锻前加热工序 ①设备名称、型号或功率。②设定炉温。③装炉量。④坯料放置方式。⑤装料炉温。⑥每炉连续加热时间。⑦当超过规定加热时间范围且实际炉温升高到允许最高温度时，应立即降温（将炉温控制在规定范围内）进行保温。⑧当实际炉温≥1250℃且发现每炉只有1件在预锻中发生横向断裂时，则该炉制坯件应全部报废。

（6）模锻工序 ①设备的名称、型号或功率。②锻模的名称与图号。③检具的名称、型号或功率。④锻模预热与冷却控制：锻模预热可采用燃气加热、热坯料烘烤或电炉加热等方法进行，预热温度为150～350℃；锻模冷却与润滑的方法与介质。⑤始锻温度与始锻温度控制：当每炉连续加热超过规定的最小加热时间、加热炉仪表显示在实际炉温规定的温度区间内时，即可预锻；预锻锤击次数；用风管至少2次吹净下模模膛内的氧化皮，预锻坯料上部氧化皮随时用风管吹净或清除。⑥终锻温度与终锻温度控制：将预锻到终锻的总时间控制在规定的最大极限时间范围内时，则终锻温度符合规定要求。⑦当预锻到终锻的总时间超过规定最大极限时间范围且形状与尺寸未达到锻件毛坯图时，允许将该锻件返炉再加热到规定温度后继续终锻。

（7）切边和冲孔工序 ①设备的名称、型号或功率。②切边和冲孔模的名称与图号。③切边和冲孔温度控制：将终锻后的锻件停留时间控制在规定的最大极限停留时间范围内时，即锻件温度不低于切边和冲孔规定温度要求则应进行切边和冲孔；当终锻后的锻件停留时间超过规定的最大极限停留时间范围（锻件温度低于规定的切边和冲孔温度）时则不允许切边和冲孔，但允许将锻件重新加热到规定温度后再进行切边和冲孔。

（8）热校正工序 ①设备的名称、型号或功率。②校正模的名称与图号。③热校正温度控制：将冲孔后的锻件停留时间控制在规定的最大极限停留时间范围内时，即锻件温度不低于规定的热校正温度，则应在锻模的终锻模膛内进行热校正；当冲孔后的锻件停留时间超过规定的最大极限停留时间范围（锻件温度低于规定的热校正温度）时，则不允许在锻模的终锻模膛内热校正，但允许将锻件重新加热到规定温度后再进行热校正。④校正后的热锻件应在非强对流风和无潮湿的地面堆放冷却或在坑（箱）中冷却；严禁将冷却时间≤0.5h的热锻件直接置于水中快速冷却。⑤当锻件在热处理后再冷校正时，必要时再增加410℃的去应力退火工序以消除残余应力。

（9）首件检验工序 ①检具的名称、型号或规格。②将首次锻造的前1～5件锻件按锻件毛坯图进行首件三检：具体列出应检验的尺寸与公差、几何公差和表面质量等内容；当首件三检合格以后，允许在锻件首件三检记录中只记录首件三检1～5件中的任意一件。③操作者应填写“锻造工序控制（含首件三检）记录卡”。

（10）热处理工序分初次热处理和最终热处理（应编制热处理工艺规程或热处理工艺指导书，在此从略）。

（11）热处理后检验工序 ①设备和工具或检具的名称、型号或功率。②检验频次与数量，按规定部位检验硬度值等。③理化检验：检验数量与频次、纤维方向、金相、力学性能和裂纹探伤等。

（12）清理工序 ①设备或工具的名称、型号或功率。②锻件清理时间；清理次数一般为1次/批；当清理质量未满足要求时，可延长清理时间或增加清理次数，但应避免产生清理过度的现象。

（13）打磨工序 ①设备或工具的名称、型号或功率。②当锻件表面有折叠、裂纹、夹层、夹杂、结疤和碰伤等缺陷、局部尺寸超上差、飞边或毛刺超差等现象时允许打磨，打磨后的形状与尺寸应符合锻件毛坯图要求。

（14）打标记工序 ①设备或工具的名称、型号或功率。②实行1件1号制，按批次管理要求和在锻件规定位置上打规定的锻件批次标记号。

（15）最终检验工序 ①表面质量：采用目测或检具对锻件表面质量进行100%检测；残存或打磨后的有关锻件缺陷应符合锻件毛坯要求。②形状与尺寸：抽1～5件用检具或目测检测具体锻件尺寸和错移量、弯曲度等。③批次标记：检验锻件批次号标记的正确性；每一批次锻件只能填写一个“锻件批次管理工序流程卡”，并在每一道工序完成后应有操作者签字或检验员印章，在填写完整后再进行复印由指定人员留存（或用台账登记）。④以上检验合格后由检验员开具合格证（对于需要用户代表检验的还应加盖用户代表检验印章），最终再由生产部门将锻件合格证、锻件批次管理工序流程卡、锻件转移单和合格锻件一同转入下道工序。