除鳞系统在模锻中的应用

文/董双文，王茂林，赵磊·北京欧立华科技发展有限公司

除鳞系统在模锻中的应用

文/董双文，王茂林，赵磊·北京欧立华科技发展有限公司

随着装备制造业工艺技术的发展，特别是汽车工业零件制造工艺的发展，汽车零部件中模锻件使用量越来越大，使得模锻件生产利润高度依赖于能耗和材料的利用率。对模锻件除了机械性能和工艺要求外，对表面质量的要求也越来越严格。去除锻件表面氧化皮也就成为了一个很重要的课题。

锻造过程中氧化皮在模锻前就需要除掉，机械除鳞、镦粗等除鳞方法，属于老一代除鳞技术，除鳞率很低，很难达到锻造工艺的要求，模锻件高压水除鳞新技术应运而生。

工业材料方面的持续不断发展，对装备不断地提出新的要求，同时也对流体除鳞装置提出了更高的要求。这些新要求主要表现在新合金的鳞皮（氧化皮）的粘性更强，以及对温度变化过程的影响。通过除鳞系统的使用，使得大批量的模锻生产过程成为可能。现代化除鳞装置已同锻压生产线融为一体，没有它们将会对现有生产过程产生很大的负面影响。

锻件高压水除鳞解决的难题

图1 除鳞前后对锻件表面质量的影响

从表面看来，高压水除鳞仅仅是利用液力等将坯料表面的鳞皮清除掉，但对于不同的坯料，由于材质、形状、大小和工艺等的差别，除鳞的过程可能完全不同。德国SGGT公司作为一家专门从事流体除鳞技术的公司，从鳞皮（氧化皮）的生长机理及过程的研究角度出发，确立了成熟的高压水锻件除鳞系统，对各种锻件的除鳞积累了丰富的经验，并在世界的各大锻造企业得到了广泛的应用，解决了除鳞系统中的很多难题。

锻件高压水除鳞系统，是在锻坯加热完成后送入除鳞箱进行除鳞，然后进入锻机。高压水除鳞这种工艺可以灵活实现异形锻坯和钢锭的除鳞；具有降低坯料预制尺寸，减少物料损耗；避免鳞皮嵌入锻件内部，提高锻件品质；明显提高锻件表面质量，大幅度降低后续加工处理难度；减少模具磨损，提高设备使用率；设备自动化水平高，可靠耐用；设备投入短期便可收回成本，效益明显等优点。高压水除鳞能够解决各种因氧化皮造成的产品质量问题。除鳞前后对锻件表面质量的影响，如图1所示。

锻件高压水除鳞带来的经济效益

很好的除鳞系统可以从多个角度为用户带来经济效益，投入产出比很高，好的产品质量，对于提高市场竞争力是很有帮助的。一般一套系统投入使用后，一年内即可通过直接的回报收回投入，同时，带来更多质量提高等间接的效益。

减少锻件坯料原材料消耗

由于鳞皮有时很硬，有一部分硬度会超过陶瓷，在模锻之前若未清除，会被轧入锻件的表面，形成不同深度的凹坑，表面的不均匀程度增大，为了保证后续的机加工，必须留出很大的富余量，加工完必须保证露出的是合格的机加工面，如若采用除鳞技术，坯料原材料消耗量将减少2%～3%。

现在我们以国内某锻造企业为GE公司制造连杆锻件为实例(某时间段）进行估算，坯料为φ120mm，长1100mm，重约98.2kg，生产节拍为60件/h，生产线每天工作20h，每年工作300天，那么应用高压水除鳞系统每年可以节约的原材料大约有：98.2kg×60件/h×20h×300天×1.5%＝530.28t。

这里我们按照1.5%的节约量计算，那么一个曲轴是此连杆的几倍重量，我们保守计算，节省量如果是5倍的话，一年可节省的总量是530×5=2650t，每吨钢材价格按4000元计算，可节省一千余万元。当然，要实现这样的目标通过对工艺的调整和优化是可以实现的。

减少后续机加工工作量

由于锻件的机加工面需要一定的尺寸精度，多余的不平整一定要去除。因而不除鳞加大了机加工量。锻造生产线配套高压水除鳞系统后，提高了锻件的表面质量，从而减少了后续机加工的加工余量，同时提高了工厂的生产效率。此部分的潜在成本是不可忽视的，它既包括了工时也包括了材料的损耗。

减少锻坯加热的能耗

上面我们做了大约的计算，应用高压水除鳞系统每年可以帮助这条锻造GE连杆生产线节约530多吨的原材料，相当于这条生产线5天的原材料总量，而我们这条线配的中频加热炉的功率为7000kW，5天的耗电量约为：7000kW×20h/天×5天＝700MW·h，即应用高压水除鳞系统每年可节约700MW·h左右的电能。如果整个工厂按5倍计算的话，电能的节省将达3500MW·h。

减少对模具的磨损

由于部分鳞皮的硬度很高，而且不均匀分布，加快了模具的磨损，而模具的制造成本是很高的，模具的损耗增加了生产的成本。德国SGGT公司长期专注于钢坯表面氧化鳞皮的研究，包括对氧化鳞皮的生成及去除原理研究，钢坯在加热的过程中铁元素和其他合金元素经氧化后形成合金晶体附着在钢坯表面包含在氧化鳞皮中，其硬度很高，在锻压前不将这部分氧化鳞皮去除掉会对模具造成不必要的磨损，降低了模具的使用寿命及工作效率。

避免鳞皮被锻入锻坯内部，提高锻件品质

坯料在进入锻造工序前，经过高压水除鳞工序，钢坯表面99%的鳞皮将被去除掉，这极大地提高了锻件的表面质量和锻件的产品品质。

锻件高压水除鳞的应用

德国SGGT公司开发的高压水除鳞系统已应用到不同的锻造企业，并针对小型锻件、中型锻件、大型锻件及专用锻件设计了不同的除鳞系统。下面结合实例来说明高压水除鳞系统在不同锻件中的应用：

图2 微小除鳞系统

图3 大型工件除鳞系统

⑴ 适用于制造轻型到中等重量汽车部件坯料尺寸的微小除鳞系统，如图2所示。

⑵ 适用于制造重型件、法兰和管件的大型工件除鳞系统，如图3所示。

结束语

在世界锻造领域，高压水除鳞已经是锻件制造（尤其是热模锻）的一个重要工序，它可以提高锻件产品质量，还可降低坯料预制尺寸，减少模具磨损，大幅降低后序加工处理难度和机加工量等，直接或间接的为企业降低了大量的生产成本。