法兰锻件自由锻工艺过程的控制要点

2018-02-18赵宏伟

机械工程与自动化 2018年5期

赵宏伟

(忻州市质量技术监督检验测试所，山西忻州 034000)

0 引言

法兰连接具有可靠的强度、良好的密封和方便的安装、拆卸、维修等优点，被广泛应用于化工、石油、消防、给排水、建筑、水暖、造船等工业中[1]。锻造工艺能有效改善原材料的组织，且流线分布合理，锻件性能好[2]。故法兰件通常通过锻造制坯、切削加工制造和热处理改性的传统方法来生产，并获得质量合格的产品。由于大多数法兰件是在高压环境中服役的，要求具有较高的力学性能。因此，法兰在制坯中的锻件质量直接决定着法兰零件性能能否达标。本文针对法兰锻件的自由锻造过程进行研究，对质量控制要点做一些总结分析，从法兰锻件的生产过程入手来保证制造质量。

1 锻造过程

法兰锻件多为大中型环类锻件，故自由锻成形是其主要的制坯方式。自由锻工艺主要包括下料、加热、镦粗、冲孔、芯轴拔长、平整、芯轴扩孔、锻后热处理等基本工序。下料是指从型材棒料上切下一节法兰件坯料，加热是使坯料温度升高到锻造温度，改善其可锻性；镦粗是使坯料的高度减小，直径变大；冲孔使坯料中心成孔，变成环形件；芯轴拔长使环形坯料壁厚变薄，高度增加；芯轴扩孔使环形坯料内径变大，壁厚变薄。

2 影响法兰锻件表面质量的因素

在自由锻造生产过程中，通过合理的工艺和工艺参数的使用，在改变坯料形状的同时，还可改善原材料的组织和性能[3]：①碎化柱状晶，消除成分偏析，焊合疏松，使坯料的致密度得到提高；②锻造后的坯料形成纤维组织，使锻件的纤维得到合理方向分布；③细化了晶粒的尺寸，使得晶粒均匀；④使坯料得到形变强化。由于坯料上述组织和性能的改善，使得锻件的抗拉强度、疲劳强度及冲击韧度等力学性能等得到了明显的提高。再者，通过后续热处理还能得到零件所要求的硬度、耐磨性、强度等良好的综合性能。如果自由锻工艺或其参数选用不当，锻件会产生一系列的缺陷。由于前次锻造成形的完成情况直接影响到下一火次锻造的进度和质量，因此要控制质量，就要在锻造的每一环节中进行把关，这样，才能保证最终的产品质量。锻件缺陷包括表面缺陷、内部缺陷或性能不合格等。内部缺陷或性能不合格的产生原因一般手册中均有分析，如文献[4]、[5]、[6]。法兰锻件常见的表面缺陷主要有形状不规则、氧化皮坑、裂纹、折伤，本文重点分析法兰锻件表面缺陷的形成原因，并提出控制措施。

(1) 下料。下料时，坯料长度通常受到注重而忽视断面质量，实际上，镦粗时端面出现折伤，坯料断面不平整是根源。因此，下料必须保证坯料断面平齐。特别是对于采用气体切割的坯料，断面平整显得非常重要。

(2) 加热。加热工艺包括装炉温度、加热速度、加热温度、保温时间、出炉温度、炉内气氛等工艺参数。若这些参数选取不当，就会使坯料报废。比如加热时间过长或加热温度过高，就会引起表面脱碳或过热或过烧等缺陷；对于横断面尺寸较大、导热性又差、塑性还低的坯料，若加热速度选取太高，保温时间选取太短，就会使坯料温度分布不均匀，产生热应力，结果导致坯料裂纹。

(3) 镦粗与冲孔。镦粗前，应使坯料放稳，并使轴线垂直于砧面；冲孔时，坯料端面尺寸较大，要保证冲子放在中心，因为冲子是否对中直接影响芯轴拔长、芯轴扩孔等后续工序。如果坯料上的孔被冲偏了，后续工序会出现壁厚不均，或圆度不够，或产生马蹄面。

(4) 芯轴拔长。拔长后，要求锻件两端面平齐，表面光滑，尺寸符合图纸。锻件两端面不平行、壁厚不均匀是常见缺陷，所以，拔长过程中，操作人员应依据生产经验，根据坯料走料情况，通过调整压下量、旋转适当角度，来灵活控制坯料的形状和尺寸。

(5) 扩孔。扩孔时，首先应根据内孔尺寸选择合适直径的芯轴和合适间距的马架。扩孔工序要求压下量要均匀，旋转角度要适量，坯料两端同步走料；接近图纸尺寸时，采用小压下量，保证锤间合理搭接，不能有漏锤现象，在保证扩孔效率的基础上，做到锻件表面光滑。另一方面，压下量小，又会使坯料表面上的氧化皮不易掉落，若去除不干净氧化皮，会被再次压入坯料，这样就大大降低锻件表面质量。因此，锻造前，通过采取随时更换加热炉内的垫铁板、控制坯料加热时间、利用锤头旋转坯料等办法，将坯料表面氧化皮去除掉。至于内孔的氧化皮，可利用芯轴将其去除。

(6) 平整对于平整量较大的坯料，应对上下两端面交替进行平整。平整工序中，必须注意观察坯料上下两端的走料情况，防止出现喇叭口。

(7) 停锤。停锤时，锻件各部位尺寸是热态尺寸，此时应估算好锻件直径方向的收缩量，如果该锻件后续还有热处理，就应该考虑到热处理对锻件尺寸的影响，并将成品平放在地面上，以防止其自身重力导致变形。