现代锻造技术（精选八篇）
现代锻造技术 篇1
1 精密锻造技术
随着科学技术的日新月异, 在工业生产上涌现了越来越多的新的、极其精密的锻造技术工艺。目前来说主要有等温、复合、热、冷、温等几种精密锻造工艺, 这几种工艺主要是根据锻造时成型的温度来划分的。
1.1 热温度下的精密锻造
热温度下的精密锻造其实指的是一种特殊的精密锻造工艺, 而这种锻造的温度通常是在再结晶温度的上面的。热温度下精密锻造的材料有一个明显的优势那就是可以锻造成比较复杂的工件, 这种工件具有塑性高、变形的抵抗力较低的优势。但是目前来看, 热温度下精密锻造的工件也存在着一些问题, 某些工件的尺寸的精度比较低, 不符合国家规定的标准, 还有就是某些工件的表面质量也不是太高, 相关研究表明, 这主要是由于热温度下的精密锻造存在着强烈的氧化作用。瑞士哈特贝尔 (HATEBUR) 公司是世界著名的金属热精锻设备的制造厂商, 其热精锻设备AMP20S、AMP30、AMP50、AMP50XL、AMP70、AMP70XL等在世界各个重工业公司得到了很广泛的应用。其中大型热精锻设备AMP50和AMP70最为先进, 它的先进性在以下几个方面得到了很充分的体现:首先是切割材料的这一过程可以在一次性的加热中得到实现, 这样的话可以为切料这一过程节省大量的花费;其次就是热精锻的模具外观看起来很精巧, 而且花费的成本与使用的材料都比较少;最后在热温度下精密锻造的材料的变形流动性相对于低温下要好, 也就是说可以利用这种热精锻工艺去生产很多强度、硬度要求比较高的零件。当今时代, 国内和国外的市场是非常激烈的, 如果一个企业要想使自己的产品有一定的声誉, 那么对于一个产品来说, 采取新的技术是非常必要的, 而热精锻这种锻造技术无可厚非的可以担当起企业跻身前列的重要任务。
1.2 冷精锻
由于冷锻件种类繁多, 形状复杂, 加之成形压力极高, 因而具有相当高的成形难度。冷精锻技术具有的特点是:材料利用率高;生产效率高;可加工形状复杂的零件;产品尺寸一致性好, 精度高;零件强度高, 寿命长。冷精锻适合大批量的, 用切削工艺难加工或不能加工的金属结构件, 特别适合于汽车、摩托车上的传动零件的精密塑性成形。目前我国已工程化大批量生产的冷锻产品主要为车辆上的传动件。目前此种技术有两个趋势:1) 高经济高精度;2) 应用范围扩大。
1.3 适宜温度下的精密锻造
这种锻造技术的概念很容易理解, 也就是锻造的温度是一个比较合适的温度。即使它在某些方面做到了突破, 也克服了一些问题, 但是实际上这种锻造技术对于设备和模具都有较高的要求, 会加大花费。
1.4 复合精锻
复合精锻是将冷精锻、热精锻、温精锻进行组合共同完成一个工件的锻造技术。这种技术生产的产品相对于上述三个工艺在尺寸的精度、机械性能的强度、硬度、表面的粗糙几个方面的要求都有所提高。
1.5 等温精锻
等温成形通常用于铝合金、镁合金和钦合金等锻件的成形。这主要是因为这些合金自身的特性决定的, 他们的特性及使用的要求决定了采用等温精锻的工艺是比较经济和高效的。
2 多工位高速锻造技术
多工位高速锻造是一种节能减耗的先进成形技术, 与传统的单工位多工序锻造有较大区别, 不合适的预锻工位模具设计在生产中会造成载荷过大、锻件充填质量差、折叠等问题。这项新技术在国外发达国家已得到广泛应用。随着我国汽车等装备制造业的快速发展, 锻件在汽车、工程机械中的使用量越来越大, 锻件生产向着复杂、精密、大批量、多品种和交货期短的方向发展。与传统的单工位多工序锻造不同, 多工位高速锻造工艺因高速成形、高速传递以及材料加工硬化的滞后效应减少了热处理工序, 减少了设备, 节省了能源、场地与人员, 是一种节能减耗的先进成形技术。
2.1 多工位高速锻造的特点
多工位高速锻造工艺, 通过高速剪切下料来保证毛坯的表面质量和精度, 各工位间以机械手夹钳自动送料, 可调机械手可以把任意形状的工件很好地夹持并在恰当的时间传送到下一工位, 在同一台机床上完成多个工位间高速传递和锻造成形, 获得了各类精密锻件。其主要特点有:料损只有原材料的料头和冲孔料芯, 其中料头约为毛坯质量的2.5%~5.5%, 冲孔料芯约为毛坯质量的3%~10%, 材料利用率高;锻件加工余量、公差及模锻斜度都比较小, 锻件精度高;班产小时平均生产率为1800~3000件/h, 约为普通压力机的5倍, 自动化程度和生产率高;一般热锻的凹模寿命为5万~10万件, 凸模为3万~5万件, 模具寿命高。
2.2 多工位高速锻造技术中存在的问题
众多研究人员对锻造工艺优化技术进行了探索和研究, 取得了大量的研究成果, 并先后开发了适用于不同零件的锻造工艺设计系统。研究结果一致表明, 将优化方法与有限元模拟结合, 可以提高锻件质量, 提高设计效率, 降低生产成本;对多工位高速锻造工艺优化问题的研究很少。目前多工位高速锻造工艺优化技术研究主要存在以下问题: (1) 与单工位锻造工艺不同, 多工位高速锻造工艺除了降低载荷、充填饱满和无成形缺陷等要求外, 还必须考虑各成形工位的载荷平衡和压力机在各工位上的承载能力。多工位高速锻造工艺优化是典型的多设计变量、多目标、多约束的复杂问题, 如何根据此特点建立准确的优化模型是进行多工位高速锻造工艺优化设计的前提; (2) 多工位高速锻造工艺通常需要大量的时间。对多工位高速锻造工艺而言, 一次全过程模拟花费的时间很多, 优化过程中常需要多次调用有限元程序进行计算, 工艺优化效率问题表现更为突出; (3) 目前尚未有成熟的针对锻造工艺优化的CAD/CAE集成系统推向市场, 在优化锻造工艺的过程中, 多数情况下CAD和CAE软件只是离散使用, CAD与CAE软件之间的数据交换, CAE分析结果的提取和反馈, 以及优化算法中数据的获取与映射等工作仍需设计人员手动完成。
多工位高速锻造工艺除了降低载荷、充填饱满和无成形缺陷等要求外, 还需充分考虑各成形工位的载荷平衡, 压力机在各工位上的承载能力, 两个及以上成形工位相关性, 以及每次全过程模拟计算时间过长等问题, 其工艺优化属于多设计变量、多目标、多约束的复杂优化问题。如何根据这些特点, 建立准确的优化模型, 研究高效的优化方法, 探寻合理的优化流程, 开发智能化自动化的工艺集成优化系统, 是多工位高速锻造工艺优化技术的主要研究方向。
3 结束语
当今世界是科学技术飞速发展的时代, 面对日新月异的汽车装备上的新产品, 各个企业对于汽车锻件所要求的标准也在逐渐提高, 对于必然会对锻造技术有更高的要求, 锻造技术也会得到更多的应用。只有把各种锻造技术的优点集合起来, 不断改进锻造技术, 才能满足高质量、高效率和低成本的追求目标。
参考文献
[1]赵新海, 赵国群, 王广春, 等.锻造预成形多目标优化设计的研究[J].机械工程学报, 2002, 38 (4) :62-65.[1]赵新海, 赵国群, 王广春, 等.锻造预成形多目标优化设计的研究[J].机械工程学报, 2002, 38 (4) :62-65.
锻造安全技术要点 篇2
鉴于锻压设备存在很多不安全因素，因此锻工应掌握一定的设备保养知识，并遵守安全操作规程，锻工必须经过培训考核合格，不然就不得单独操作锻压设备和加热设备。锻压设备运转部分，如飞轮、传动皮带、齿轮等部位，均应设置防护罩。水压机应有安全阀、自动停车与启动装置。蓄压器、导管和水压缸应分别装压力表，动力稳压器也必须务备有安全阀。加热设备主要有重油炉、电炉和煤气炉。其中主要危害是煤气中毒、灼伤、烤伤和电炉触电等，工作中应严格执行操作规程。锻造时，金属加热温度达700―1300℃，强大的辐射热、灼热的料头、飞出的氧化皮等都会对人体造成伤害，因此操作者在开始工作前必须穿戴好个人防护用品，
在进行锻造作业时，操作者要遵守安全操作规程，集中精力，互相配合;要注意选择安全位置，躲开危险方向;切断料时，身体要躲开料头飞出的方向;掌钳工握钳和站立姿势要正确，钳把不准正对或抵住腹部;司锤工要按掌钳的指挥准确司锤，锤击时，每一锤要轻打，等工具和锻件接触稳定后方可重击;锻件过冷、过薄、未放在锤中心、未放稳或有危险时均不得锤击，以免损坏设备、模具和震伤手臂，以及发生锻件飞出，造成伤人事故;严禁擅自落锤和打空锤，不准用手或脚去清除砧面上的氧化皮，不准用手去触摸锻件;烧红的坯料和锻好的锻件不准乱扔，以免烫伤别人。
现代锻造技术 篇3
国营山西锻造厂技术中心的前身为技术工艺所, 2008年依据山西省政府令【219】号《山西省企业技术中心管理办法》组建成为国营山西锻造厂技术中心。2011年10月通过了山西省省级企业技术中心的认定。
强力的技术创新团队
国营山西锻造厂技术中心由专家委员会和技术委员会作支撑, 以制度作为技术创新的保障, 设有技术研发部、技术管理部、专家工作组3部, 下设9室及1个中试车间。技术中心拥有员工52名, 工程技术人员22人:其中, 本科生33人, 工程师8人, 高级工程师8人, 国防科学技术协会、中国兵工学会专家委员会委员2人, 常务委员1人, 外聘专家6人。形成了一支结构合理、业务素质高、创新精神强、忠诚度高的精英科技研发团队。同时, 为调动科技人员创新研发的积极性、主动性, 保证研发项目的顺利完成, 技术中心制定了科技活动、科研经费、科技人才、科技管理等一系列管理制度, 形成以技术中心及有关职能部门为一体的技术创新体系。
扎实有效的技术创新工作
近年来, 根据主导产品的生产状况及设备改造利用情况, 技术中心进行了一系列的创新工作:在新工艺、新技术创新、产品研发创新、管理创新、产学研合作等。几年来根据市场的变化情况及需求, 本着“人无我有, 人有我精”的理念, 技术中心捕捉信息, 超前研发, 占领技术的制高点。
为激励优秀科技人员多做贡献, 技术中心充分运用经济杠杆, 建立了一系列完善的考核、评价体系, 有效地促进了技术人员学习技术、钻研业务、争挑重担的学习工作积极性。
针对锻造行业的技术发展趋向、难点、热点及设备技术改造等课题进行科研专题讲座和技术交流, 极大地丰富了研发人员的理论知识, 开拓了研发人员的创新思维。通过与高校合作, 增强了科技人员知识产权的意识。2011年申报8项专利, 其中6项专利已经被国家知识产权管理局受理。
优秀的保障机制
技术中心团队是一支既有科技创新能力, 又有良好服务意识的团队。在管理理念上, 技术中心实施主任负责制, 下设的各室按相关职能具体实施工作的管理模式。实施项目公开招聘, 项目承包责任制, 承包人责、权、利相结合;通过重奖小改小革小发明, 鼓励技术中心科技人员技术发明和技术创新。通过信息网络的建设, 由专人负责检索国内、外相关的信息, 提供与中心合作院所的科技成果, 设立专家论坛探讨前沿课题及行业发展方向, 以信息化平台拓展公司的视角, 使企业了解行业及市场的发展变化, 增加紧迫感及自我发展的欲望。
为保证技术中心科研项目的顺利完成, 企业实施拓展融资渠道, 实现投资多元化, 逐步提高科技投入水平, 2012年产品科技开发费占产品销售收入的比例达到5%以上, 为技术中心提供了充足的经费保障。
技术中心造就了一支适应市场需求的复合型研发队伍, 充分发挥总工程师和三级科技、技能带头人的作用;充分利用经济杠杆的作用, 激发他们自主创新的积极性、主动性和创造性;全力构建有利于其成才、成长的职业通道, 完善人员及政策保障。为确保工作的顺利展开及平台功能的发挥, 中心将不断改善工作条件, 增设专家办公室, 交流中心等。同时更新和添加部分实验检测仪器和设备, 提高实验室的检测水平及办公条件。
国营山西锻造厂技术中心拥有成熟的生产各种汽车类锻件、煤矿采掘机械配件、石油核电阀体、液压件、军用履带式车辆锻件和发动机曲轴、连杆锻件等产品的先进工艺;拥有各种先进的锻造及热处理设备技术改造经验;拥有一系列有核心技术的企业标准;拥有完善的信息分析及政策研究体系和市场技术支持体系。
机械锻造技术的发展与核心要义解析 篇4
机械制造业是我国工业的支柱产业, 随着现代化建设的进程与发展, 机械制造业成为了不可或缺的行业之一。市场的需求量不断增大, 对于发展中国家而言, 机械产品的质量是最为重要的。只有质量过关, 行业发展的根基才能稳定。因此, 对于我国而言, 机械锻造技术的研究与深入, 是机械制造业得以发展的主要原因之一。机械产品使用以及报废年限都是有非常严格的规定的, 对于质量不合格的产品, 要对生产锻造线进行整顿与改革, 从而保证机械产品的合格率。为了能够更好的实现我国机械锻造工业的和谐发展, 满足未来生产的需求, 有必要对机械锻造技术的发展进行分析, 并对其生产技术的核心要义进行研究。
2 机械锻造技术广义解析
机械的发明, 是第一次工业革命中最具意义的一次变革。因为机械给人类生产和生活都带来了巨大的便利, 也为人类改造自然提供了强有力的工具基础。现代生活中, 机械设备以及机械产品遍及我们生活的方方面面, 更为未来的发展奠定了基础。随着人类社会的快速发展, 对于机械类的设备与产品的要求也越来越高。不仅仅只是从产量上的要求, 更在质量上对机械产品提出了挑战。那么, 在原有的加工基础上, 传统的生产方式已经无法满足现代社会对机械产品的需求。因此, 机械的生产加工技术必须要进行改革。那么, 新式的机械生产技术就得以诞生———机械锻造技术。
从广义的角度分析, 机械锻造技术是一种新式的机械生产与加工技术。从表面意义上分析, 机械锻造技术似乎要比机械制造技术要更加严格。实际上, 机械锻造技术则是机械制造技术中的一种。机械制造是机械生产的一种广义的定义, 而机械锻造技术则是更加适合于现代化机械生产的一种机械加工技术。从生产的流程和加工技术手段上分析, 机械锻造技术生产的产品更加具有高质量和高性能的特点。耐用性方面也更加符合机械产品的使用环境, 并提高了防腐规格, 减少了维修几率。实际上, 大大的提高了机械产品的使用性。
因此, 对于机械锻造的广义解析, 可以从以下几个方面进行分别阐述:
第一、相对于机械制造技术的理解;机械制造技术是机械生产的统称, 而相对于机械制造而言, 机械锻造属于机械制造中的一种生产方式, 相比于其他机械生产加工技术而言, 机械锻造技术更加符合现代市场对机械产品的一种需求。因此, 相对于机械制造技术而言, 机械锻造技术只是其技术分支之一。
第二、机械锻造技术是以现代化机械制造技术为核心, 把握现代机械产品的质量要求以及使用环境等综合因素, 从而形成的一种机械制造技术。锻造技术采用现代化的流水线车间生产, 能够通过更为精密的仪器和设备锻造出更为高质量的机械产品, 从而减小使用过程中出现的问题, 大大提高使用效率, 提高设备使用率。
第三、锻造技术的形成是受到市场以及行业的需要, 从而在机械生产技术领域的一次技术开发。因此, 锻造技术是技术领域的一次突破, 也是行业的需求。两者在某种程度上并不冲突, 而是一种相对推动的作用。
总之, 机械的锻造技术的广义就是一种机械制造技术, 只是相对传统的机械加工技术更为先进, 机械产品质量更过关。因此, 对于机械锻造技术而言, 要从技术和行业两个角度对其进行分析, 从而真正了解机械锻造技术的含义。
3 机械锻造技术的技术发展
对于机械锻造技术的含义, 已经进行了深入详细的分析。机械锻造技术领域是目前机械生产行业中比较重要的领域之一, 因此, 对于机械锻造技术的发展, 有必要进行深入研究, 从而对机械锻造技术的发展有较为全面的认识。
3.1 机械生产技术的兴起
第二次工业革命, 确定了机械为主要产品的市场。人类开始了大规模生产机械设备以及机械产品的阶段, 并为以后的发展奠定了坚实的基础。因此, 机械的生产技术开始从第二次工业革命得到了扩展, 并为以后的机械生产工业提供了保障。那么, 为什么机械生产技术会在第二次工业革命开始兴起呢?机械生产技术兴起的标志又有哪些呢?
首先, 对于机械生产技术而言, 通过金属的开发以及冶炼技术的出现, 制造技术也随着开始有所发展。当制造技术的原料开始主要采用金属中的钢铁开始, 机械生产技术开始受到重视。机械产品被广泛应用到工业以及农业中, 并成为了人们生产与生活的一部分。因此, 机械生产技术开始兴起是必然的。
其次, 机械生产技术的兴起从瓦特开始发明蒸汽机, 就是一项重大的标志。蒸汽机的出现, 使得汽车开始逐步走入人们的世界中。汽车行业的兴起, 让机械产品的供求量迅速提高。这在很大程度上促使了机械工业的发展, 并对机械生产技术开始提高要求。尤其是机械产品的质量, 要达到一定的标准, 才能够使用到汽车工业中, 对汽车的生产进行加工以及改造等。此外, 汽车零部件的生产以及加工, 都需要强有力的机械生产技术。因此, 机械生产技术的兴起, 汽车工业的起步起到了至关重要的关系。
最后, 机械生产技术的兴起, 代表着机械工业的发展和复兴。机械行业的主要支柱就是生产技术, 工业领域的发展主要依靠技术推动, 当然在市场需求的前提下, 强有力的技术支持才是一个行业真正发展复兴的关键。因此, 机械生产技术的兴起, 成为了机械工业未来能够蓬勃发展的关键, 从而真正意义上实现了机械生产工业的复兴。
3.2 传统机械制造技术的复兴
随着机械生产技术的兴起, 与机械相关的行业也开始大力发展。在工业革命之后的相当长的一段时期内, 由于战争的影响, 使得机械生产技术进一步发展和壮大, 并大幅度提高了机械产品的使用需求。由于战争对机械的要求都相对较高, 因此机械生产工艺有了进一步的发展。
3.3 机械锻造技术的出现和主要地位的确立
人类发展不断发展, 进入第三次工业革命———信息时代。信息时代虽然以互联网以及信息作为主要的交互领域, 但是机械领域的需求以及市场范围却更为扩大化了。现代社会处于经济以及科技高度发展阶段, 对于机械工业而言, 传统的机械工业生产以及生产加工制造技术已经远远无法满足现代社会市场以及人们的需求。因此, 机械工业需要从量产以及质量上, 对机械产品进行相当大的一次改革, 才能在根本上实现机械工业的可塑性发展。因此, 传统的车间加工, 人工加工方式不仅在精度上无法保证市场的规格和要求。因此, 现代化的生产方式以及生产技术显得非常重要。在这样的大背景下, 机械锻造技术开始应运而生, 并逐步成为了机械生产行业的主要技术之一。
因此, 现代工业的发展, 促使了机械锻造技术的出现。那么, 其主要地位是如何形成的呢?
对于机械锻造技术而言, 其能够在机械生产技术领域中, 实现其技术的主体地位, 最重要的原因就在于能够满足现代化市场的需求, 并在生产最终质量上达到一定的水准, 从而满足市场经济下, 机械产品的规格和要求, 在最大限度上实现机械工业的蓬勃发展。根据市场的发展定律以及技术层面的改革, 将机械锻造技术研发成功, 从而实现了机械锻造技术的主体地位。
3.4 机械锻造技术的未来发展分析
新一代的技术出现, 必然会引领一定的市场发展。因为受到现代工业的影响, 机械锻造技术开始有了进一步的发展, 并且成为了机械生产领域中的主流技术。但是, 机械锻造技术的未来会如何发展呢?
从技术发展的角度分析, 一项新的技术会在市场需求剧增的时候发展起来, 并在一定的时期内都处于一种主流的地位。但是随着市场发展的不断扩张, 一项技术也需要进行相关的改革。但是, 当技术无法满足市场需求的时候, 就会被淘汰。和传统的机械车间加工技术一样, 在最初的一段时期内, 车间加工是机械生产的主要手段。但是后期的市场经济以及现代化工业就直接淘汰掉了原有的生产模式和技术手段。因此, 市场是残酷的。对于机械锻造技术而言, 也同样需要经历这样的的过程。但是未来的方向不管怎样, 一项技术的存在是不可磨灭的。
4 机械锻造技术的技术核心
对于机械锻造技术, 从市场需求角度以及技术发展角度都有了一定的分析。但是, 既然是机械技术, 其核心必然是技术。技术层面与技术领域, 都是需要不断的革新, 适应不同市场的需求以及技术领域的标准。那么, 对于机械锻造技术而言, 其技术核心有哪些呢?如何能够通过改变技术层次来提高机械产品的质量呢?
4.1 现代化加工设备的支持
作为现代化的机械加工生产技术, 机械锻造技术的技术核心之一就是采用了现代化的加工设备。传统的机械加工设备主要就是机械机床, 加工的方式主要就是人工加工。通过一定的标准, 车间工人会按照流程和步骤进行工件的加工。这样的加工方式属于传统的加工方法, 在过去的一段时间内, 占据着主要的技术地位。但是随着量产的需求以及对生产工件的准确度的要求, 这样的加工方式很明显已经不再适合于精度较高的生产加工了。因为人工加工, 难免会出现主观的误差。因此, 面对现代化的加工需求, 就需要采用现代化的加工设备。现代化的加工采用流水线的加工方式, 精确度通过计算机远程通信计算, 保证了精确度的准确性。此外, 车间工人的使用率大幅度降低, 减少了因为人员操作和控制造成的误差。因此, 现代化加工设备的引入, 让机械锻造技术的精确度达到了一定的水平阶段, 从而减少了机械的不确定性, 提高了机械产品的质量。
4.2 技术力量的大力支持
一项新技术的研发和研究, 需要组织研究团队, 并对市场进行调研, 进行需求分析, 从而寻找市场需要的机械产品规格。将这些数据和信息通过统计的方式, 制定成生产流程分析图, 根据这个流程分析, 解决在生产和研发中遇到的问题, 并实现进一步技术研发。在进行技术革新的时候, 需要不断的引入其他领域的先进技术, 才能够在一定程度上实现技术的真正革新。对于机械生产也同样如此, 通过引入计算机技术, 将计算机的数字计算机技术应用到机械锻造技术中, 实现无人工操控的生产流水线。这样就在很大程度上减少人工生产造成的误差, 并提高了生产效率。远程通信技术, 是计算机领域的最新技术, 能够通过远程控制, 来实现安全生产。安全生产也同样是锻造技术的一项重要技术之一, 因为锻造技术通常需要在高温环境下进行, 因此需要保护生产人员的安全问题。总之, 机械的锻造技术发展绝非只是单一的技术问题, 更多的是要实现多项领域的技术综合, 从而实现机械锻造技术的统一发展, 完善机械锻造技术的技术缺陷。
5 结束语
从现代化机械生产概念的引入, 到目前的发展情况分析, 机械锻造技术的发展是人类社会发展的必然需要, 也是机械加工工业的发展趋势。机械锻造技术的引入, 让传统的机械生产制造行业有了新的技术血液, 并为其未来的使用和发展奠定了基础。然而, 机械锻造技术的发展却是经历了较为长时间的历程, 从最初的机械磨具、打磨人工加工, 到后来的车间生产以及人工车床制造工件, 到现在的流水线机械锻造技术。这样的一个发展过程不仅仅是从一种生产方式向着另外一个生产方式转变, 而是从技术的角度以及技术领域发生着巨大的变化。技术领域与行业领域的发展, 都需要通过技术的变革来推动行业的发展。机械工业在经历了传统的生产方式以及现代的锻造生产方式, 完全是受到市场的影响, 才会有这样的转变。因此, 机械锻造技术的发展, 是行业与市场的双向作用。而其核心生产技术, 需要融合材料力学以及机械设计理论等多个领域的技术核心结合而成的。总之, 机械锻造技术是目前机械生产在主流技术, 未来机械的发展依然倚靠机械锻造技术。
摘要：随着我国机械工业的不断发展, 机械锻造技术也随着有了快速稳步的发展。机械制造在我国一直是比较重视的技术课题, 制造技术的发展程度直接影响着机械产品的质量。机械制造在改进与改革的过程中, 逐步体现出锻造技术。锻造技术能够在制造技术的基础上, 提高机械产品的质量, 并在一定程度上满足现代工业以及各个行业对机械产品的需求。因此, 机械锻造技术是目前机械工业研究的重点项目。本文通过对机械工业的发展了解, 并研究机械锻造技术的发展, 并进一步了解其技术核心的要义。
关键词：机械锻造,技术发展,核心要义
参考文献
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现代锻造技术 篇5
1 曲轴分类与模锻工艺特征
1.1 水平分模直接成形曲轴
该类型曲轴主要包含了双缸、单缸、多缸曲轴等等, 这些曲轴一般应用在车体直列发动机中, 曲轴杆颈为180°分布, 原材料为非调质钢材, 该锻造技术相对来讲较为简易。对于规格较小的轿车曲轴, 通常要使用具有步进梁构架的全自动生产线来进行生产工作, 该方式具体步骤为热-预煅-终煅-切边, 在无特殊前提为条件下, 并不需要特意制坯, 当切边工作完成以后, 热精整也会完成[1]。
1.2 曲面分模直接形成曲轴
这种曲轴有两种类型, 即六缸、三缸。一些V10与V8的曲轴也使用了该生产工艺, 曲面分模直接形成曲轴常用于200马力以上的重型发动机之中, 其连杆颈分别为90°, 120°和72°, 在常规状态下, 这种型号的曲轴主要在250千焦以上设备中完成, 从当前的情况来看, 有多个类型的产品自动生产线。我国部分企业使用了非调质钢材料。
1.3 水平分模扭曲成形曲轴
水平分模扭曲成形曲轴主要指的是, 拥有平衡块结构的六缸十二平衡块曲轴, 具有全平衡块结构六缸12平衡块曲轴, 和V10与V8曲轴等等, 如果这些曲轴使用了曲面直接成形工艺[2], 就会在成锻件局部余量偏大的缺陷存在, 致使某些类别的曲轴要通过改变原有平衡块的方式才能适应, 这种情况会令曲轴产生失衡现象, 因此, 在制作曲轴与扭曲成形技艺时, 这种型号的产品为最优工艺, 该工艺的难点为扭曲工艺与精整的设计, 在这项工作中, 以六缸曲轴的形成工艺为典型, 而五缸工艺则相对复杂, 从当前的情况来看, 还没有关于五缸曲轴扭曲工艺成形设备, 对于该曲轴的设计与制造要使用很多辅助设备才可以完成该项工作, 在欧美发达归家, 使用一套综合设备就能够将扭曲和热精工作完成, 这除了能够在最大程度上节省资源的同时, 也可以提升原有的生产效率。
2 新型技艺在曲轴锻造工作中的相关应用
2.1 半闭合式模锻工艺的应用
现如今, 我中国曲轴市场呈现出供过于求的局面, 市场竞争日益激烈, 减少制造成本也成为了很多企业中极为重要的内容, 越来越多的新型技术也已经被应用于曲轴生产之中, 最近几年, 在该工件的生产中, 半闭式模锻工艺被广泛应用。该工艺的原理全面借鉴了以往的挤压制作方式, 把曲轴开式锻模工艺, 利用一定的改进模具进行结构化处理, 最终成为一种全新技术, 这种技术介于闭式和开式模锻工艺之间, 技术的重点是改变锻模原有桥部构架, 使用这种方式实现金属在封闭模具中的挤压程序, 完成了从开式模锻转化为闭式模锻, , 并实现了小飞边的锻造过程, 这样能够将材料的利用率在根本上加以提升, 减少生产成本。
2.2 曲轴度锻造的自动化生产
2.2.1 自动化生产线
这项技术主要说的是以机器人为核心, 利用信息网络技术为媒介, 使用总线的控制为主要方式, 把有关的设备完全连接, 后形成的大规模生产线, 这也是生产自动化的最终体现, 设备的管理和单元自动化是成就企业中先进技术全面应用的代表, 也是实现锻造生产线网络化, 智能化的主要方式, 从当前的情况来看, 该方式已经成为了我国锻造行业发展的新领域[3]。
2.2.2 新设备和相关工艺的适应性
从现如今的自动化设施与行业整体发展不难看出, 利用热模锻压立为主要设备的自动化生产线, 用于生产曲轴类产品已经显现出了不可替代的优势。但值得注意的是,
该产品的后续维护工作异常复杂, 因此, 在当今我国部分生产商转为利用米乐顿万家公司生产的PZS系列电动螺旋压力设备将曲轴部件进行全面锻造, 这样能够更好的把半闭式模锻工艺中的特点和厂家现实需要加以适应, 在对曲轴锻件的重点生产工艺上, 以往的工序是由不同设备来完成的, 现如今在一台机器上就可以实现, 在节省时间的同时, 也缩短了工序的传递时间, 所以说, 这能够很好的将自动化生产优越性加以体现。
2.3 曲轴低消耗制造
从原材料的使用方面来看, 目前在制造曲轴上, 应用频率较多的材料主要是合金钢, 其次为碳钢。目前铝合金与微合金已经成为了新型合金材料。欧美发达国家在多年前就实现曲轴材料的非钢化, 因为我国生产标准不同的原因, 从当前的情况来看还有相当数量的曲轴使用调质材料生产, 这样不但不能达到节省资源的目的, 也在一定程度上浪费了生产成本。从上游企业的情况来看, 在微合金钢原材料技术研发上, 当前我国很多企业在曲轴的生产上使用了非调质原料, 值得一提的是, 在使用新材料的过程中全面运用了自动化控温冷却技术, 对于曲轴所产生的剩余热量妥善处理, 这种方式既可以节省能源, 另外也能够减少设备资源的投资, 将生产成本降低, 缩短了生产周期。
3 结束语
综上所述, 要想令该行业得到长久性的发展, 就应该将技术研发作为工作重点, 并在引进欧美发达国家先进技艺基础上, 进行全面创新, 另外还要优化原有生产工艺, 将生产成本全面降低, 以更好的适应市场变化, 走向专业发展的道路。
摘要：由于汽车数量的增多, 使得汽车制造业的发展呈现出了繁荣之景象, 市场对于曲轴零部件的需求也日益增加, 对曲轴先进锻造技术和应用进行研究, 具有非常重要的现实意义存在, 结合实际情况, 本文首先阐述了曲轴分类与模锻工艺特征, 并总结了新型技术在曲轴锻造中的相关应用情况。
关键词：自动化生产,半闭式模锻,低能耗,锻造
参考文献
[1]夏占雪, 白孝俊, 阮艳静.重型曲轴、前轴模锻工艺装备的现状与发展[J].FORGE, 2010, (03) :30-31.
[2]夏占雪, 于宜洛, 王云飞.曲轴锻造生产线与新技术应用[J].锻造与冲压, 2010, (04) :46-48.
现代锻造技术 篇6
日前,04专项课题“大型锻造操作机”项目在江苏举行了验收会,课题通过了技术验收,标志着我国2万吨级自由锻造机有了国产配套的锻造操作机,对重型锻件锻造具有重要意义。
该课题由中国重型机械研究院股份公司承担,与江苏国光重型机械有限公司、重庆大学等合作完成。课题开展了机构有限元分析和设计、液压系统仿真、电气与液压联动控制、样机结构设计、制造和调试等研究工作;为保证动作反应灵敏度和控制精度,进行了多项机械和液压结构创新;针对满载工作近1600吨运动质量的大惯量运动和多执行器负载敏感性特性,研究出高压、大流量电液比例控制系统和方法。据会议报告,该课题研制出拥有自主知识产权的、全球最大规格的大型锻造操作机,该机夹持重量300吨,最大载荷力矩750吨米,可与国内现有2万吨级自由锻造压力机配套锻造重型锻件,改变了此类机械依靠进口的局面。
现代锻造技术 篇7
目前,全球许多地方正深陷在环境污染、温室气体过量排放、资源枯竭等种种环境危机之中。环境保护和可持续发展成为世界各国人民的共识,更是关系中国长治久安的战略问题。
在2009年底被称为是“拯救人类的最后一次机会”的哥本哈根世界气候大会上,温家宝总理代表中国政府提出了到2020年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%~50%的目标。这是一项艰巨的任务,需要分解到各个行业和各个企业来消化落实。
锻造行业节能减排应该从直接节能和间接节能两个方面研究。直接节能涉及到降低设备能耗、提高设备利用率,采用能耗低的新技术、新材料、新工艺;而间接减排则从节材方面考虑,减少前端资源消耗和后续加工消耗,实现节能减排。
2 中国锻造行业能源消耗及污染物排放现状及问题分析
2.1 锻造行业能源消耗主要表现在锻锤、压力机等设备耗能、坯料加热、锻件热处理。
锻造行业拥有的各类锻锤和压力机结构,大部分是沿袭原苏联40~50年代的设计方案,存在先天性能耗高问题。自由锻造液压机和模锻液压机的工作介质为水或油,多采用成套的泵-蓄能器提供动力,通过管道将动力传送至液压机做功,主要生产大型自由锻件和模锻件。模锻压力机包括双盘摩擦螺旋压力机、机械压力机以及离合器式和电动直驱式螺旋压力机,是我国生产各类民用或军用机械产品大中小型模锻件的主要设备。
电能是上述各类锻造设备的终端能源。由终端能源产生的压缩空气、高压液体或机械能做功于各类设备上,其能耗损失与传递过程的长短、设备技术状态和管理科学性等因素有着密切的关系,因此,节能潜力很大。
坯料加热和锻件热处理的加热炉分别为电加热炉和燃料(煤气、天然气、油)加热炉,总量超过10000台。根据行业调研资料显示,就锻造加热环节,在可比条件下(生产同等重量、形状复杂程度相当的锻件),能耗统计表明,每生产1t锻件,将消耗油401元,消耗煤215元,消耗天然气145元或电123元。燃煤炉的能耗大约是电加热炉的两倍,燃油加热炉的能耗大约是电加热炉的3.3倍。加热炉技术状态一般、生产技术管理和节能措施不到位是能耗偏高的主要问题所在。
2.2 金属材料利用率现状
2009年锻件产量达770万t,年消耗金属材料约963万t,金属材料利用率接近80%。年损耗金属材料193万t,它们都变成了料头、飞边、废料及氧化皮。金属材料利用率从总体上看,热模锻为60%~91.4%;冷温精锻为85%~95%;自由锻为63%~82.5%;特种合金锻造为55%~85%。
材料利用率是反映锻造工艺技术水平的一项重要指标,由于地区、设备、人员素质和管理等诸多因素的差异,我国锻造企业之间在金属材料利用率指标上的差距是非常大的。
2.3 锻造、热处理及锻件清理过程形成的主要排放物
(1)烟尘。
烟尘的来源是燃料燃烧过程中产生的灰分、不完全燃烧的碳质微粒和未燃烧完的挥发成分。烟尘粒径在0.1μm~0.001μm时,能长久漂浮在大气中;粒径在10μm~0.1μm时,在静止空气中能缓慢下降,这些烟尘称之为飘尘。
(2)有害气体。
矿物燃料(煤及其转化物如煤气、石油、天然气等)燃烧后的烟气中含有二氧化碳、二氧化硫、氮氧化合物等有害气体,对大气、水质造成污染,对人与自然的生态环境危害严重。
(3)废液、废油、废渣、污水。
在锻件生产过程中的若干环节上,根据工艺需要,如润滑模具和锻坯的润滑剂、锻后锻件处理如去除钛合金锻件表面α脆化层、锻件热处理产生的废液、废水和清理锻件表面产生的渣尘和氧化皮等,都会对环境产生不同程度的有害影响。
(4)噪声和振动。
噪声和振动是锻造行业另一个对人类和环境产生有害影响的污染物。
3 中国锻造行业节能减排技术措施
3.1 锻造工艺
3.1.1 锻件锻后余热热处理
通过控制锻件的锻后冷却,防止形成粗大的铁素体和珠光体以及析出网状碳化物,使其直接获得相当于锻后再次加热进行的常规淬火、退火、正火和等温正火所得到的组织、性能,这样常规的淬火、退火、正火和等温正火的加热均可取消;另一种方法是将锻件直接送入热处理炉。
(1)锻造余热淬火
锻造余热淬火是钢坯在稳定的奥氏体区锻造成形后,当温度高于Ar3(对亚共析钢而言)条件下,利用锻件余热在介质中淬火,一般在820℃~900℃左右立即入淬火介质急冷以获得淬火组织,并在合适的温度下回火,用以代替调质热处理。一般低合金结构钢,锻造加热温度在1200℃左右较合适。余热淬火锻件的高温回火温度比普通淬火后的回火温度需提高约40℃~50℃。
(2)锻造余热正火
锻造余热正火是钢坯在稳定的奥氏体区锻造成形后,当温度高于Ar3(对亚共析钢而言)条件下,利用锻件余热在冷却箱或退火炉内控制锻后冷却速度,得到正火组织。
(3)锻造余热等温正火
正火温度应高于Ac3,一般采用900℃~950℃,急冷速度一般按40℃~50℃/min冷却到等温温度,等温温度一般为610℃~680℃,根据锻件材料和要求的硬度确定。急冷是锻造余热等温正火工艺的关键工序,可通过调节风温、风量和锻件移动速度来调节冷速。锻造余热等温正火多用于Cr Mo渗碳钢,例如22CrMo H。
锻造余热热处理是一种锻造和热处理相结合的综合工艺,是一种节能降耗又环保的先进工艺,并具有产品质量稳定的优势。因此,在锻造车间设计时,锻造余热热处理应纳入工厂设计,把热处理炉安排在大批量生产的热模锻设备机组内,组成锻造生产线和自动化生产线。
3.1.2 等温锻造工艺
等温模锻常用于航空、航天工业中钛合金、铝合金、镁合金等轻合金零件的精密成形。等温锻造加工,可以获得组织比普通锻造组织均匀、力学性能优良、锻件无回弹、尺寸稳定、材料利用率高、表面质量好的锻件。与普通锻造的对比如表1所示。钛合金材料的价格昂贵,例如Ti40材料,约1000元/kg,研制成本高。用于航空产品的钛合金锻件,质量有严格的控制要求,其组织和性能直接关系到使用的可靠性和寿命。图1所示是等温成形的钛合金整体叶轮。
3.1.3 钢锻件轻量化的技术措施
(1)轴类锻件的空心化工艺,取代了原来的锻造工艺方式,减轻锻件重量,减少原材料消耗
常见的工艺有:(1)传动轴的空心化挤压工艺;(2)旋挤长径比较大的空心轴;(3)旋挤与楔横轧工艺结合生产空心轴;(4)管件液压成形技术(又称内高压成形技术)。图2a、b为典型空心锻件。
(2)有色金属锻造,特别是铝合金锻造
汽车减轻自重,实现轻量化是世界汽车工业不断追求的战略目标,汽车自重减轻10%,可节省油耗8%~10%。采用有色金属锻件,特别是铝合金锻件是汽车轻量化的必然趋势。因为铝合金锻件比铸铁件可减轻大约35%~40%的重量,比铝铸件可减轻大约25%的重量。铝合金的密度大致在2.7g/cm3,是钢锻件的34%,铜锻件的30%,是轻量化的理想材料,它强度高,比刚度大,比弹性模量大,耐疲劳强度高,内部组织细密、均匀、无缺陷。加工性能好,有良好的抗腐蚀性,吸振性强等优点。因此,它是悬挂系统钢控制臂理想的替代材料。它能大大提高车辆底盘回弹响应速度,从而大大提高车辆的操控能力,行驶舒适性随之得到提升。
3.1.4 采用精密锻造技术措施
精密模锻既有效提高锻件精度(提高尺寸精度和减少表面粗糙度),又提高锻件材料利用率和锻件复杂程度,而且还使精密模锻的配套技术获得全方位持续快速发展。如精密剪切下料、无氧化加热、模锻工艺、润滑剂、模具精密加工、锻件和模具的检测技术都得到快速发展。
热精锻和冷、温精锻主要包括两个方面:一是精化毛坯,取代粗切削加工工序,例如用高速热镦锻机或热模锻压力机闭式模锻生产的轿车变速箱齿轮(余量0.35mm~1mm、公差≤±0.4mm),精锻汽车等速万向节毛坯等;二是精锻零件,通过精密模锻直接获得成品零件,例如冷精锻轿车行星齿轮和半轴齿轮、汽车变速箱倒档齿轮、星形套等,能够减少或省去锻后切削加工工序。图3所示为精锻锥齿轮件。
3.1.5 特种锻造技术
特种锻造包括粉末锻造、液态锻造、半固态锻造等,还有铸+锻复合成形、冲+锻复合成形等。
粉末冶金锻造是一种高精度、节材先进生产工艺技术。例如粉末冶金锻造连杆,其重量公差可达1%,而热模锻连杆重量公差≥2%。粉末冶金锻件精度高,仅需精加工即可。美国每年约生产1000万件粉末冶金锻造连杆。在经济批量生产时,这项技术与热模锻连杆相比,可节约投资25%,节约加工费35%。粉末冶金锻件精度见表2。
3.2 锻造材料
3.2.1 节能型钢应用
节能型钢的开发集中在减少棒线钢材二次加工时的热处理工序上,开发出了多种热处理省略钢种,其中之一是非调质钢。非调质钢不仅具有简化工艺,节省能源,降低成本,避免淬火缺陷(裂纹、变形、脱碳),减少热处理造成的污染,改善环境的优点,而且零件心部与表面硬度几乎没有差别,切削性能好。
3.2.2 精密锻造用钢材
精密锻造对原材料的要求非常严格,要求尺寸精度高、延展性好、硬度低,内部及表面不允许有微小裂纹等,从而对炼钢、轧制以及棒线材制作都提出了很高的要求。为了提高钢材的纯净度和延展性,在钢材制造方面开发采用了炉外精炼、真空脱气二次精炼以及连续铸造等工艺技术,有效地控制了钢中夹杂物含量及成分偏析,大大减少了有害元素硫、磷、硅、氢、氮、氧以及氧化物等的含量。由于二次精炼容易调整合金元素的添加,由此实现合金成分的窄幅化,提高钢材的热处理等性能。先进轧制技术以及缺陷探测技术的开发和应用,大大提高材料的尺寸精度,减少材料的内部和表面缺陷,为精密锻造提供了可靠保障。
3.3 自由锻及特种合金锻造的节能技术
2009年中国锻压协会对锻造行业生产企业进行了能耗及经济技术数据的调研,调研结果表明,生产每吨锻件的能源消耗折合成标煤,模锻是0.47t标煤/t锻件;自由锻是0.66t标煤/t锻件;特种合金锻造是0.74t标煤/t锻件。
可见,自由锻和特种合金锻造相对能耗较高,今后必须作为节能减排的重点研究对象。目前应该做好以下方面的节能措施:(1)对现有的重要锻造生产线进行技术改造,主要是对现有的压力机进行现代化改造,实现数控与操作机联动;(2)通过锻造在线加热补偿装置,实现边锻造,边补偿加热,尤其适用于难变形合金的锻造;(3)优化锻造辅助工具,减少锻造火次;(4)钢锭热送,一方面可省去部分钢锭脱模后的退火工序,另一方面热送钢锭锻造加热时间比冷送钢锭加热时间减少65%以上;(5)对中小型锭坯采用推杆式和环形两种连续式加热炉进行锻前加热,可有效利用炉尾的高温烟气对锭坯进行预热,可大幅度降低排烟温度,与传统的台车式和室式加热炉相比可节能40%以上。
3.4 锻造设备方面节能减排技术
3.4.1 锻造加热及热处理炉节能减排改造技术
(1)毛坯、锻件燃气式加热炉采用数字化蓄热式高速脉冲燃烧和控制技术及连续供给燃料蓄热式脉冲燃烧和控制技术。对比采用常规高速烧嘴+空气预热器的燃烧方式,该项燃烧技术应用于高温锻造加热炉,节能率为50%,炉温均匀性±10℃;应用于中、低温热处理炉,节能率为30%~50%,炉温均匀性±5℃。
(2)热处理电阻炉节能改造。热处理炉用电量平均占企业用电总量的25%~30%。节能改造可以从炉子的炉体结构、进出料传动方式、炉门结构和开启时间、炉衬结构和材料以及电控系统等多种渠道进行针对性的具体分析、改进、完善,从减少炉子与外界之间的对流、辐射和传导的多个角度出发,最大限度地降低炉子的热损失,是实现热处理炉节能降耗的有效手段。
3.4.2 模锻锤的节能改造技术
将全液压动力驱动、程序打击控制、在线监测和数字显示等新技术应用于蒸空模锻锤的程控化改造。改造采用全液压动力驱动原理,即工作缸有杆腔始终通过恒定的压力油,当无杆腔进压力油时,有杆腔与无杆腔同时接通实现差动,锤头在自重及油压作用下快速下降,实现打击。打击后,无杆腔与回油口接通失压,同时与有杆腔的通路被切断,锤头在有杆腔压力油作用下迅速回程。
全液压锤动力驱动,既克服了进油打击方式液气锤有杆腔压缩气体少量泄漏即影响锤头不能正常回程及回程速度、位置难以得到控制的缺点,又克服了放油打击方式液气锤闷模时间长、回弹连击、回程速度慢、打击频率低、油气互串等缺点。
蒸空模锻锤程控化改造,驱动系统实现全液压动力驱动,控制系统实现打击能量打击步序程序控制,打击系统改造为大锤头短行程结构实现高频次打击。蒸空模锻锤经程控化改造可实现精密、高效、节能、环保、高可靠运行。
3.4.3 自由锻液压机的节能改造技术
采用正弦油压泵控直传系统,有以下优点:
(1)用油泵直接传动,结构比较简单。由于泵的功率取决于锻造压机的负荷,因此,效率比水泵-蓄势器传动要高0.5~1.5倍。
(2)泵控直传系统,加压及回程工作稳定、振动小,因此,各个运动部件、操纵阀门、柱塞、密封能够长时间平稳低故障运行,寿命长。
(3)高速油泵体积小,管道布置紧凑,操纵系统方便灵活,容易实现精确控制活动横梁的动作和自动化。
(4)油泵直接传动设备占地面积为水泵-蓄势器传动的40%,因不需要高压蓄水罐、高压蓄气罐和高压空气压缩机等,用油泵直接传动设备的费用仅为泵蓄势器传动设备的50%~60%
(5)锻件的热态锻造精度控制可达到1mm,速度控制精度达到5%,提高热态锻件的尺寸精度和品质,总效率可提高50%以上,平均功率损耗降低30%以上,大大缩短作业时间,减少加热次数,降低能耗。
3.4.4 锻造生产线的优化配置及生产线自动化设计
锻造生产线按照主机的生产节拍配置加热设备,模具润滑在每次设备打击之间完成,配备辅助操作设施,最大限度的减少生产辅助时间,提高设备使用效率,每个班次生产出最多的锻件,从而降低每吨锻件的设备能耗。
实现锻造生产线自动化,使其通过高度自动化,达到稳定的工艺生产过程,提高产能,降低生产成本。
3.4.5 电动螺旋压力机替代摩擦压力机
电动螺旋压力机主机结构比摩擦压力机简单,故障率低,易于维护。与摩擦压力机相比,不需要更换摩擦带易损件。与液压螺旋压力机、离合器式螺旋压力机相比,无液压驱动单元,使用维护费用明显减少。由于采用了变频驱动,压力机工作时,不会对工厂电网产生冲击和影响其他设备运行。滑块静止时,电机不工作,电耗低。当采用了飞轮能量回收装置后,还可进一步降低能耗,提高效率,振动和噪声小。
3.4.6 锻造振动和噪声控制技术
锻锤直接弹性支承系统的成本比常规基础成本低,比较时包括所有土建费用、弹簧隔振器和阻尼器费用及安装费用。在我国,由于土建成本较发达国家和地区便宜很多,采用直接弹性支承系统的一次性投入成本经济性不明显,但运行成本明显降低。一般锻锤运行8~10年,直接弹性支承系统的成本便可收回。若设计运行10年以上,直接弹性支承系统的经济性便非常明显。弹性支承还有助于减少固体传声,固体传声是高频振动通过地基、墙及地板,传播到空气中形成二次噪声。弹性支承可使二次噪声轻易地降低10d BA或者更多。所以,弹性支承对于降低此类噪声是非常有益的。锻锤基础支承种类见图4。
4 发展方向
今后锻造行业必然向着节能环保、节约材料、降低成本、提高生产效率和附加值等方面发展。环保方面的重大课题将是开发新型无污染的锻造润滑剂,开发耐热耐磨高性能的模具材料和表面镀层技术实现无润滑或者少润滑锻造。在节能方面,进一步研究开发无热处理等高性能钢种,例如能够锻造汽车转向节的国产材料,开发节能型加热装置,节能技术应用于锻造设备的改造。在节约材料方面进一步实现精密锻造,闭塞锻造成形技术广泛应用。在提高锻件的附加值降低成本方面,如实现热、温、冷锻技术的结合以实现复杂零件的精密锻造化,锻造与冲压技术的结合,锻造与焊接、铆接技术的结合以及锻造技术与机械加工技术的结合等。
高精密、新兴领域的锻件如航空锻件,薄壁零件,难加工材料的成形(如铁合金、钛合金、铝合金以及镁合金的锻造技术),高精度齿轮,电子产业中的锻件,电气汽车时代锻件产品的转型等都是开发研究的课题。在锻造新工艺的开发方面,围绕锻件的集成化、精密化、降低成本、节约材料开展研究,进一步拓宽如闭塞锻造、分流锻造、背压技术等的应用范围。
在锻造设备方面将向着自动化、多滑块、速度可控以及伺服电机驱动等方向发展,多向闭塞锻造专用机将成为开发的热点之一。精密锻件的精度在向微米级水平迈进,而影响锻造精度的模具制造技术、温度问题、弹性变形问题、坯料精度问题等因素的综合锻造技术的开发研究将会受到重视。锻造模具专家辅助设计系统的开发将会取得很大的进步,将在工艺优化设计和新产品的开发、优化模具结构、提高模具使用寿命等方面发挥重大的作用。
4.1 模具材料
针对锻件精度要求的提高,锻件形状的复杂化、锻造生产的自动化、高速化、难加工材料的锻造等,期待着高强度、高韧性、耐摩擦、耐高温,甚至可应对无润滑状态锻造的模具材料的开发应用。冷作模具钢系列的主要要求是高硬度、高强度和高耐磨性。因此,冷锻模具材料的含碳量都比较高(ωC为0.9%~2.4%),通过添加高合金成分来改善其韧性。另外,热作模具钢一般来以高韧性要求为主,通常采用低碳(ωC为0.25%~0.6%)高合金成分材料。主要是提高了材料的抗软化性能,硬度和热处理性能也有改善。热锻模具的表面处理多采用表面氮化处理和盐浴硫氮共渗处理等,耐热合金堆焊模具也被普遍采用如高速热锻切刀、锻造模具型槽堆焊等。
将来通过开发新的模具材料,如陶瓷材料和新的表面镀层技术等,实现少无润滑锻造。
4.2 非调质钢将更加广泛的应用
非调质钢种类不断发展,应用领域更加扩大,发达国家约有30%的锻件采用非调质钢。2009年全国约生产锻件776万t,其中模锻件约531(含环锻件)万t,自由锻生产锻件245万t。如果模锻件中100万t调质模锻件采用非调质钢,则全年可节电10亿度(k Wh),效益可观。另外由于没有淬火工艺,减少了热处理过程造成的污染,使锻造企业真正实现了“绿色锻造”。
4.3 锻造成形技术
(1)分模技术生产形状复杂的精密锻件(图5)。利用“可分凹模”挤压形状复杂、尺寸精确的无飞边锻造,由于锻件复杂程度不断提高,促使分模新工艺的出现。由于它在实现锻件精化、改善产品质量、节省原材料、降低产品成本等方面具有许多优点,因此,在美、俄、日和德国等一些工业发达国家都在大力从事这方面的工艺试验和设备研制工作,并获得了显著的经济效益。例如十字轴的水平可分凹模径向挤压成形和倒车齿轮的垂直可分凹模镦挤成形。
(2)半固态锻造。该技术现在主要应用在有色金属锻造,例如铝、镁合金,生产汽车零件主要有悬挂前后控制臂、悬挂支架、减震器支架、转向节等,也有少量钢锻件,例如轮毂。半固态锻造具有可加工复杂和近净形零件、锻造负载低、模具寿命更长等优点。
(3)铸—锻复合成形。即铸造毛坯模锻技术,发挥铸造和锻造的双重优势,其模锻的关键是铸件必须要有足够的锻造比,美国用该方法生产驾驶接头和盘式刹车片。俄罗斯用该方法生产曲轴、十字轴、变速箱齿轮,节约材料23%,降低锻件成本14.7%~30%。
(4)铝合金零件的流动控制成形(FCF)。这是一种施加背压力的挤压成形工艺,采用该工艺生产的铝合金安全气囊壳体,其内外壁尺寸不用机加工。
(5)采用以冷摆辗为主体的复合精锻成形工艺,“冷摆辗+冷挤压”、“热精锻+冷摆辗”、“冷、温挤压+热摆辗”等。
4.4 锻造压机数字化及智能化发展
精密锻造设备设计、制造国产化。摆动辗压设备的设计制造国产化,研究摆动辗压机摆头运动轨迹的运动学分析以及不同摆头运动轨迹下的技术变形特征与力能参数计算,推动我国摆动辗压事业进入到一个新阶段。
加快锻压液压机“容积传递”的节能研究,节能技术的国产化应用研究,充分利用卸荷能量,同时提高液压机的工作速度,减少锻造火次,实现自由锻能耗的不断降低。
锻造设备智能化,锻压设备采用计算机控制。设备具有自动监控运行状态、自动判断故障、自动调整工艺参数,实现锻件测量等功能。
锻造设备数字伺服化,发展大功率电机驱动的新型重载数字伺服传动技术,代替目前广泛采用的液压伺服传动和传统机械传动。
4.5 计算机数字模拟技术更加广泛应用
计算机软件技术的飞速发展,使塑性有限元理论、金属塑性流动理论更加成熟,适合不同种类锻造工艺的模拟软件将不断涌现,工艺及模具参数优化成为目标的集成软件应用范围更广,将建立以微观组织模拟和物理试验为基础的精密成形质量控制体系,建立以成形过程仿真和产品实验基础上的成形工艺参数控制的数据库,实现提高产品质量,节能减排的目标。
4.6 信息技术促进节能减排
将信息化技术运用于能源、环保控制平台建设,提升节能减排管理水平;信息化技术用于生产过程控制,提升装备智能化水平,降低生产单元工序能耗;应用于生产管理控制,提升企业生产效率和产品质量;建立企业内部高效、规范管理平台,提升节能减排驱动力、执行力以及企业节能减排意识和效率。
参考文献
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现代锻造技术 篇8
预应力钢丝缠绕技术自1939年由瑞典通用电器公司(ASEA)率先应用到世界上第一台140MN人造金刚石液压机后,得到了极大的发展[1]。20世纪60年代后,前苏联采用该技术先后研制了10MN~150MN模锻液压机、60MN~600MN板材成形液压机、10MN~160MN人造金刚石液压机和20MN~120MN冷热等静压机等,均取得了良好的效果[2]。
20世纪70年代,我国开始了预应力钢丝缠绕技术的研究,研制了我国首台15MN热等静压机、200MN橡皮囊板料成形压机等。1981年为研制650MN航空模锻压机,设计制造了10MN全功能模拟样机。随后,随着板式换热器技术的应用和发展,开始大量装备波纹板专用液压机,这种小台面、大吨位压机基本都采用了预应力钢丝缠绕结构设计的主缸和机架。据不完全统计,我国目前已建成的30MN~400MN波纹板成形液压机已有100多台。
进入21世纪,预应力钢丝缠绕结构又成功应用于陶瓷砖成形液压机上。有效解决了大吨位陶瓷砖压机突出的疲劳寿命问题,使批量生产的压机产品每台均超过1千万次工作循环寿命,并已达到年产百台以上的生产规模。
近年来,国家加大了重型锻造液压机的装备建设。预应力钢丝缠绕技术由于其结构疲劳强度高、重量轻、制造难度低等优点,在重型自由锻、模锻、挤压等热成形压机上已逐渐得到应用。
由于锻造/挤压压机的工作环境较波纹板成形压机和陶瓷砖成形压机恶劣,而且主要体现在环境温度较高,工作时立柱钢丝层温度有可能升至100℃,从而会使高应力状态的预应力钢丝存在应力松弛或蠕变现象。因此,钢丝的高应力蠕变特性及其对预紧结构的影响就成为预应力钢丝缠绕技术应用于锻造/挤压压机设计的关键技术基础。
2 钢丝高应力低温蠕变性能的测量
预应力钢丝材料为65Mn冷轧回火态扁钢带,截面尺寸为1.5mm×5mm,抗拉强度σb=1620MPa。考虑压机机架通常的工作温度,钢丝蠕变的温度范围为25℃~100℃。因65Mn材料的熔点温度Tm约为1673K,本文探讨的钢丝蠕变温度T<373K<0.3Tm,属于低温蠕变范畴[3]。
目前我国尚无关于65Mn钢丝蠕变测量的标准,根据缠绕钢丝的实际工作状态,设计了缠绕钢丝专用的高应力低温蠕变测量仪(图1)。仪器利用砝码通过杠杆对钢丝施加恒定张力,并有测力传感器测量精确的钢丝张力;在钢丝外包裹加热,将钢丝加热至一定温度,并保持恒定,用测温传感器控制温度波动量小于±0.5℃;采用高精度的双路位移传感器测量钢丝的伸长量,量程10mm,精度0.005mm。
测量仪有单工位和8工位两个型号。单工位蠕变测量仪采用1台XST单通道数显仪、1台XSD双通道数显仪及1台XSC5 PID智能温控仪分别对力、位移量、温度进行处理显示,并由RS485通讯接口与电脑终端相连;而8工位测量仪则采用大恒DHVX8000集成系统进行采集控制并存储记录。利用蠕变测量仪,对65Mn钢丝的高应力低温蠕变的时间律、应力律、温度律和温度循环律进行测量和分析。对于锻造/挤压压机设计影响最大的因素是温度及温度循环的影响。因此,本文重点介绍温度及温度循环条件下的钢丝蠕变特性。
1.杠杆 2.联接片 3.联接块 4.上钢丝卡具 5.立方钢管 6.导向块 7.引伸装置上压板 8.位移传感器 9.箍圈 10.联接管 11.钢丝 12.引伸装置下压板 13.下钢丝卡具 14.力传感器 15.调整螺母
实验选取了6个温度水平,分别为60℃、70℃75℃、80℃、100℃和120℃,钢丝张力为1044MPa。测量的“温度—钢丝应变量—时间”曲线如图2所示可以看到,加热开始后约140h,钢丝达到稳定蠕变阶段,其稳态应变增量Δε见表1所示。
表中可见,随温度升高,稳态蠕变应变增量Δ增大。待剔除由升温引起的膨胀应变增量ΔεT后,得到钢丝的蠕变应变量,如图3所示。由图可以发现,当温度低于75℃时,蠕变的应变量较小,小于500με;而当温度超过75℃时,蠕变应变急剧增大,到80℃时即达到了1200με。因此,75℃是预应力钢丝最佳工作温度的上限。
由于锻造/挤压压机的工作具有周期性,钢丝实际温度是处于周期循环状态,因此,钢丝在循环温度下的蠕变应变变化规律对缠绕预紧结构的长期稳定十分重要。
图4记录了在稳定蠕变阶段,循环温度时蠕变应变的变化,实验选取了4个温度水平,分别为60℃、70℃、75℃和80℃,钢丝张力为1044MPa。由图可以发现钢丝冷却至室温后再次升温,钢丝应变量回复至降温前的水平,并仍处于稳定蠕变阶段,而且蠕变温度持续时间和室温持续时间对钢丝的蠕变速率及应变值没有影响。
图5则记录了在不稳定蠕变阶段,循环温度下的蠕变应变变化。钢丝温度由室温(约25℃)升至80℃,钢丝张力1044MPa。由图可知,即使在蠕变的不稳定阶段,钢丝冷却至室温后若再次升温,钢丝应变量回复至降温前的水平,并继续蠕变过程,而且蠕变温度的持续时间和室温的持续时间,对蠕变速率没有影响。
上述实验数据表明,锻造/挤压压机的工作循环所引起的钢丝温度循环无论是发生在钢丝蠕变的初期(即不稳定蠕变阶段)还是发生在钢丝蠕变的稳定期,都不会改变钢丝蠕变的应变量和进程,不会造成钢丝蠕变应变的累积。
65Mn钢丝蠕变规律的测量说明预应力钢丝缠绕结构中钢丝蠕变主要发生在钢丝处于高温状态的初期(累计约140h),此后钢丝蠕变进入稳定期,蠕变量极小。由于钢丝工作温度处于低温段,不会进入蠕变的第3阶段(即破坏阶段)。因此,只要预应力钢丝缠绕结构在最初的工作阶段不发生结构松弛或预紧力不足,此后即可安全地工作,并具有长期稳定性。
根据目前对常用65Mn预应力钢丝的测量,在预应力钢丝许用应力规范800MPa的应力状态下,80℃的稳定蠕变应变增量为εrw=620με。假设某机架的预紧系数为η=1.6,钢丝层与立柱的刚度比为C=0.126,则预紧状态钢丝的平均应力为748MPa,对应钢丝的应变为εcw=3579με。若钢丝层整体发生蠕变,则蠕变应变的变化量为:
3 钢丝蠕变对预应力结构的影响
钢丝蠕变后预紧结构将出现预紧力的损失,其损失量与钢丝蠕变应变的变化量Krw和预紧结构的刚度比C有关。利用预紧结构的载荷—变形图分析钢丝蠕变的影响,见图6。
图中A1B1是蠕变发生前预紧件(钢丝)的载荷—变形轨迹,C1B1是被预紧件(立柱)的载荷—变形轨迹,B1点是蠕变发生前的预紧状态平衡点,而A1B1与C1B1斜率的比值就是预紧结构的刚度比:
式中:A1E———预紧件(钢丝层)的总伸长量;
CE———被预紧件(立柱)的总压缩量。
当钢丝发生蠕变后,被预紧件(立柱)的载荷—变形特性不发生改变,状态仍然处于C1B1线上;而缠绕钢丝层则发生了蠕变,其变形增加而应力降低了。可以假设蠕变前后钢丝的弹性模量仍然保持不变,而原处于线弹性的变形有部分转变为永久变形,不承受任何载荷。因此,蠕变后钢丝层的载荷—变形轨迹是与A1B1平行的A2B2,且A1A2为钢丝层的蠕变量ΔRw,其对应的预紧力下降为B1E1,且有:
但预紧结构中被预紧件(立柱)的预紧压缩量得到部分释放,钢丝层又被撑长,其预紧力增加至新的平衡点B2点。B2点就是钢丝层蠕变后预紧结构新的预紧平衡点,而B1O的高度就是预紧结构预紧力的损失ΔPc。由图6中可知:
将式(3)代入式(4)得:
则预紧结构的预紧损失相对量为:
设钢丝层沿周长各处的钢丝应力相同,则钢丝层的总伸长量A1E=Lεcw;缠绕钢丝层中温度可能升至蠕变温度的只有在工作台与动梁之间的立柱段,设其长度为Lr,与钢丝周长比值为ξ,即Lr=ξL(ξ<1)。则钢丝层的稳定蠕变伸长量为A1A2=Lrεrw=ξLεrw。代入式(6),得预紧结构因钢丝蠕变引起的预紧力损失相对量为:
根据锻造/挤压压机钢丝缠绕机架的结构特点,一般ξ≤0.25,C=0.10~0.20。对于前述某锻造压机ξ=0.25、C=0.126,Krw=17.3%,则有:
4 考虑钢丝蠕变影响的预紧力结构设计
由上面的实验数据和计算可以看到,预应力钢丝缠绕结构因钢丝蠕变而造成的预应力损失一般较小,小于4%。但前提是钢丝的温度不超过80℃,而且受模具和工件热影响的范围不超过压机的最大闭合高度,小于钢丝层周长的25%。对于一般的锻造/挤压压机,特别是大型模锻液压机和挤压机,由于机架结构大和表面积大,散热条件好,这两个条件都能得到满足。因此,无需采取特殊措施。
但在压机设计时对本体进行工作状态的温度场计算,验证钢丝层的升温情况还是必要的。对于重要的压机,还可在钢丝层靠近模具的部位,预先埋入温度传感器,实时监测钢丝温度。
对于那些不能满足上述两个条件的钢丝缠绕预应力结构,可采取在钢丝层内侧增加隔热层,在立柱内侧设置热辐射防护罩或防护链等措施加以防范。另外,可以通过适当提高预紧系数来弥补蠕变引起的预应力损失。假设需保证的最小预紧系数为η,蠕变引起的预应力损失量为Kr,则考虑补偿的预紧系数应提高到:
5 应用与实践
在掌握了预应力缠绕用65Mn钢丝蠕变特性和蠕变对预紧结构影响的规律以后,为在锻造/挤压压机上应用预应力钢丝缠绕技术提供了坚实的技术基础。结合预应力剖分—坎合技术和原位机器人缠绕施工技术,采用预应力钢丝缠绕技术已经相继设计了25MN自由锻/快锻液压机、350MN模锻液压机、360MN垂直钢管挤压机、150MN制坯液压机和400MN航空模锻液压机等,其中25MN自由锻/快锻液压机已运行了1年多,360MN挤压机和150MN制坯压机也已经在调试中成功试挤出了第一根厚壁钢管。
上述应用中25MN自由锻/快锻液压机是第一台预应力钢丝缠绕自由锻液压机。由于其机架结构相对较小(112t),工件相对较大(20t),工件对机架的热影响大。因此,在设计中,对压机进行了温度场计算。
计算模型如图7所示。模型右侧在立柱动梁与下梁之间设有一厚度为10mm的防护罩,左侧没有,防护罩与右侧立柱间的间隙为30mm。机架及钢丝的初始温度为30℃,机架表面对流换热系数为5~10W/m2K,上下砧子与钢锭的接触表面初始温度为300℃。
在上下砧子间有一直径1000mm、长3600mm、重20t的钢锭。钢锭温度设置模拟锻造工艺,其随时间的变化如图8所示。共三火,每火锻造时间为50min,温度由1250℃降至850℃;每火间隔10min,温度由850℃升至1250℃后进行下一火锻造,历时3h。考虑钢锭的热辐射,钢锭与左侧立柱及右侧防护罩间的热辐射发射率为0.65,防护罩与右侧立柱间的热辐射发射率为0.5。
采用COSMOSWorks对上述模型进行瞬态传热计算。将左右立柱钢丝内层温度的变化提取显示如图9。可以看到随着锻造过程的进行,钢丝层温度逐渐升高。三火(3h)后,无防护罩的左侧立柱上的钢丝内层最高温度达127℃,较初始温度升高97℃;有防护罩的右侧立柱上的钢丝层内层最高温度仅52℃,较初始温度升高22℃。
温度场分析的结果表明锻造液压机工作时,工件通过热传导传输到机架热量较少,而主要是通过工件的热辐射传导。但通过设置防护罩,可有效地屏蔽热辐射。
图10展示了25MN自由锻/快锻液压机的实际工作状态和采用的柔性防护罩设计。25MN自由锻/快锻液压机由沈阳重型机械有限公司设计和制造,济南铸造锻压机械研究所提供液压系统,安装于江苏省常熟凯士达锻造技术有限公司。对该压机进行了现场温度测量,当时压机工作了一整夜,实测立柱外侧表面温度不超过54℃。
6 结论
预应力钢丝在高温下的蠕变及其引起的预紧力松弛下降,一直是困扰预应力钢丝缠绕技术应用到锻造/挤压压机的一个重要因素。通过对钢丝高应力低温蠕变特性的实验测量和分析,可以发现钢丝蠕变对压机预紧机架的影响是短暂的、局部的和可补偿的。
实验表明65Mn钢丝100℃以下累积140h后即进入稳定蠕变期,而且温度波动不会影响进入稳定的累积时间和稳定蠕变应变量。这一特性说明钢丝蠕变的影响是短暂的,预应力钢丝缠绕机架只要在工作初期,处于高温的累积140h内不出现预紧力下降、结构松弛,此后即可长期稳定工作。
工件及模具对机架的热影响主要是通过热辐射传递,热传导的作用较小。钢丝受热影响的部分主要集中在工作台与动梁之间的立柱段,其余部分因距离较远且结构的自然遮蔽温度基本保持不变。因此,蠕变只发生在缠绕钢丝的局部,在工作窗口的立柱段,其长度只占钢丝层周长的25%或更少。
当钢丝蠕变使预紧结构的预紧力损失较多时,可以通过适当提高预紧系数进行补偿。由于65Mn钢丝的低温蠕变只发生在最初的140h,因此,补偿是长期有效的。
基于对预应力钢丝蠕变特性的认识和掌握,预应力钢丝缠绕技术在锻造/挤压压机上的应用将会越来越广,越来越成熟,形成具有中国特色的重型锻压设备设计制造技术。
参考文献
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