精密熱模鍛生產通常要經過下料、加熱、制坯、預鍛、終鍛、切邊、校正或精整等多道工步,。由于鍛件形狀尺寸和精度要求不同,有些工步可以省去,確定工步的一般原則和普通熱模鍛生產線相似;工藝流程設計對于正確選擇和利用設備、保證產品精度和質量、提高生產效率、降低生產線投資和日常生產成本、節能節材、改善生產環境和勞動條件都有密切關系,所以無論是利用企業原有條件進行技術改造,還是新建生產線,都要進行詳細分析比較,以下提出一些應該注意的問題。
1.原材料和下料工步
我國目前生產的鋼材往往尺寸公差較大,平直度差,表面質量不高有時會有微裂紋,由于精鍛后加工量小甚至不加工,這些裂紋和表面缺陷往往會造成鍛件報廢,去坯尺寸公差大會引起下料重量偏差增大,有些時候也會影響鍛件精度。這些都必須予以考慮,采取相應的預防措施。
2.鍛造工步的確定
確定鍛造工步是建設生產線的關鍵。工藝人員要對鍛造設備及其特點有清楚的了解,對各種鍛造工藝的優缺點和適用范圍也應當有正確認識,進行綜合分析比較,兼顧當前企業實際條件,市場情況和技術發展趨勢,從而優選先進實用的方案。如北京機電所的研究人員在制定汽車前梁生產線建設方案時提出采用精輥-精鍛復合工藝,替代發達國家輥鍛粗坯再用大噸位壓力機鍛造的方案就是一個很好的例子,在采用新方案后生產線主要設備噸位由萬噸級降到2500t,投資只是國外方案的1/5~1/8,模具壽命還有提高,生產成本也有降低。柴油機的噴油體通常的工藝方案是模鍛或鐓鍛,改用楔橫軋制坯-立鍛的方案后提高了鍛件精度,節約材料降低加工費用受到后續加工企業好評,已經獲得我國專利。
鍛造工步確定后要繪制鍛件圖,設計每一工步毛坯尺寸和形狀。每一工步毛坯設計,通常都以一些典型件進行類比,然后進行簡單的體積計算,再結合設計人員的經驗判斷確定,對于形狀復雜工步多的鍛件,變形過程金屬流動情況憑經驗并不能準確判斷,往往還要靠新產品試制時進行調試修改,這種方法調試周期長,人力物力消耗多是不能適應市場變化和產品更新要求的?,F代計算機技術和塑性有限元技術的迅速發展,國內外已經有比較成熟的軟件可供工藝過程模擬分析,特別是我國科技人員合作研制的可在微機上運行的工藝分析軟件已經在一批鍛件制定工藝過程中應用取得好的效果,已具備了推廣應用的條件。
為提高生產率、保證工件質量和改善勞動條件,鍛造生產線常采用鍛造機械手或機器人,在工藝設計時就必須考慮毛坯的夾持部位和夾持的穩定性。為了保證鍛造溫度一致性減少氧化,鍛坯加熱,多選用感應加熱。
通常熱鍛件圖是按照冷鍛件圖乘以熱膨脹量計算,但在精鍛件各部分尺寸相差較大時,尺寸大小的部位冷卻快,終鍛溫度會比尺寸大的部位有顯著差別,這時設計熱鍛件圖不同部位可以取不同的熱膨脹系數。
3. 熱精鍛件的模具
模具是熱精鍛的重要保證條件。我國科技工作者對熱作模具的服役條件、失效特征和規律作了大量試驗研究工作,從而提出合理選材、減少鋼材消耗、延長模具便用壽命的失效抗力指標體系和選材準則,實現了熱作模具選材從經驗走向科學化、判據數值化的飛躍,可作為合理選材、用材的參考。
模具設計和加工過程對縮短生產試制周期、提高模具精度有重要作用,我國科技工作者自行開發的模具CAD/CAM系統可以在微機上運行,直接給出的加工代碼可供數控機床加工模具或電極,考慮到模具使用時會發生磨損而增大尺寸,在精鍛模加工時盡可能按下偏差加工,有利于延長模具壽命。
模具的潤滑有利于金屬在模具中流動和成形,對保證鍛件充滿,降低鍛造力。提高模具壽命有重要作用。水基石墨潤滑劑是熱模鍛常用的有效潤滑劑,石墨顆粒在lμm左右的超微石墨潤滑劑具有更好的潤滑和脫模效果,并可延長模具壽命。國產超微石墨潤滑劑已經通過生產應用證明與進口材料具有同等潤滑效果。為了避免石墨造成的污染,國外已經研制成功非石墨型潤滑劑,其潤滑性能已接近水基石墨潤滑劑??蛇m用于一般鍛件。對于復雜的難脫模鍛件,目前仍采用超微顆粒水基石墨潤滑劑,國內研究的非石墨型潤滑劑也已取得類似試驗效果。