法蘭鍛件自由鍛工藝過程的控制要點

趙宏偉

(忻州市質量技術監督檢驗測試所，山西 忻州 034000)

0 引言

法蘭連接具有可靠的強度、良好的密封和方便的安裝、拆卸、維修等優點，被廣泛應用于化工、石油、消防、給排水、建筑、水暖、造船等工業中[1]。鍛造工藝能有效改善原材料的組織，且流線分布合理，鍛件性能好[2]。故法蘭件通常通過鍛造制坯、切削加工制造和熱處理改性的傳統方法來生產，并獲得質量合格的產品。由于大多數法蘭件是在高壓環境中服役的，要求具有較高的力學性能。因此，法蘭在制坯中的鍛件質量直接決定著法蘭零件性能能否達標。本文針對法蘭鍛件的自由鍛造過程進行研究，對質量控制要點做一些總結分析，從法蘭鍛件的生產過程入手來保證制造質量。

1 鍛造過程

法蘭鍛件多為大中型環類鍛件，故自由鍛成形是其主要的制坯方式。自由鍛工藝主要包括下料、加熱、鐓粗、沖孔、芯軸拔長、平整、芯軸擴孔、鍛后熱處理等基本工序。下料是指從型材棒料上切下一節法蘭件坯料，加熱是使坯料溫度升高到鍛造溫度，改善其可鍛性；鐓粗是使坯料的高度減小，直徑變大；沖孔使坯料中心成孔，變成環形件；芯軸拔長使環形坯料壁厚變薄，高度增加；芯軸擴孔使環形坯料內徑變大，壁厚變薄。

2 影響法蘭鍛件表面質量的因素

在自由鍛造生產過程中，通過合理的工藝和工藝參數的使用，在改變坯料形狀的同時，還可改善原材料的組織和性能[3]：①碎化柱狀晶，消除成分偏析，焊合疏松，使坯料的致密度得到提高；②鍛造后的坯料形成纖維組織，使鍛件的纖維得到合理方向分布；③細化了晶粒的尺寸，使得晶粒均勻；④使坯料得到形變強化。由于坯料上述組織和性能的改善，使得鍛件的抗拉強度、疲勞強度及沖擊韌度等力學性能等得到了明顯的提高。再者，通過后續熱處理還能得到零件所要求的硬度、耐磨性、強度等良好的綜合性能。如果自由鍛工藝或其參數選用不當，鍛件會產生一系列的缺陷。由于前次鍛造成形的完成情況直接影響到下一火次鍛造的進度和質量，因此要控制質量，就要在鍛造的每一環節中進行把關，這樣，才能保證最終的產品質量。鍛件缺陷包括表面缺陷、內部缺陷或性能不合格等。內部缺陷或性能不合格的產生原因一般手冊中均有分析，如文獻[4]、[5]、[6]。法蘭鍛件常見的表面缺陷主要有形狀不規則、氧化皮坑、裂紋、折傷，本文重點分析法蘭鍛件表面缺陷的形成原因，并提出控制措施。

(1) 下料。下料時，坯料長度通常受到注重而忽視斷面質量，實際上，鐓粗時端面出現折傷，坯料斷面不平整是根源。因此，下料必須保證坯料斷面平齊。特別是對于采用氣體切割的坯料，斷面平整顯得非常重要。

(2) 加熱。加熱工藝包括裝爐溫度、加熱速度、加熱溫度、保溫時間、出爐溫度、爐內氣氛等工藝參數。若這些參數選取不當，就會使坯料報廢。比如加熱時間過長或加熱溫度過高，就會引起表面脫碳或過熱或過燒等缺陷；對于橫斷面尺寸較大、導熱性又差、塑性還低的坯料，若加熱速度選取太高，保溫時間選取太短，就會使坯料溫度分布不均勻，產生熱應力，結果導致坯料裂紋。

(3) 鐓粗與沖孔。鐓粗前，應使坯料放穩，并使軸線垂直于砧面；沖孔時，坯料端面尺寸較大，要保證沖子放在中心，因為沖子是否對中直接影響芯軸拔長、芯軸擴孔等后續工序。如果坯料上的孔被沖偏了，后續工序會出現壁厚不均，或圓度不夠，或產生馬蹄面。

(4) 芯軸拔長。拔長后，要求鍛件兩端面平齊，表面光滑，尺寸符合圖紙。鍛件兩端面不平行、壁厚不均勻是常見缺陷，所以，拔長過程中，操作人員應依據生產經驗，根據坯料走料情況，通過調整壓下量、旋轉適當角度，來靈活控制坯料的形狀和尺寸。

(5) 擴孔。擴孔時，首先應根據內孔尺寸選擇合適直徑的芯軸和合適間距的馬架。擴孔工序要求壓下量要均勻，旋轉角度要適量，坯料兩端同步走料；接近圖紙尺寸時，采用小壓下量，保證錘間合理搭接，不能有漏錘現象，在保證擴孔效率的基礎上，做到鍛件表面光滑。另一方面，壓下量小，又會使坯料表面上的氧化皮不易掉落，若去除不干凈氧化皮，會被再次壓入坯料，這樣就大大降低鍛件表面質量。因此，鍛造前，通過采取隨時更換加熱爐內的墊鐵板、控制坯料加熱時間、利用錘頭旋轉坯料等辦法，將坯料表面氧化皮去除掉。至于內孔的氧化皮，可利用芯軸將其去除。

(6) 平整 對于平整量較大的坯料，應對上下兩端面交替進行平整。平整工序中，必須注意觀察坯料上下兩端的走料情況，防止出現喇叭口。

(7) 停錘。停錘時，鍛件各部位尺寸是熱態尺寸，此時應估算好鍛件直徑方向的收縮量，如果該鍛件后續還有熱處理，就應該考慮到熱處理對鍛件尺寸的影響，并將成品平放在地面上，以防止其自身重力導致變形。

3 結語

綜觀法蘭鍛件的成形過程，其自由鍛工藝中包含著多種自由鍛工序，抓住各工序的控制要點并有效規范生產操作，能夠保障法蘭鍛件表面質量和力學性能。