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1、国内外铸造生产线设计生产中的问题及解决办法
一．概述
随着国民经济的不断发展，近年来对铸件的要求越来越高，特别是汽车发动机缸体、缸盖类铸件，不仅要求材质好，而且还要求尺寸精度高、表面光法、重量轻。为此，作为影响铸件质量的关键工部件造型工部，纷纷采用新的工艺和设备，以满足铸件质量和产量的要求。据不完全统计，我国引进的高压造型线、气冲造型线、静压造型线已有60条左右；国内自己设计制造的高压造型线、气冲造型线已有70余条。
从使用情况来看，这些造型线确实为我国的铸件产量和质量的提高起了很重要的作用，但与我们的希望来比，还很不够。进口线的实际生产率一般在设计能力的5080%，国产线现在使用的估计只占50%，而在这50%中，开动率也较低，出现以上现象的原因是多方面的，归纳起来大概有以下几方面。
二．存在问题
1．设计存在的问题
由于造型线设备复杂，动作多，逻辑性强，因此，设计中就难免有考虑不周的地方，特别是造型线设计的初期，问题更多，比如：材质选用不合理，元件选用不当，逻辑关系不强等。这就决定了我国早期的高压线多数运行状况不太理想。比如：某大厂在70年代初期设计了一条高压造型线，制造安装后一直没有使用，其主要原因是：设计时许多辅机上的垂直液压缸原始位置设在中间位置，由于国产液压阀的泄漏，致使许多辅机不能处在原始位置；运行部件没有考虑制造的误差及液压泄漏，经常相碰，该联锁的电器上也没有联锁，放了这么多年，给工厂带来了很大的经济损失，听说最近要拆掉。国内如此，国外的造型线也同样存在设计上的不足，比如某厂引进一条高压造型线，由于设计时没有考虑砂箱走边的检测及清扫，以至砂箱的进翻箱机时经常卡死，甚至把翻箱机顶坏。还有一家厂引进的静压造型线在设计时工艺性考虑的不周，使上箱在下箱上边翻箱，从而导致造好的下箱内腔掉进砂子，造成铸件缺陷。
2．设备可靠性差
影响设计可靠性的因素主要有设计、制造、安装、生产管理、维修等。
设计中零件选用不当，材质选用不合理，是影响可靠性的重要原因之一，过去着重强调了国产化和降低成本，因此，元器件全为国产件。但由于国产无器件质量不过关，严重影响了造型线的开动率。比如：由于机械传动的误差，会导致转运车上的轨道与冷却道轨道对不准，致使输送器小车和砂箱脱轨，造成较长时间的停车；同样规格的密封件，国产的只能用3～6个月，而进口的能用12年；同样的管接头，国产的就漏油，进口的就不漏油，仅此一项，某一条造型线严惩时每年将漏油200多吨，价值100多万元；由于接近开关发讯不准，也常导致误动作造成停车；液压阀及气动阀的泄漏和精度不高，也是影响造型线开动率的主要因素。比如某厂造型机的控制不仅有电器联锁，而且有气动联锁，气动控制管路的管子是Φ8×1的，连接的管接头较多，由于管接头及气阀的漏气，常使控制气路压力降低，不能使气阀动作，为此，不得不冒险将部分联锁取消。
制造质量的好坏，也将影响造型线的开动率，包括内在质量和尺寸精度。比如：由于加工精度达不到要求，造成设备移动部分和固定部分相碰，定位不准等故障；由于元件的材质或热处理达不到要求，将影响设备的使用寿命和可靠性；由于液压系统的清理不干净，导致油液污染，使阀卡死的现象也经常出现。我到过一个现场，两台主机的工作台同样是球铁的，一台球化好了，用了几年就没问题，而另一台，没有多久就坏了，断面象马蜂窝似的。再如，某厂引进的气冲线96年投产以来，主机工作台油缸已更换了三次，第一次没过保质期就坏了，结果索赔了一台，此后，每两三年更换一次。另外，电线接头长时间使用后引起松动，也导致坏电路二三次。安装不按规范，偷工减料，也是造成可靠性差的重要原因之一。比如：安装时对管子不按规范进行清洗，该氩弧焊的用普通焊代替，造成管子里边有焊渣；该装管夹的地方不装或少装，造成管子震动，管接头松动，时间一长开始漏油；该用RVV软线的地方，用KVV代替，宜造成断路；该用螺栓固定的地方一焊了之，等等。
3．维修困难
由于设计人员现场经验不足，设计出来的设备往往只注意功能性，而没有注意维修容易，比如有些易损件或耐磨件，在制造厂装配时依次可以装上，但如果使用过程中磨损了，需要更换，则必须大卸八块，才能换上。这样，既费时，又影响了整个设备的精度。再如，过去将滤网放在泵的吸油口，并埋在油箱内，由于油的污染，经常要对滤网进行清理，但清理一次滤网必须先把油抽干净，而不是将滤网放在回油管上，清洗更换都方便。在阀箱里或多管平行的地方，安装管夹时，没有留出足够的维修空间，一旦一根管子漏油，必须选把别的管子拆掉，才能拧紧，形象地说，就跟栽葱的一样。制造过程中不注意质量，零件严重超差，也是造成维修困难的一个重要原因。比如一个零件与另一个零件为过度配合，由于加工超差，装配时变成了过盈配合，一旦零件出了问题需更换时，就很难取出。还有，经常拆装的缸端管接头，不用球铰接头，而用端直角接头，从而给维修带来困难。安装时只顾管子、电线走向，而忽略维修的可能性的情况也是常有的，比如，有些设备距地沟壁有一定的距离，本来是作为维修空间用的，但安装时不注意，觉得走管子或电缆桥架挺方便的，就装上了，但使用维修时就叫苦了。
4．生产任务不足，成本较高
在市场经济的今天，铸件成本的高低显得越来越重要了。近几年来，由于乡镇和民营铸造企业的蓬勃发展以及城市的环境保护要求，再加上乡镇和民营铸造企业的成本较低，企业经营灵活，这些企业的铸件在市场上的份额越来越大，从而导致一些具有造型线的大中型企业生产能力不足。例如：现在许多厂爱“开三停四”，一个月上半个月的班，由原来的两班或三班改为单班，经常放长假等。造型线的运行成本较高，也是影响使用的一个因素。如果开动造型线，必须所有设备开动，包括相关工部的设备，这样，用电量较大，同时，所有人员都得到岗，再加上漏油损失，在产量少的情况下，开机将很不划算。比如：有一个厂原来产量很大，上了一条气冲造型线，后来，产量锐减，开动造型线明显不划算，再加上实行成本核算，只好将造型线封存，改为地面造型。
5．管理不善
没有通盘计划，各自为政的现象严重，致使一些企业不考虑自己的实际情况，盲目上马，但后来由于资金不足，产品不对路等原因，造成虽已有较大投入，但尚未形成生产能力而闲置着的设备数量也不少。
企业内部管理不善，主要表现为：维修人员责任不明确，没有明确的设备维修制度，备件采购和维修脱节，维修人员素质较低，工资待遇差等。经常看到这样的现象：操作工上班时维修工在休息，操作工下班了维修工也下班了，至少设备是否需要备件，是否带病工作，是束需要维修，没有人去管，只有设备实在开不动了，才去修理，而这时换上的备件往往又不合适。比如某厂造型线上的备件是由设备科来组织，线上该备什么，备多少，基本不与维修人员通气，买来的备件也不与造型线上实际使用的实物对照，因此，常常出现原来是24伏的阀，更换时变成了220伏；应该是内控内泄阀，更换时变成了内控外泄阀；加工的备件更换时才发现超差等现象，从而影响生产。
6．各工部不匹配
由于国内外铸造设备的标定生产率与实际相差很大，所以，经常导致铸造车间各工部不匹配，从而影响造型线的开动率，据不完全统计，一般造型线由于各工部不匹配而占停机时间约为30-50%左右。例如有一个厂，在车间设计时引进了一条造型线，但其它工部选用国产设备，投入使用后出现两个问题：一是其它工部设备故障率高，严重影响了造型线的开动率，使造型线处于半停产状态；二是混砂能力不够，国产混砂机的混砂能力在实际实用中只能达到名义能力的一半左右，而设计时按名义能力考虑，因此，造成这样的后果。该车间这样生产了大概三、四年，厂里下决心又对砂处理工部进行了改造，目前，使用情况良好。
三．解决问题的办法
要想将一条造型线用好，无非要作好“防”和“备”两方面的工作，“防”是防止问题的出现，“备”是防不胜防时，出现问题了要有所准备，将问题尽快解决。但要做到这两点，必须在以下方面下功夫。
1．加强学习，吸引国内外先进技术和经验，以防为主
设计人员的素质直接影响到造型线的水平，只有设计水平提高了，才有可能制造出好的造型线。为此，设计人员必须掌握国内外的先进技术和设备，并不断总结经验，逐步提高，使设计水平从“小学”提高到“大学”。近年来，我国铸造设备设计人员已充分意识到这一点，通过他们的努力，再加上生产实践、消化吸引国外先进的工艺和技术，我国铸造设备设计水平大大提高，他们不仅具有了设计出高水平造型线的能力，而且具有现场动手的能力，通过不断改进，已设计出多条布置合理，性能可靠的造型自动线。这些改进有：工艺方面：由气动微震改为高压造型，再发展为气冲造型、静压造型、触头式动力撞击造型等。使设备越来越简单，工艺性越来越好。可靠性方面：过去造型线控制用顺控器控制，设备又庞大，故障又多，维修也困难，但有了PC以后，我们马上用在造型线控制上，目前，基本上没有人说电器有问题了；过去辅机及转运车为了实现慢--快--慢的动作，用子母电机或行程阀控制，现在有了调频电机和比例阀，很容易就解决了，可靠性也得到了提高；过去动作检测发讯用行程开关，现在用接近开关或编码器；过去由于油温过高，常使密封件容易老化，产生漏油等现象，严重影响造型线的开动，针对这一原因，现在增加了液压油冷却面积，改变溢流阀型号，使无负荷时泄荷，而不是溢流，减少产生热量的原因，降低落同温；活塞式蓄能器改为囊式蓄能器，性能可靠，动作灵敏；将不可靠的国产元件改为进口元件等。维修方面：一条造型线再好也不可能一点问题没有，但出了问题很难解决，设计水平就不能说很高，为此，设计人员也下了很大功夫。便好：过去液压系统出了故障，必须先把系统卸荷，回油完了再维修，现在将阀箱带在设备上，并在进出油口各加一个截止阀，维修时阀一关就行了，十分方便；还有，经常拆装的较大零件，设计时直接设计上两个吊装孔，使维修变的十分方便。专业设计方面：过去许多大厂车间设计由自己的技术人员来完成，但由于受专业和实际经验的限制，设计完成后问题较多，特别是各工部不匹配的现象普遍存在。因此，铸造项目最好不要请非专业的技术人员来设计，要请专业的设计院所来设计，这样，就会少出错或不出错，不走弯路。
2．强化质量意识，提高产品质量
“质量就是生命”这句话我们大家都很熟悉，但在实际中对质量的认识还很不够，还应该加强，使每一个员工意识到没有质量，就没有生存。一切操作按规范进行，绝对禁止为了一点小利进行偷工减料的行为。过去经常有这样的事，图纸归图纸，加工归加工，加工的人不看图纸要求，设备做成什么就是什么，比如端直通管接头的螺纹孔，由于要靠组合垫密封，图纸上螺纹孔和端面的锪平面有垂直度要求，但机加工工人是不管的，甚至不锪平，所以，容易造成漏油。还有多个螺钉固定的设备，往往有几个螺钉孔对不上，因此，把螺钉磨成丝锥一样拧进去或不拧。当然，经过这么多年的生产实践，许多厂已意识到质量的重要性，加工手段也提高了许多，比如现在许多厂用专机或加工中心加工砂箱，过去自己制造的油缸现在也外协到专业油缸厂制造。另外，必须提高基础件的质量，过去同样12.9级的螺钉固定液压阀，进口的就不漏油，国产的就漏油。减速机内的齿轮，要求是硬齿面，耐实际是软齿面，用不了多外就坏，等等。
3.加强管理，健全维修制度，有备无患
首先上级主管部门要根据企业的具体情况，决定是否要上造型线，把好第一关，避免上了一半而中途下马，经国家和企业造成经济损失。如果上了造型线，企业内部必须加强管理，与造型线有关人员必须责、权、利分明，谁出了问题，谁负责任，谁来解决。要有严格的管理制度，注意各工部之间的匹配，注意人材的培养和合理利用。再好的一条线，如果管理维修跟不上，也不可能用好。因此，必须重视维修人员的素质。维修人员必须对造型线非常了解，明白每一个零件的用途，平时要进行预检预修及巡检，出了故障能很快正确地判断并及时排除。我到过一个现场，维修人员没见过造型线的液压原理图，对全线的动作原理不清楚，因此，出了故障手忙脚乱，最后捣鼓一通能用为止，究竟出了什么问题，怎样解决却不清楚。因此，大大影响了开动率。象这种状况，以后必须改进。备品备件的管理对自动化流水生产线来说，显得特别重要，建议此项工作由专人管理。备件清单的提供要与造型线上的需要一致，进货后要与造型线核对，并分类保管，保管条件要符合材质的要求，定期对备件进行检查，对过期的零件清理出去，及时补充新的零件。要做到造型线使用的备品备件随时能准确无误地提供，从而，确保造型线正常运转。总之，要用好一条造型，不是一件简单的事，几十台设备、一、二百个点，每天都毫无差错地运行，不仅要从设计、制造、安装、调试、维修、备品备件等造型线本身方面来下工夫，而且要从生产管理、各工部协调匹配、正确确定工艺参数等方面下功夫。随着技术水平、制造水平，加上设计人员的设计水平和使用者管理水平的不断提高，国产造型线一定能制造好，使用好。
刘小龙
2、浅谈如何提高压铸模寿命
材料自身存在的缺陷、维修和保养的方法都是会影响压铸模的寿命的。本文从后者来介绍如果提高压铸模的寿命，并列举了压铸模常见的故障原因及排除方法。
压铸模由于生产周期长、投资大、制造精度高，故造价较高，因此希望模具有较高的使用寿命。但由于材料、机械加工等一系列内外因素的影响，导致模具过早失效而报废，造成极大的浪费。
压铸模失效形式主要有：尖角、拐角处开裂、劈裂、热裂纹(龟裂)、磨损、冲蚀等。造成压铸模失效的主要原因有：材料自身存在的缺陷、加工、使用、维修以及热处理的问题。
1、材料自身存在的缺陷
众所周知，压铸模的使用条件极为恶劣。以铝压铸模为例，铝的熔点为580-740℃，使用时，铝液温度控制在650-720℃。在不对模具预热的情况下压铸，型腔表面温度由室温直升至液温，型腔表面承受极大的拉力。开模顶件时，型腔表面承受极大的压应力。数千次的压铸后，模具表面便产生龟裂等缺陷。
由此可知，压铸使用条件属急热急冷。模具材料应选用冷热疲劳抗力、断裂韧性、热稳定性高的热作模具钢。H13(4Cr5MoV1Si)是目前应用较广泛的材料，据介绍，国外80％的型腔均采用H13，现在国内仍大量使用3Cr2W8V，但3Cr2W8VT_艺性能不好，导热性很差，线膨胀系数高，工作中产生很大热应力，导致模具产生龟裂甚至破裂，并且加热时易脱碳，降低模具抗磨损性能，因此属于淘汰钢种。马氏体时效钢适用于耐热裂而对耐磨性和耐蚀性要求不高的模具。钨钼等耐热合金仅限于热裂和腐蚀较严重的小型镶块，虽然这些合金即脆又有缺口敏感性，但其优点是有良好的导热性，对需要冷却而又不能设置水道的厚压铸件压铸模有良好的适应性。因此，在合理的热处理与生产管理下，H13仍具有满意的使用性能。
制造压铸模的材料，无论从哪一方面都应符合设计要求，保证压铸模在其正常的使用条件下达到设计使用寿命。因此，在投入生产之前，应对材料进行一系列检查，以防带缺陷材料造成模具早期报废和加工费用的浪费。常用检查手段有宏观腐蚀检查、金相检查、超声波检查。
(1) 宏观腐蚀检查。主要检查材料的多孔性、偏柝、龟裂、裂纹、非金属夹杂以及表面的锤裂、接缝。
(2) 金相检查。主要检查材料晶界上碳化物的偏析、分布状态、晶料度以及晶粒间夹杂等。
(3) 超声波检查。主要检查材料内部的缺陷和大小。
2、压铸模的加工、使用、维修和保养
模具设计手册中已详细介绍了压铸模设计中应注意的问题，但在确定压射速度时，最大速度应不超过100m/S。速度太高，促使模具腐蚀及型腔和型芯上沉积物增多；但过低易使铸件产生缺陷。因此对于镁、铝、锌相应的最低压射速度为27、18、12m/s，铸铝的最大压射速度不应超过53m/s，平均压射速度为43m/s。
在加工过程中，较厚的模板不能用叠加的方法保证其厚度。因为钢板厚1倍，弯曲变形量减少85％，叠层只能起叠加作用。厚度与单板相同的2块板弯曲变形量是单板的4倍。另外在加工冷却水道时，两面加工中应特别注意保证同心度。如果头部拐角，又不相互同心，那么在使用过程中，连接的拐角处就会开裂。冷却系统的表面应当光滑，最好不留机加工痕迹。
电火花加工在模具型腔加工中应用越来越广泛，但加工后的型腔表面留有淬硬层。这是由于加工中，模具表面自行渗碳淬火造成的。淬硬层厚度由加工时电流强度和频率决定，粗加工时较深，精加工时较浅。无论深浅，模具表面均有极大应力。若不清除淬硬层或消除应力，在使用过程中，模具表面就会产生龟裂、点蚀和开裂。消除淬硬层或去应力可用：①用油石或研磨去除淬硬层；②在不降低硬度的情况下，低于回火温度下去应力，这样可大幅度降低模腔表面应力。
模具在使用过程中应严格控制铸造工艺流程。在工艺许可范围内，尽量降低铝液的浇铸温度，压射速度，提高模具预热温度。铝压铸模的预热温度由100～130℃提高至180～200℃，模具寿命可大幅度提高。
焊接修复是模具修复中一种常用手段。在焊接前，应先掌握所焊模具钢型号，用机械加工或磨削消除表面缺陷，焊接表面必须是干净和经烘干的。所用焊条应同模具钢成分一致，也必须是干净和经烘干的。模具与焊条一起预热(H13为450℃)，待表面与心部温度一致后，在保护气下焊接修复。在焊接过程中，当温度低于260℃时，要重新加热。焊接后，当模具冷却至手可触摸，再加热至475℃，按25mm/h保温。最后于静止的空气中完全冷却，再进行型腔的修整和精加工。模具焊后进行加热回火，是焊接修复中重要的一环，即消除焊接应力以及对焊接时被加热淬火的焊层下面的薄层进行回火。
模具使用一段时间后，由于压射速度过高和长时间使用，型腔和型芯上会有沉积物。这些沉积物是由脱模剂、冷却液的杂质和少量压铸金属在高温高压下结合而成。这些沉积物相当硬，并与型芯和型腔表面粘附牢固，很难清除。在清除沉积物时，不能用喷灯加热清除，这可能导致模具表面局部热点或脱碳点的产生，从而成为热裂的发源地。应采用研磨或机械去除，但不得伤及其它型面，造成尺寸变化。
经常保养可以使模具保持良好的使用状态。新模具在试模后，无论试模合格与否，均应在模具未冷却至室温的情况下，进行去应力回火。当新模具使用到设计寿命的1/6～1/8时，即铝压铸模10000模次，镁、锌压铸模5000模次，铜压铸模800模次，应对模具型腔及模架进行450—480℃回火，并对型腔抛光和氮化，以消除内应力和型腔表面的轻微裂纹。以后每12000～15000模次进行同样保养。当模具使用50000模次后，可每25000～30000模次进行一次保养。采用上述方法，可明显减缓由于热应力导致龟裂的产生速度和时间。
在冲蚀和龟裂较严重的情况下，可对模具表面进行渗氮处理，以提高模具表面的硬度和耐磨性。但渗氮基体的硬度应在35-43HRC，低于35HRC时氮化层不能牢固与基体结合，使用一段时间后会大片脱落：高于43HRC，则易引起型腔表面凸起部位的断裂。渗氮时，渗氮层厚度不应超过0.15mm，过厚会于分型面和尖锐边角处发生脱落。
3、热处理
热处理的正确与否直接关系到模具使用寿命。由于热处理过程及工艺规程不正确，引起模具变形、开裂而报废以及热处理的残余应力导致模具在使用中失效的约占模具失效比重的一半左右。
压铸模型腔均由优质合金钢制成，这些材料价格较高，再加上加工费用，成本是较高的。如果由于热处理不当或热处理质量不高，导致报废或寿命达不到设计要求，经济损失世大。因此，在热处理时应注意以下几点：
(1) 锻件在未冷至室温时，进行球化退火。
(2) 粗加工后、精加工前，增设调质处理。为防止硬度过高，造成加工困难，硬度限制在25-32HRC，并于精加工前，安排去应力回火。
(3) 淬火时注意钢的临界点Ac1和AC3及保温时间，防止奥氏体粗化。回火时按20mm/h保温，回火次数一般为3次，在有渗氮时，可省略第3次回火。
(4) 热处理时应注意型腔表面的脱碳与增碳。脱碳会记过迅速引起损伤、高密度裂纹；增碳会降低冷热疲劳抗力。
(5) 氮化时，应注意氮化表面不应有油污。经清洗的表面，不允许用手直接触摸，应戴手套，以防止氮化表面沾有油污导致氮化层不匀。
(6) 两道热处理工序之间，当上一道温度降至手可触摸，即进行下道，不可冷至室温。
将金属熔炼成符合一定要求的液体并浇进铸型里，经冷却凝固、清整处理后得到有预定形状、尺寸和性能的铸件（零件或毛坯）的工艺过程。现代机械制造工业的基础工艺。铸造生产的毛坯成本低廉，对于形状复杂、特别是具有复杂内腔的零件，更能显示出它的经济性；同时它的适应性较广，且具有较好的综合机械性能。但铸造生产所需的材料（如金属、木材、燃料、造型材料等）和设备（如冶金炉、混砂机、造型机、造芯机、落砂机、抛丸机等）较多，且会产生粉尘、有害气体和噪声而污染环境。
铸造是人类掌握较早的一种金属热加工工艺，已有约6000年的历史。公元前3200年，美索不达米亚出现铜青蛙铸件。公元前13～前10世纪之间，中国已进入青铜铸件的全盛时期，工艺上已达到相当高的水平，如商代的重875千克的司母戊方鼎、战国的曾侯乙尊盘和西汉的透光镜等都是古代铸造的代表产品。早期的铸造受陶器的影响较大，铸件大多为农业生产、宗教、生活等方面的工具或用具，艺术色彩较浓。公元前513年，中国铸出了世界上最早见于文字记载的铸铁件——晋国铸鼎（约270千克重）。公元8世纪前后，欧洲开始生产铸铁件。18世纪的工业革命后，铸件进入为大工业服务的新时期。进入20世纪，铸造的发展速度很快，先后开发出球墨铸铁，可锻铸铁，超低碳不锈钢以及铝铜、铝硅、铝镁合金，钛基、镍基合金等铸造金属材料，并发明了对灰铸铁进行孕育处理的新工艺。50年代以后，出现了湿砂高压造型，化学硬化砂造型和造芯、负压造型以及其他特种铸造、抛丸清理等新工艺。
铸造种类很多，按造型方法习惯上分为：①普通砂型铸造，包括湿砂型、干砂型和化学硬化砂型3类。②特种铸造，按造型材料又可分为以天然矿产砂石为主要造型材料的特种铸造（如熔模铸造、泥型铸造、铸造车间壳型铸造、负压铸造、实型铸造、陶瓷型铸造等）和以金属为主要铸型材料的特种铸造（如金属型铸造、压力铸造、连续铸造、低压铸造、离心铸造等）两类。铸造工艺通常包括：①铸型（使液态金属成为固态铸件的容器）准备，铸型按所用材料可分为砂型、金属型、陶瓷型、泥型、石墨型等，按使用次数可分为一次性型、半永久型和永久型，铸型准备的优劣是影响铸件质量的主要因素；②铸造金属的熔化与浇注，铸造金属（铸造合金）主要有铸铁、铸钢和铸造有色合金；③铸件处理和检验，铸件处理包括清除型芯和铸件表面异物、切除浇冒口、铲磨毛刺和披缝等凸出物以及热处理、整形、防锈处理和粗加工等。
给你一篇看看做参考，我有部分论文，也有自己写的。
漫谈湿砂型铸件表面缺陷
与其它铸造方法相比，湿型铸件是较容易产生粘砂、砂孔、夹砂、气孔等缺陷的。如果铸造工厂注意控制湿型砂的品质，这些缺陷本来是有可能减少或避免。以下用实例说明型砂性能与铸件表面缺陷的关系。
一．粘砂
研究工作表明，一般湿砂型铸件，不论铸钢还是铸铁，粘砂缺陷都是属于机械粘砂，而不是化学粘砂。机械粘砂的产生原因有多种，最多见的如下的实例：
1．砂粒太粗和透气性过高，金属液容易钻入砂粒间孔隙，使铸件表面粗糙，或将砂粒包裹固定在表面上。江苏某外资工厂的铸铁旧砂中不断混入大量30/50目粗粒芯砂，以致型砂透气性达到220以上，铸件表面极为粗糙。内蒙某工厂铸钢车间的气动微震造型机生产中、小铸件。使用主要集中在40目的40/70粗粒石英砂混制型砂，铸件表面产生严重粘砂。平时不检测型砂透气性，认为已经符合工艺规程规定的≥80。为了找到粘砂原因而专门检测一次，发现透气性居然高达1070左右，表明这就是产生粘砂的原因。因此型砂透气性必须有上限，型砂粒度粗细和透气性应当处于适宜范围内。一般震压机器造型单一砂最适宜的型砂粒度大多为70/140目，透气性大致为70~100，高密度造型的型砂粒度最好是50/140或100/50，透气性为80~140。有些生产发动机的铸造厂大量使用50/100目粗原砂制造砂芯，落砂时不断混入旧砂中，使型砂透气性可能达到180以上，就应加入100/140目细砂，或将旋流分离器中的细颗粒部分返回到旧砂中，以便纠正型砂粒度。
2．铸铁型砂中煤粉含量不足或煤粉品质不良。北京某铸造厂生产高速列车刹车盘，铸件材质符合要求，而表面有严重粘砂，需整体打磨后才能交货。型砂中所用煤粉来自郊区一家关系密切的私营小供应商。粘砂的产生原因可能是煤粉品质太差，还可能是型砂中有效煤粉量也不足够。安徽某阀门总厂使用的“煤粉”是生产焦炭洗选下来的废料，灰分高达76%。使用后整个型砂性能遭破坏，铸件废品超过一半。铸造工厂应该对购入的煤粉品质加强检验。优质煤粉要求灰分≤10%，挥发分30~37%，焦渣特征4~5级。型砂的有效煤粉含量可以用发气量进行检测。中小灰铁铸件震压造型应用普通煤粉的的型砂每1g的发气量大约在22~26mL，折合普通品质有效煤粉量约为6~7％，或优质煤粉5~6％，或增效煤粉4~5％。高紧实度造型用型砂发气量大体在18~24mL，折合增效煤粉含量3~4%。我国一些外资铸造工厂大多用灼减量（LOI）估计铸铁用湿型砂抗粘砂性能。例如江苏一汽车铸件厂的静压造型线规定面砂的灼减量为4.10±0.30%。国内有多家造型材料公司供应各种“煤粉代用品”。铸造厂应先进行浇注试验，与优质煤粉或增效煤粉比较铸件表面效果、型砂性能变化以及铸件生产成本，然后确定是否选用。
二．砂孔
铸件表面的砂孔和渣孔通常合称为“砂眼”。渣孔大多是由于用了稻草灰或干砂当做聚渣剂形成的。关于砂孔的形成原因如以下几个实例：
1．天津某合资铸造厂手工造型生产电机壳等中、小灰铁铸件。主要缺陷是整个铸件上表面都可看到弥散分布的砂粒。分析这种砂孔形成原因是冲砂，是浇注系统和型腔被铁液冲蚀而掉落的零散砂粒漂浮在液面上形成的。该厂平常并不控制型砂品质，据云以前曾检测湿压强度只有25kPa。手工造型用型砂湿压强度最好在70~80kPa左右，震压机器造型应90～120kPa。如果是高密度造型，型砂湿压强度可以是140~180 kPa。大件可以再增高些。为了提高型砂的湿压强度，应避免使用劣质膨润土，0.2g膨润土吸蓝量最好在35mL以上。型砂还需要含有足够的有效膨润土，例如高密度造型的型砂5g吸蓝量大多在55~65mL。折合优质有效膨润土量6~7%。
2．山东某铸造工厂只有一台震压造型机，上班后先造下型铺满地面和下芯。半天以后更换模板制造上型和扣箱合型，准备浇铸。铸件经常出现砂孔等缺陷。其原因是湿砂型表面脱水干燥后表面强度急剧下降，表面砂粒很容易被冲蚀落入铁液中。天气干燥季节中“风干”现象更加严重。湿型砂下箱敞开时间最好不超过半小时。如果发觉砂型表面有干燥脱水的迹象，合型前应用喷雾器向砂型表面喷水使恢复潮湿状态。天津某日资汽车发动机厂过去曾用进口表面强化剂喷涂型腔表面，现也改用喷水。
3．四川某汽车件铸造厂使用静压造型机流水线生产汽缸体和汽缸盖，铸件表面都有多少不等的砂孔。该厂型砂采用本省品质不高的膨润土和煤粉，未对旧砂进行经常性除尘处理，致使旧砂中含泥量有时升高达到24％。为了保持型砂含水量4.0％左右以防止产生气孔缺陷，不得不将型砂紧实率压低在27～32％范围内。型砂的湿压强度并不低，在170～210kPa，不是产生砂孔的原因。由于型砂的灰分过高和紧实率很低，影响韧性不足，破碎指数只有65～75％左右。这种型砂性能太脆，起模性差，砂型的棱角和边缘容易破碎，因而引起砂孔缺陷。该厂应当改用优质膨润土和煤粉；还应使用旧砂除尘设备，将旧砂含泥量控制在12%以下，型砂含泥量不超过13%；将型砂破碎指数控制为80～85％。在造型处的型砂紧实率提高为35～38％，含水量为3.2~3.6%，使(紧实率)/(含水量)的比例在10~12的范围内。这样就能提高型砂韧性和减少砂孔缺陷。上海、北京、哈尔滨有几家工厂在砂子中加入少量α-淀粉用来改善型砂韧性，降低起模摩擦阻力，增强表面风干强度。对防止砂孔缺陷和改善铸件表面光洁程度都有益处。
4．河南某拖拉机厂的发动机铸造分厂由于大量冷芯盒砂芯的混入，使型砂变脆，起模性能越来越差。不但砂型边棱易碎，而且吊砂易断。根据工厂规定，碾轮混砂机的周期时间只有3min，不能加长混砂时间以免影响造型机用砂需要。后来尽最大努力使混砂周期延长了1min，发现型砂的手感起了变化，起模性也有了改善。这说明原来的混砂时间太短，不能混制出优良的型砂性能。
三．夹砂（结疤、起皮）
自从国内有多家公司供应优质活化膨润土以来，湿型铸件表面夹砂缺陷已大为减少。但是个别湿型铸造工厂还会意外地产生夹砂缺陷。
1．江西一家小型汽车修配厂希望用湿型生产摩托车发动机铝铸件。开始时曾借来两只牛皮纸袋的仇山“陶土”供混砂使用。后来又到物资部门购买了两只麻袋包装的陶土。但是发现新购来陶土的型砂粘结力很低，砂型在火炉旁烘烤后开裂起皮,浇注铸件出现严重夹砂缺陷。当时用极为简陋的条件检查两种粘土的泥浆是否能用碱活化变稠。证明麻袋中不是膨润土而是真正陶土，不可用于湿型铸造。出现问题的原因是当初地质部门将呈微弱酸性的钙基膨润土称为“酸性陶土”。而很多铸造工厂又将“酸性陶土”简称为“陶土”。结果把以蒙脱石为主要矿物成分的膨润土与以高岺石为主要矿物成分的真正陶土（即普通粘土）混淆在一起。真正的陶土主要用来烧制陶瓷，不适合湿型铸造使用。铸造工厂也可以用吸蓝量来鉴别两种不同的粘土矿物，0.2g膨润土吸附亚甲基蓝在25~45mL，而普通粘土吸蓝量只有膨润土的十分之一。
2．水质的影响：天津的一家台资铸造工厂，使用挤压造型机生产出口铸铁煎锅。用优质活化膨润土混砂，型砂的湿压强度200～250kPa，紧实率35～38％，含水量3％左右。但是后来铸件靠近内浇道处产生夹砂缺陷，怀疑混砂所用井水有问题。该厂原来混砂用深井水的井管被堵塞。老板为了节约，打了一口20m浅井供混砂加水之用。工人发现这口井的水咸不能喝，洗手搓肥皂也不起泡沫。经化验这种浅井水中含有大量钠、镁、氯离子，对活化膨润土有强烈的反活化作用，用来混砂生产铸件容易产生夹砂缺陷。从邻近工厂引来饮用水混砂后，仍不能完全消除原来水质的影响。江苏有一家挤压造型生产冰箱压缩机铸件工厂，使用流经工厂外面小河中的河水混砂，适逢河水上游有化工厂向水中排废水而引起铸件产生夹砂缺陷，其原因也是由于废水的反活化效应。如果怀疑水质是否适合混砂，可以取2g或3g膨润土分别用纯净水和待试水测定膨润值，或膨胀倍数和自由膨胀量，如果待试水的测试结果比纯净水低很多，就表明待试水的品质不可用。
四. 气孔
铸件的气孔缺陷主要有裹携气孔、侵入气孔、析出气孔和反应气孔四个类型。以下举例说明工厂中常见气孔的生成原因和防止措施。
1．鉴别气孔的类型和生成原因都是不容易的。根据生产经验，提高浇注温度30~50℃经常可以减少任何类型气孔缺陷的发生。应当注意每包铁液浇注最后一两个砂型的温度，因为这时包中铁液温度已然下降而容易产生气孔缺陷。天津某台资铸造厂生产工业缝纫机壳体，每台铁液本可以浇注7个砂型，但是只浇5个砂型。剩在包中铁液倒回电炉中，然后再重新接一满包铁液去浇注砂型，就是为了保持浇注温度，减少气孔缺陷。
2．北京某日资工厂曾发现一个有气孔缺陷的铸件，锯开后看到气孔呈一个个连续上浮状态。估计在产生气孔的界面上背压力超过了铁液的静压力引起侵入气孔，但已无法判断气源是何物。有的工厂将旧砂堆当做垃圾堆，香烟头、冰棍捧、废纸团、瓜籽皮……扔到旧砂，混入型砂中都可能形成气孔缺陷。有些外资铸造工厂严格禁止在厂区中吸烟也是预防气孔的有效措施之一。
3．山东某厂生产中等大小出口阀门铸铁件，用震击造型机造型，冷芯盒制砂芯。该厂采取两天连续造型和下芯、合型，每隔一天冲天炉开炉浇注一次。所生产铸件气孔废品率极高。分析其原因是砂芯吸潮发气进入铁液中造成的侵入气孔。冷芯盒砂芯长时间放置在相对湿度极高的砂型中很容易吸潮。浇注时不仅粘结剂发气，而且砂芯吸收的水分也发出大量水汽，因而容易产生气孔缺陷。应当将隔日开炉攺为每日开炉，或者造型后先合空型，待开炉日再开箱下芯、合箱浇注。既可以防止砂芯吸潮，又可以减少砂型风干脱水，使气孔缺陷大为减少。多开出气冒口，增大排气能力。适当提高浇注速度，迅速建立静压力抵制界面气体侵入，也对防止侵入气孔有好处。
4．从河南、山东、辽宁、吉林…等发动机铸造工厂的气孔缺陷生成情况来看，所遇到的气孔仍多属于砂芯发生气体的侵入气孔缺陷，很少是析出性的氮针孔。因为所用砂芯的粘结剂都改为含氮量较低的树脂，而且必要时在芯砂中和涂料中加入适当的氧化铁。因此首先应当加强砂芯的排气能力。砂芯中间应开通畅的排气孔。对于厚大断面砂芯可以抽成空心或分半挖成网格形内腔而后粘合。树脂自硬砂芯最常用的排气办法是使用尼龙编织管，制芯时可以方便地沿砂芯的任意形状预埋在砂芯中。热芯盒、冷芯盒和壳芯都是整体射制的，不能预埋排气管路，可以安放通气针或棒，在取芯之前或之后抽出。但是更多的是在砂芯硬化后用硬质合金钻头从芯头钻孔帮助排气。例如山西某液压件厂生产形状极为复杂的液压阀，将壳芯所有芯头都角钻头钻盲孔帮助排气。西班牙有一家生产小轿车的铸造工厂，制出气缸盖的水套砂芯用专门多头钻床自下向上地将水套砂芯的各个冷却水通道芯头同时钻出盲孔。较大砂芯下芯时，如果芯头与芯座的间隙过大，会出现铁液钻入砂芯通气孔现象。应当用耐火纤维毡垫、泥条、石棉绳等密封材料围封砂芯芯头。还要注意高温快浇，迅速建立起铁水压力超过发气点背压力使气体不能钻入铁液中成为气泡。即使气体已经钻入铁液中，也能漂浮和随着铁液进入排气冒口排出。另外，采用低发气量粘结剂对防止气孔缺陷是必要的，例如北京某工厂生产英国的煤气炉燃烧圈只有一个芯头，排气困难，就尽量将壳芯的发气量控制在12mL/g以下，而且高温快速浇注。
5．山西某厂使用挤压造型机生产灰铸铁曲轴，在铸件表面和皮下形成宻集的小气孔。一般为直径1～3mm的小孔，大多存在于表皮内1~3mm处，抛丸清理或粗加工时露出。此工厂不用树脂砂芯，不会产生氮气孔，缺陷应当属于反应气孔。即金属液与铸型在界面处发生化学反应，产生的气体溶解在金属液中。冷却时溶解度降低析出成气泡。铸件材质为灰铁，也排除掉铁液中镁或稀土与砂型中水分引起反应。怀疑是炉料和孕育剂有可能将铝、钛带入铁液中。因为铝、钛与水反应放出极易溶入铁液层中的原子态[H]。该层凝固时氢的溶解度降低而以分子态气相析出和长大成氢气泡。由该厂硅铁孕育剂的分析报告中看到含铝量达到1.86%，可能是产生皮下气孔的主要原因。硅铁孕育剂的含铝量最好为1.0%左右，最多不可超过1.5％。对于随流孕育用硅铁，不但要控制较低的含铝量，而且要限制加入量一般不超过0.08~0.10％。为了防止铝、钛等元素与水的反应，挤压造型的型砂含水量也必须控制在不高于4%。
6．球墨铸铁的铁液浇注入湿砂型后，残留镁同水分子中氧强烈反应而产生原子态[H]，是产生皮下气孔缺陷的主要原因。必须采取冶炼和工艺两方面的措施才能防止反应气孔的产生。河北某球墨铸铁工厂是生产载重汽车离合器压盘等球墨铸铁件的专业厂，铸件无皮下气孔。从该厂冶炼角度来分析其避免气孔的原因是各项指标都未超出常规范围。例如使用优质铸造焦，冲天炉出炉温度在1480℃以上，球化处理包的内腔深度为直径的1.5~2倍，浇包和型腔表面抖冰晶石粉，铁水含硫0.03~0.04%，残留镁量为0.40~0.46%。但是从工艺角度来分析：面砂含水量高达7.0~7.6%，远远超过通常认为的最多不可超过5.5%。分析其不出气孔的原因可能是：（1）型砂加入了大量煤粉，灼减量高达7.0~7.9%。超过通常的4~5%。未测型砂发气量，估计在35mL/5g以上。浇注后露出的铸件表面呈现深蓝色，表明浇注时型腔中为大量强烈还原性气氛，将型腔中水汽冲淡。（2）砂型透气性100，并扎有大量排气孔，浇注生成的水汽大部分排出型腔以外，减少了可能参与反应的水汽。（3）面砂含水量虽然相当高，但含泥量高达21%。因此测得紧实率只有36%左右，说明型砂并不潮湿。可能泥分吸收了大量水分，减缓了化学反应的速度。因此可以设想产生反应气孔缺陷主要取决于紧实率（即型砂干湿程度），而不是含水量。
五. 讨论
1．获得优质型砂的条件首先是选用优质原材料，也还需要应用优良的混砂过程。一些技术管理比较严格的湿型砂铸造工厂要求在每班结束前将混砂机中的砂子完全清除干净。美国主要的湿型铸造厂大多要求混砂机刮板与底盘的距离为一个硬币厚度。日本几家使用碾轮式混砂机的汽车件铸造工厂的混砂周期都是6min。但是我国有的铸造厂的混砂机碾盘中和碾轮上的砂子都长期不清理，刮板磨损也不调整，碾轮混砂时间最多3min。这怎样能够混制出优良品质的型砂呢？
2．型砂品质表现在于性能如何，加强型砂性能的检测和控制才能制备出优等型砂。江苏某日资汽车件铸造工厂静压造型线用面砂的日常检测项目有二十余种，还未包括背砂和原材料的检测项目在内。我国有的铸造工厂的型砂实验室中仪器设备简陋，湿型砂性能的日常检测项目可能只有三、四种。怎能根据测得结果说明铸件表面缺陷产生原因呢？又怎能用来降低铸件废品率呢？
图2：ThyssenKrupp Fahrzeugguss公司Qmax项目将遵循六个西格马的DMAIC过程，提高熔炼和铸造工艺的效率。
图3：六个西格马三维表现图。要达到六个西格马的要求的处理水平，可以从两方面着手1）降低误差；2）严格控制工艺变异。
图4：红色X和绿色Y。将熔炼和铸造过程分解为小阶段，以帮助发现关键变量（红色X）在工艺结果（绿色Y）的作用。
大脑风暴技术可以将所有可能的有作用力的参数都提议出来，然后可以通过Ishikawa图形象地表现出来。通过跟踪一定数量的部件在多次不同班次生产的统计测量结果，可以获取问题重现和重复的信息。而其中的某些因素却是根本不可测量的。
图5：列举了全部可能对工艺变异有影响的所有参数的Ishikawa图。这个图记录的是永久模具铸造过程中的冷处理的发生情况。正如Kaoru Ishikawa先生说的：“如果有几个因素产生一系列影响的话，就必然有一个过程。”
六个西格马中最常用的工具是：
•多变量分析；
•成组对比；
•理论测试；
•试验设计。
多变量分析通过减少作用参数可以简单、快速地发现这些因素对工艺变异的影响（见图6）。
成组对比在多变量分析之后使用，可以体现变化在个体之间的体现效果。这些个体是不能被继续分割或被组合在一起的。图7展示了熔炼过程中多溢气体在铸造质量的影响。即使操作人员的资历都已经达到了透明的标准化，如图8所示。在DoE系统中，几个红X的影响被大量统计，而后进行评估。所有该项目的结果最后被转化成简单易懂，易于操作的图表，如图9或其他类似的图所示。
图6：多变量图-用于发现是否问题变异是因为时间的变化（上）或个体的原因（中和下）
图7：在熔炼过程中的多溢气体对铸造质量的影响。多溢气体过多，可以增加整体废料率。格图体现出最高和最低废料量以及他们的变异。
图8：Qmax项目使员工在底盘制造中肥料率的作用透明化。这张图中，第一个人因为变异数目的减少而比第二个人造作得更好。
图9：操作员的正面控制图。Qmax项目实现了100%质量提升，并证明了唯一提高质量的办法就是测量和控制。将六个西格马管理模式引入铸造行业意味着行业的整体提高（见图10）。
图10：技术提高项目中的六个西格马培训（中）和实施（右）与以往的质量程序（左）作比较。
展望：底盘部件铸造的新发展
由于对底盘的载重量要求的提高，要求在过去生产铸造工艺的基础上增加反压铸造技术。这项技术特别适用于高质量铝铸件的生产，是在传统的低压模具铸造工具中类似的工艺的基础上对关键点改进和提高的结果。
该技术的主要特点有：
•压力凝固；
•凝固过程中更好的填料
•可控制地薄层填充
这些特点使模具的微观结构质量更好，从而确保了机械性能的提升。这项技术可以满足反压铸造工艺的生产要求，并可生产需要高载重量和极度安全的汽车底盘部件，如控制环，控制臂等。除了质量上的提高外，使制造成本减少是本项目的又一优势，因为该项目提高了产出率，减少了循环时间，提高了自动化程度。正是由于上述优点，ThyssenKrupp Fahrzeugguss公司才决定引如反压铸造工艺（见图11）。
除了性能上的改善，该工艺也使铸造微观结构的缺点有所改善。这些缺点可能会在早期机械加载过程中导致铸造失败。典型的影响机械性能的缺点包括：含有非金属物质，过多的含氢量和收缩孔。正如其他铸造工艺一样，在铸造前，熔炼材料要被彻底地清洁过。这可以使内含物和溶解的氢减少到最小。在工业生产环境中，清洁熔炼材料的过程是被不能过多的。因此，一些氢气还是会溶解在铝液中，气体量甚至会在把持和铸造过程中因从空气中获得氢气而再次增加。在凝固过程中，氢气会沉淀，因为在气孔压力的作用下铝液的溶解度减小了。此外，由于凝固过程中体积收缩会产生收缩孔，孔的大小和数量就决定了微观结构的质量好坏。
反压铸造工艺对微观结构的改善做出了重要贡献。在此工艺中，增加了的工艺压力防止了氢气孔的形成。在填料和凝固过程中，金属液体是在6个大气压的环境中存放，可以防止氢气的渗入，就无法形成气孔。
另外，在凝固过程中体积的减少可以通过增加的填料过程来弥补。微观结构的改善也导致了更好的机械性能，这可以通过图12的与传统重力模具铸造相比较的结果中显而易见。
图12：在ThyssenKrupp Fahrzeugguss公司安装反压铸造设备（左），四腔环模具（右）。
因此，反压铸造工艺将使铝铸造部件在底盘系统中得到更广泛的应用。
锻造是一种利用锻压机械对金属坯料施加压力，使其一定形状和尺寸锻件的加工方法，下面是由我整理的锻造成型技术论文，谢谢你的阅读。
锻造成型技术论文篇一
GH4169合金涡轮盘锻造成型的数值模拟和分析
摘要： 利用Gleeble3500型热模拟试验机研究GH4169合金在不同温度和变形速度下的热变形行为，建立该合金的高温流变应力模型.用Deform3D对GH4169镍基高温合金涡轮盘锻造成型过程进行数值模拟，比较不同变形速度和不同变形温度下工件的变形行为.结果表明：相对于变形速度，变形温度对锻件性能的影响更加明显;较高的变形温度有利于材料的动态恢复和再结晶，使组织均匀，但过高的终锻温度会使晶粒尺寸变大，进而影响涡轮盘的机械性能.
关键词： 航空发动机; 涡轮盘; 镍基高温合金; 锻造成型; 变形温度; 晶粒尺寸; 数值模拟
中图分类号： V232.3;TB115.1文献标志码： B
Abstract： The thermal deformation of GH4169 alloy is studied by the thermal simulation testing machine of Gleeble3500 under the condition of different temperature and deformation velocity， and the high temperature flow stress model of the alloy is built. The numerical simulation is performed on the forging deforming of GH4169 nickelbase superalloy turbine disc by Deform3D， and the different deformation behaviors of a workpiece are compared under different deformation velocity and temperature. The results show that， comparing with the deformation velocity， the effect of deformation temperature on the performance of the forging piece is more obvious; the higher deformation temperature is helpful for dynamic recovery and recrystallization of the material， which makes the organization more uniform; but the grain size becomes larger if the final forging temperature is too high， which weakens the mechanical performance of the turbine disc.
Key words： aeroengine; turbine disc; nickelbase superalloy; forging deforming; deformation temperature; grain size; numerical simulation
引言
GH4169作为一种常见的航空发动机用镍基高温合金，在-253～650 ℃下具有高强度、高疲劳性能和良好的塑性，是目前应用广泛的一种高温合金，占世界上高温合金产品的35%～40%.[1]但是，GH4169合金在锻造成型时，具有高温塑性低、变形抗力大、可锻温度范围窄、导热性差等缺点，且锻件的晶粒尺寸无法由后期热处理工艺进行改善，主要靠锻造成型工艺进行控制.所以，GH4169合金锻件的成型工艺直接决定锻件的机械性能.[2]
本文利用Deform3D对某型号航空发动机涡轮盘锻造成型过程进行仿真模拟研究，为优化涡轮盘锻造工艺、研究GH4169的热塑性变形行为提供理论依据.
模拟模具的初始温度设置为980 ℃.在变形初始，模具与工件直接存在60 ℃的温度差.在变形过程中，工件不断向模具散热，接触表面温度下降，同时塑性变形使工件的变形功转化为热能.模具和工件之间的摩擦也随着接触面积的增加而不断增大，由摩擦引起的热效应也增强，从而使工件温度不断上升，尤其是飞边和轮缘这些变形最激烈的区域.变形速度的增加，使模具和工件的接触时间缩短，热传递时间也缩短，工件整体温度升高.因此，在实际锻造生产过程中，要合理选择变形速度，避免局部温度过高，从而产生局部粗晶现象，影响涡轮盘的机械性能.
当摩擦因子为0.3，温度为1 040 ℃时不同变形速度对等效应力的影响见图5，可知，随着变形速度的增加，轮盘的等效应力明显增加
由图6可知，随着温度的升高，工件的等效应变不断增加.当变形温度从980 ℃升高到1 100 ℃时，等效应变也从4.55增加到7.21，即材料的流动性得到显著改善.
当摩擦因子为0.3，变形速度为20 mm/s时不同的变形温度对工件等效应力的影响见图7，由图7可知，等效应变随变形温度的升高而显著降低.在变形结束时刻，当变形温度为980，1 000，1 040和1 100 ℃时，工件的最高等效应力分别为496，426，407和370 MPa.等效应变和应力随温度的升高不断发生变化，这些都可以看做是材料变形能力的变化，其原因是：温度的升高增强原子的扩散能力，增加晶界的迁移能力，使材料更容易发生动态回复和再结晶，抵消由位错产生的加工硬化，提高材料的塑性，使变形更容易.
通过对上述不同加工条件的分析可以看出，温度对GH4169合金的变形影响更大.虽然当变形速度不同时，工件的等效应变、等效应力存在差异，但通常造成这种差异的原因除变形速度不同造成的温度降不同以外，则是高应变速率使工件组织的回复和再结晶过程不够充分.在本次模拟过程中，工件与模具都处在较高的温度中，散热很少，导致工件的温度降低和高应变速率的硬化机制不能发挥主导作用，从而显著地影响工件的变形抗力. 因此，在GH4169合金涡轮盘的锻造过程中，首先应考虑合理的锻造温度区间的选择.温度的选择一方面要保证组织能够发生普遍明显的动态再结晶，使组织晶粒度均匀，避免出现混晶现象;另一方面要考虑晶粒的尺寸，避免温度过高，使晶粒过分长大.其次，虽然变形速度对加工过程的影响相对变形温度产生的影响较小，但因变形速率过高而造成工件局部过热，从而产生局部粗晶现象却是GH4169合金涡轮盘加工过程中的常见现象，因此，在合理选择变形温度的基础上，选择适当的变形速度能进一步改善变形的均匀性，提高工件的性能.
4结论
(1)通过GH4169合金的等温恒应变速率压缩试验，确定该合金在高温下的双曲正弦流变应力模型，并通过实例模拟验证该模型在数值模拟过程中能够准确反映GH4169合金在不同加工条件下的变形规律.
(2)较高的变形速度可以减少工件与模具的接触时间，使工件的散热减少，温度场分布更均匀;但过大的变形速度会使工件产生局部温度过高，造成局部粗晶现象.
(3)较高的变形温度使材料的恢复与再结晶变得更容易，使工件塑性更好，变形更均匀充分;但过高的终锻温度会使再结晶后的晶粒增大，影响工件的机械性能.参考文献：
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锻造成型技术论文篇二
试论自由锻造
【摘要】自由锻造是利用冲击力或压力使金属在上下砧面间各个方向自由变形，不受任何限制而获得所需形状及尺寸和一定机械性能的锻件的一种加工方法，简称自由锻。
自由锻造所用工具和设备简单，通用性好，成本低。同铸造毛坯相比，自由锻消除了缩孔、缩松、气孔等缺陷，使毛坯具有更高的力学性能。锻件形状简单，操作灵活。因此，它在重型机器及重要零件的制造上有特别重要的意义。
【关键词】自由锻，基本工序，特点
【中图分类号】TG316.2 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158(2013)01―0194-02
自由锻造的基本工序
自由锻工序分：基本工序，辅助工序，精整工序。
一、基本工序
主要是使金属产生一定程度的属性变形，以达到所需要的形状及尺寸。
如，镦粗、拔长、冲孔、切割、弯曲、扭转等
二、辅助工序
是为基本工序的操作方便而进行的一些预先变形工序。
如，压钳口、压肩等。
三、精整工序
在终端温度下进行。如清理锻件表面的凸凹不平及整形等，主要用来减
少锻件表面缺陷的工序。
【拔长】也称延伸，它是使坯料横断面积减小、长度增加的锻造工序。拔
长常用于锻造杆、轴类零件。拔长的方法主要有两种：
1、在平砧上拔长。
2、在芯棒上拔长。锻造时，先芯棒插入冲好孔的坯料中，然后当作实心坯料进行拔长。拔长时，一般不是一次拔成，先将坯料拔成六角形，锻到所需长度后，再倒角滚圆，取出芯棒。为便于取出芯棒，芯棒的工作部分应有1：100左右的斜度。这种拔长方法可使空心坯料的长度增加，壁厚减小，而内径不变，常用于锻造套筒类长空心锻件。
镦粗
【镦粗】是使毛坯高度减小，横断面积增大的锻造工序。镦粗工序主要用于锻造齿轮坯、圆饼类锻件。镦粗工序可以有效地改善坯料组织，减小力学性能的异向性。镦粗与拔长的反复进行，可以改善高合金工具钢中碳化
物的形态和分布状态。
镦粗主要有以下三种形式：
1、完全镦粗。完全镦粗是将坯料竖直放在砧面上，在上砧的锤击下，使坯料产生高度减小，横截面积增大的塑性变形。
2、端部镦粗。将坯料加热后，一端放在漏盘或胎模内，限制这一部分的塑性变形，然后锤击坯料的另一端，使之镦粗成形。用漏盘的镦粗方法，多用于小批量生产;胎模镦粗的方法，多用于大批量生产。在单件生产条件下，可将需要镦粗的部分局部加热，或者全部加热后将不需要镦粗的部分在水中激冷，然后进行镦粗。
3、中间镦粗。这种方法用于锻造中间断面大，两端断面小的锻件，例如双面都有凸台的齿轮坯就采用此法锻造。坯料镦粗前，需先将坯料两端拔细，然后使坯料直立在两个漏盘中间进行锤击，使坯料中间部分镦粗。
为了防止镦粗时坯料弯曲，坯料高度h与直径d之比h/d≤2.5。
冲孔
【冲孔】是在坯料上冲出透孔或不透孔的锻造工序。冲孔的方法主要有以下两种：
1、双面冲孔法。用冲头在坯料上冲至2/3-3/4深度时，取出冲头，翻转坯料，再用冲头从反面对准位置，冲出孔来。
2、单面冲孔法。厚度小的坯料可采用单面冲孔法。冲孔时，坯料置于垫环上，一略带锥度的冲头大端对准冲孔位置，用锤击方法打入坯料，直至孔穿透为止。
弯曲
【弯曲】采用一定的工模具将坯料弯成所规定的外形的锻造工序，称为弯曲。
常用的弯曲方法有以下两种：
1、锻锤压紧弯曲法。坯料的一端被上、下砧压紧，用大锤打击或用吊车拉另一端，使其弯曲成形。
2、模弯曲法。在垫模中弯曲能得到形状和尺寸较准确的小型锻件。
切割
【切割】是指将坯料分成几部分或部分地割开，或从坯料的外部割掉一部分，或从内部割出一部分的锻造工序。
错移
【错移】是指将坯料的一部分相对另一部分平行错开一段距离，但仍保持轴心平行的的锻造工序，常用于锻造曲轴零件。错移时，先对坯料进局部切割，然后在切口两侧分别施加大小相等、方法相反且垂直于轴线的冲击力或压力，使坯料实现错移。
锻接
【锻接】是将坯料在炉内加热至高温后，用锤快击，使两者在固态结合的锻造工序。锻接的方法有搭接、对接、咬接等。锻接后的接缝强度可达被
连接材料强度的70%-80%。
扭转
【扭转】是将毛料的一部分相对于另一部分绕其轴线旋转一定角度的锻造工序。该工序多用于锻造多拐曲轴和校正某些锻件。小型坯料扭转角度不大时，可用锤击方法。
自由锻工艺规程的制定
1、分析零件图设计绘制锻件图
锻件图即是在零件图的基础上+锻件余量+锻件公差+余块所组成的图纸
2、坯料质量的计算
锻件坯料体积包括锻件的体积和锻造过程中的各种体积损失，如加热时的表面氧化、烧损等。
锻件坯料质量的计算可以按下公式计算M坯=M锻+M烧损+M切+M芯
3、坯料尺寸计算
根据已算得锻件质量和截面积大小定：坯料质量÷材料的比重=坯料体积。
4、选择锻造工序、确定锻造温度。
5、选择确定锻造设备。
6、规定有关技术要求、编写工艺卡等。
自由锻造特点
1)软件自动计算功能极大地提高工作效率：
软件可自动给出下料重量、锻件重量、及零件重量，十分迅速，使您省
去繁琐的计算和查询手册的工作，极大地提高您的效率，60秒就可以轻松完成一张完整的工艺卡。 软件还具有的锻件锻前加热规范、锻后热处理工艺，给工艺人员在做热处理工艺时一个很好的参考依据。一个工艺工程师可以做几个人的工作量，可以节约很多人力资源成本。
2)特殊图形和工艺：
任何复杂图形及特殊的工艺都可以利用软件的制图功能进行自行制作并可以储存，锻造工艺却可以自动生成，也可以自行修改工艺。
3)准确的材料利用率：
锻前就可以准确地给出热耗和工艺损耗(函数程序准确计算的)，可以使您在锻打产品前就可以给出材料的成本核算，利于您的准确报价。
4)多级台阶轴的优化和法兰胎膜制作功能：
多级台阶轴可以预先模拟出几种各级的锻件图形进行比较，可以很直观地观察出哪一种方案最佳，取最佳方案进行锻打，法兰胎膜制作功能，在实际使用中效果也很显著，锻件还列有锻打工步可作为工人师傅的锻打依据。
5)减少了材料的浪费：
避免新产品的反复试验工艺而造成损失;避免人为因素的失误和错误而造成损失;准确的材料重量计算可以提高材料利用率。
6)强大的自动计算和数据功能：
软件包含的几十类数千种锻件的工艺、数万种材料牌号、各类技术要求、所有吨位的锻锤和水压机、图形的参数化都会给您带来极大的方便(避免繁琐的手册查询工作)。
7)方便管理及有利于提高企业形象：
工艺卡片可以根据您的客户分类而自动存贮在软件里，可以随时调用，不用另存其他地方，便于管理者和工艺人员查看。规范化的设计和管理，也利于提高企业形象。
8)软件具有很强的升级功能：
随着贵公司的工艺水平的改进、或者各个时期不同工艺都可以取精华编制在软件里，使公司里锻造工艺具有连续性和升级性，不至于使工艺人为流失。
9)操作简单：
使用十分方便，即使不熟悉计算机的人，也能很容易掌握;不用另制作工艺卡，可以直接用打印机打出和分类保存在电脑里。
结论
锻造是机械制造中常用的成形方法。通过锻造能消除金属的铸态疏松及焊合孔洞，锻件的机械性能一般优于同样材料的铸件。机械中负载高、工作条件严峻的重要零件，除形状较简单的可用轧制的板材、型材或焊接件外，多采用锻件。
锻造按坯料在加工时的温度可分为冷锻和热锻。冷锻一般是在室温下加工，热锻是在高于坯料金属的再结晶温度上加工。有时还将处于加热状态，但温度不超过再结晶温度时进行的锻造称为温锻。不过这种划分在生产中并不完全统一。
参考文献
[1]刘润广，锻造工艺学，哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2002.
[2]林法禹，特种锻压工艺，北京：机械工业出版社，1991.
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