文/張清林·江蘇中興西田數(shù)控科技有限公司

小松勇·日本小松技術(shù)士事務(wù)所，江蘇中興西田數(shù)控科技有限公司

溫鍛與冷鍛之基本（連載七）

文/張清林·江蘇中興西田數(shù)控科技有限公司

小松勇·日本小松技術(shù)士事務(wù)所，江蘇中興西田數(shù)控科技有限公司

溫鍛加工的特點(diǎn)

鋼材的溫鍛大都在800～900℃范圍內(nèi)進(jìn)行，僅比熱鍛溫度的1000～1100℃低一點(diǎn)，其理由在前面的連載中已經(jīng)敘述過，此處不再贅述。下面我們來歸納一下溫鍛加工的特點(diǎn)：

⑴溫鍛制品雖然達(dá)不到冷擠壓件的精度，但也并不是溫鍛制品都必須要進(jìn)行切削加工，如果在條件比較好的情況下，溫鍛制品也可以達(dá)到與冷擠壓件接近的精度和品質(zhì)，此時(shí)溫鍛可用于制件的整形加工。

⑵溫鍛加工時(shí)要注意避開400～500℃的藍(lán)熱強(qiáng)度和藍(lán)熱脆性區(qū)域。

⑶當(dāng)鋼的溫度達(dá)到再結(jié)晶溫度760℃以上時(shí)，其拉伸強(qiáng)度會下降到常溫時(shí)的1/2以下。

⑷溫鍛加工時(shí)的溫度低于模具的淬火溫度時(shí)，模具的損傷就會少一點(diǎn)。（高溫加工時(shí)通常模具都是要淬火的，這時(shí)模具的硬度有所下降。）

⑸加熱溫度越低，加熱的時(shí)間就越短，被加工素材產(chǎn)生的氧化皮就越少，模具的損傷和損耗也就越少。

⑹氧化皮的厚度越小，溫鍛制品的精度就越高。

⑺溫度越低，模具和溫鍛制品的熱收縮量越小，溫鍛制品的精度就越高。

⑻模具的損傷越少，其空腔形狀保持得就越好，溫鍛制品的形狀也就與冷鍛制品越接近。

⑼與熱鍛制品相比，溫鍛制品的尺寸小、重量輕，制品自身保有的熱量較少，傳到模具上的熱量相對也就較少，這有利于模具的溫度控制。

溫鍛加工的加熱方法

在溫鍛加工中筆者比較推薦的加熱方法是感應(yīng)加熱，下面就介紹下感應(yīng)加熱中高頻加熱和低頻加熱的特點(diǎn)及適用對象。

高頻加熱時(shí)受感應(yīng)回路深度的限制，加熱都集中在素材表面附近，對于直徑小的素材可以在短時(shí)間內(nèi)加熱到中心，但對于較粗的素材就只能加熱到表面附近了，所以高頻加熱適合大直徑素材的表面加熱。

低頻加熱時(shí)由于感應(yīng)回路很深，所以可以加熱到大直徑素材的中心部位，但對只要求素材表面附近加熱的情況此種加熱方式就不適合了。

因此，對直徑較大的素材進(jìn)行加熱時(shí)，一般都采用低頻爐和高頻爐并舉的方法，即先用低頻爐加熱到素材中心，然后再換到高頻爐中繼續(xù)對表面附近追加熱量。另外，還可以使用“低氧化氛圍爐”（低氧氣氛加熱爐）加熱，此種加熱方式的特點(diǎn)是比高頻和低頻加熱的誘導(dǎo)加熱需要的時(shí)間短、爐內(nèi)的氧氣濃度低，這可以抑制氧化皮的產(chǎn)生。

感應(yīng)加熱的優(yōu)點(diǎn)在于，當(dāng)模具或者送料裝置發(fā)生故障而導(dǎo)致生產(chǎn)中斷時(shí)，操作者可以馬上停止正在進(jìn)行的加熱過程，以避免因素材過度加熱而導(dǎo)致被加熱材料性能的不良。而使用電爐加熱時(shí)就容易使素材過熱，嚴(yán)重時(shí)會導(dǎo)致素材廢棄而不能再繼續(xù)使用，造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。

加熱后素材溫度下降的解決辦法

噴射氮?dú)?/p>

在鍛造制品的熱容量較小的情況下，被加熱的素材從加熱爐里取出到送入模具開始鍛造這個(gè)過程中溫度的下降速度很快，因此，必須要在工藝上保證把被加熱的素材在最短的時(shí)間內(nèi)送入模具里，同時(shí)素材進(jìn)入模具后要馬上進(jìn)行加壓鍛造。

一般向感應(yīng)爐（感應(yīng)線圈）里送入素材時(shí)使用的都是推料桿，推料桿把一個(gè)未加熱的素材推到爐子里，排在前面的一個(gè)素材就會向前推動(dòng)排在它前面的素材，這樣素材就會被依次推入爐內(nèi)。每向爐內(nèi)送入一個(gè)未加熱的素材，就有一個(gè)被加熱到鍛造溫度的素材從爐子里擠出來，落到定位夾具或滑道里。落到定位夾具的素材由操作工人或用機(jī)械手插入到模具里，如果是落到滑道里，那么同樣在進(jìn)入滑道終端的定位夾具后，也要由操作工人或用機(jī)械手插入到模具里。

素材在從進(jìn)入爐內(nèi)到走完?duì)t子全程的過程中被感應(yīng)加熱，到達(dá)出口附近時(shí)的溫度會略高于溫鍛所需的溫度，但素材在從爐子里出來的那一刻開始一直到在模具里加工完成的整個(gè)過程中溫度都在下降，所以必須要有這一過程的保溫對策。

如果使用低氧氛圍爐加熱，那么加壓時(shí)氧化膜會比較薄，鍛造制品的成形精度也比較好，同時(shí)也可以抑制模具的損耗，但是，低氧氛圍爐無論是在操作性上還是在成本上都是不現(xiàn)實(shí)的。在夾持高溫素材的夾具上設(shè)置一個(gè)能夠噴出少量氮?dú)獾膰娮欤玫獨(dú)鈱⑺夭闹車难鯕怛?qū)散，這種方法實(shí)施起來還是比較容易的。如果從加熱爐到模具的運(yùn)送是用輸送帶或滑道的話，那么可以將輸送帶或滑道做成隧道式，在隧道里噴射少量氮?dú)?，建立一個(gè)低氧的環(huán)境。還有，要盡量縮短感應(yīng)爐出口（滑道等）到模具的距離，這樣也可以減少一些氧化膜的產(chǎn)生。

降低模具的熱吸收

溫度下降的現(xiàn)象在被加熱的素材插入模具時(shí)也會發(fā)生，溫度很高的素材將熱量傳導(dǎo)給模具，再通過模具輻射將熱量散發(fā)。

在高溫素材與凹模模腔表面接觸時(shí)，兩者之間如果有間隙，即存在著斷熱性很好的空氣層，那么這個(gè)空氣層就會在素材向模具進(jìn)行熱傳導(dǎo)的過程中起到一個(gè)中介作用，從而減少溫度的下降量。如果沒有這個(gè)空氣層，高溫素材就要直接與模具表面接觸形成直接的熱傳導(dǎo)，熱量被模具快速吸收，高溫素材的溫度就會急劇下降，到鍛造加工時(shí)素材的溫度就會降到不能進(jìn)行鍛壓加工的溫度。

另外，一般來說，模具的顏色越黑，代表著該模具的輻射效率就越高，模具也就容易將熱吸收掉。溫鍛的潤滑劑大多數(shù)都是黑色的，從輻射放熱角度來看是非常不利的，但是，恰恰潤滑性能較好的潤滑劑又大多數(shù)都是黑色的，不過也有一少部分鈣系的潤滑劑是白色的。

模具一側(cè)的溫度越高，模具從高溫素材一側(cè)奪取的溫度就越少，所以生產(chǎn)中常會采用給模具預(yù)熱的方法來緩解高溫材料降溫的問題。經(jīng)常使用的模具預(yù)熱溫度是低溫回火溫度（150～200℃），加熱方法有用煤氣噴槍直接對凹模的內(nèi)腔表面加熱，在模具內(nèi)設(shè)置加熱流體的管路讓高溫流體在管子里流動(dòng)來對模具進(jìn)行加熱，以及在模具內(nèi)設(shè)計(jì)一種孔穴，在孔穴中裝上一種鎳線絕緣加熱器的加熱方法等。

使用煤氣噴槍的時(shí)候注意不要讓火焰過于集中，以防止模具被燒損。用煤氣加熱的時(shí)候，要讓滑塊下降，使得上模和下模的間隔盡量減小，噴槍上需設(shè)置向上和向下的火焰噴口同時(shí)進(jìn)行上模和下模的加熱。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是，上模和下模的間隔小、散熱慢，當(dāng)然上、下模的間隔一定要滿足火焰噴口可自如操作的最小限度。雖然使用煤氣噴槍加熱的方法簡單、方便，但是模具溫度的正確測定卻很困難，而且加熱的均勻性也很難掌控，這是此種加熱方法的劣勢所在。如果模具在加熱后短時(shí)間停止，然后再恢復(fù)鍛壓生產(chǎn)，這時(shí)只需要再給模具追加一點(diǎn)熱量就可以了，在這種情況下，煤氣噴槍加熱的方式倒不失為一種不錯(cuò)的選擇。

另外的兩種加熱方法（流體管路和電加熱）可以正確地控制溫度，也可以在生產(chǎn)作業(yè)開始前事先設(shè)定開始加熱的時(shí)間等，這在實(shí)際加工生產(chǎn)中是很方便的。

鍛壓加工都要伴隨著沖擊，模具也同樣要受到?jīng)_擊的作用，作業(yè)中鎳線絕緣加熱器很容易斷線，所以筆者不是很推薦鎳線絕緣加熱器的加熱方法。由此看來，通過高溫流體對模具進(jìn)行加熱的方法還是占有一定優(yōu)勢的，不過為防止管路的接頭等在沖擊的作用下發(fā)生斷裂而噴流出高溫液體，有必要采取二重配管、加蓋罩殼等安全措施。

模具過熱

當(dāng)溫鍛加工能夠順利地連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候，高溫素材可以對模具加熱，這時(shí)模具的溫度不會下降，也就沒有必要再對模具進(jìn)行加熱了。但是當(dāng)素材攜帶的熱量很大的時(shí)候，模具來不及散熱，此時(shí)模具過熱的情況就會出現(xiàn)。

與對模具進(jìn)行熱處理時(shí)一樣，在鍛壓加工時(shí)模具的內(nèi)腔也會因形狀的不同而存在著容易儲存熱的地方、容易釋放熱的地方。從圖1中可以看到，溫度最容易上升和下降的部位是頂角部分，最不容易上升和下降的部位是平面部分。

圖1的兩個(gè)圖中表示的頂角部分和棱線部分溫度上升得快、下降得也快，在預(yù)熱作業(yè)中必須要注意這些部位的溫度變化。

鍛壓機(jī)械變熱及氧化膜飛濺的解決措施

綜上所述，溫鍛加工的溫度在800～900℃，雖然沒有熱鍛的溫度高，但是鍛壓機(jī)械仍然是在高溫環(huán)境下作業(yè)，所以必須要采取措施防止高溫對鍛壓機(jī)械產(chǎn)生不良影響，另外對加工中飛濺出來的氧化膜采取有效的對策也是必須的。

模具導(dǎo)熱的對策

鍛造加工時(shí)模具內(nèi)腔會在800℃以上的溫度保持1s左右，在這種情況下，與滑塊、工作臺接觸的上、下模板的溫度不會上升很高；如前所述，對模具進(jìn)行預(yù)熱時(shí)一般要把模具的溫度加熱到150～200℃，考慮到模具的大小不同、構(gòu)造不同，其對上、下模板的影響也不能一概而論，不過根據(jù)凹模的散熱情況，通常來說模板的溫度會在50℃以下。即便如此，但由于滑塊和工作臺在一天中有8h以上的時(shí)間與模板緊密接觸，因此模板的溫度還是會傳導(dǎo)到滑塊、工作臺，然后再傳導(dǎo)到鍛壓機(jī)械的其他部位。當(dāng)然，鍛壓機(jī)械的曲軸軸承、連桿、滑塊導(dǎo)軌等本身就是會產(chǎn)生熱量的機(jī)構(gòu)，所以這些部位的發(fā)熱不完全是由模具的導(dǎo)熱造成的。

為減少高溫對機(jī)械部分的影響，就要隔斷從模板到滑塊和工作臺的熱傳導(dǎo)，一般的方法是在模板與滑塊、工作臺之間夾入斷熱板（或者叫遮熱板）。此斷熱板和塑料成形模具與注塑機(jī)之間使用的隔熱材料一樣，是超強(qiáng)度塑料復(fù)合材料，可以承受鍛壓機(jī)械的載荷且其本身也具有一定的硬度。但這種復(fù)合樹脂的材料與鋼材相比，彈性變形量更大，不過由于在溫鍛加工中一般不會考慮進(jìn)行高精度的壓印等像冷鍛一樣的加工，所以這種斷熱板還是可以使用的。斷熱板的厚度從幾毫米到十幾毫米不等。與塑料注塑模具相比，溫鍛模具用的斷熱板購買起來并不困難。

高溫素材或模具熱輻射的對策

高溫素材或模具的熱量通過輻射會使鍛壓機(jī)械變熱，因此必須實(shí)施遮斷輻射的措施，尤其是滑塊導(dǎo)向軌道，由于它是保證滑塊上下運(yùn)轉(zhuǎn)精度的機(jī)構(gòu)，因此必須要保護(hù)滑塊導(dǎo)軌或?qū)к壊牧喜皇芑蛏偈軣彷椛?，其措施是設(shè)置隔熱擋板等。另外，隔熱擋板還應(yīng)該具有防止氧化膜的飛濺物進(jìn)入導(dǎo)向面或?qū)к壗o油部位的作用，因此隔熱擋板的間隙要小、做工精度要高，必要時(shí)還要與防塵密封一起使用。

因?yàn)楣┙o滑塊的油要兼顧冷卻的效果，所以使用量很大，在潤滑油系統(tǒng)中還需要使用冷卻裝置來實(shí)現(xiàn)循環(huán)使用。

過去的鍛壓機(jī)械在潤滑時(shí)大多使用的不是潤滑油而是油脂，但油脂沒有冷卻作用，所以在機(jī)架溫度上升較多的時(shí)候要使用風(fēng)扇冷卻，甚至有的部位還要同時(shí)增加局部冷卻。

氧化膜飛濺的對策

為了冷卻模具和鍛壓機(jī)械，有時(shí)會采用風(fēng)扇和空氣噴射并用的方法，這樣就更加促進(jìn)了氧化膜的飛濺，氧化膜的飛塵進(jìn)入鍛壓機(jī)械的上部和電柜箱內(nèi)部的情況也是時(shí)有發(fā)生。因?yàn)椴荒茉阱憠簷C(jī)械的上部設(shè)置罩蓋，所以只能盡量減少氧化膜的飛濺或使用防塵密封等方法來防止氧化膜對鍛壓機(jī)械造成不良影響。盡管如此，也不能杜絕氧化膜飛塵的侵入，氧化膜飛塵一旦侵入電氣系統(tǒng)就會造成漏電、接觸不良等故障，因此經(jīng)常進(jìn)行點(diǎn)檢并做好清掃工作以及精心的保養(yǎng)是必不可少的。氧化膜飛塵侵入電氣系統(tǒng)不僅會造成電氣系統(tǒng)的故障，甚至可能會危及到鍛壓機(jī)械的安全機(jī)能，因此在盡力避免氧化膜飛塵侵入的同時(shí)，也要特別注意操作盤或機(jī)械周圍及風(fēng)扇過濾器的清掃。