第五章： 锻造工艺 概述 1998 年 9 月 28 日 锻件要求材料致密性好、 强度高、 耐冲击、 耐疲劳 因此， 尽管锻造阀件 （如阀体、 阀盖及阀瓣等）与铸造阀件相比存在费工、费料等缺点，但在阀门制造业中仍然有着广泛的应用 过去， 锻造结构主要用于小口径阀门， DN50 毫米以上的阀门大多采用铸造结构 但就现代阀门制造业绩来看， 这个界线已不复存在 原因之一是使用工况的要求， 如原子能工业系统的强放介质以及化工系统的极毒介质所需要的高温高压阀， 对外漏要求都十分严格， 由于铸件的内在质量不够稳定， 而不得不采用锻造结构 正是由于这个原因， 推动着阀件锻造工艺的发展 就阀门锻造设备来说， 现在已出现三万吨级锻压机；从锻造技术来看，较先进技术在阀门制造中已获得广泛应用有最简单的自由锻，有胎模锻的锤上模锻等常用锻造工艺；还有精密模锻，摆动辗压、滚锻、温锻、粉末锻造、液态锻造 第一节 下料与加热 一、下料方法 锻造生 产用的原材料， 种类繁多， 有各种金属牌号和非铁金属， 有不同的截面形状， 不同的尺寸规格， 不同的化学成份， 不同的物理化学性质等， 所以下料方法也是多种多样的。
生产中常用方法有： 剪切下料；锯割；车断；砂轮切割；火焰切割及特殊精密下料等 1、剪切下料 剪切下 料可在剪床、 冲床等设备上进行 其特点是效率高， 操作简单， 断口无金属损耗， 模具费用低，但有其缺点：如坏料局部被压扁；端面不平整，剪断面有毛刺及可能产生裂纹 2、锯割下料 锯割下料设备有园盘锯、条锯、带锯等， 其优点是：下料长度精确，锯割端面平整 其缺点是：生产率较低，锯口材料损耗较大，锯条、锯片损耗也较大 3、车断、砂轮切割 其特点基本同锯割 4、火焰切割 有些坯 料截面达大， 无法用以上几种下料方法， 用火焰切割都可以解决这一困难 火焰切割主要缺点是端面质量差、金属损耗大、精度低、生产率低、劳动条件差 5、特殊精密下料方法 线切割；电火花切割；电机械锯割 二、锻前加热 金属坯料的加热方法，按所采用的热源不同，可分为火焰加热与电加热二大类 1、火焰加热 火焰加 热是利用燃料 （煤、 焦碳 、 重油、 柴油 、 煤气和天然气） 在火焰加热炉内燃烧产生含有大量热能的高温气体 （火焰） 通过对流、 幅射把热能传给坯料表面， 再由表面向中心热传导而使金属坯料加热。
火焰加 热方法的优点是：燃料来源方便，炉子修造简单，加热费用较低，对坯料的适应范围广等因此，这种加热方法广泛用于大、中、小型坯料的加热 火焰加 热的缺点是：加热速度较慢，由于坯料长时间在高温状态下，氧化剧烈、氧化皮生成较多，影响锻件表 面质量、浪 费原材料， 所以，锻件 重量每加热 一次，烧损 量可达 3%-5%且加热质 量不易控制， 坯料的始锻温度温差较大， 可能对质量造成影响 由于火焰加热大部分采用的原料为煤和油， 如燃烧不充分，将生成大量的烟和灰，污染环境、劳动条件较差 2、电加热 电加热 是通过把电能转变为热能来加热金属坯料， 一般有感应电加热， 接触电加热， 电阻炉加热和盐浴炉加热等 Page: 1 ⑴感应电加热 感应电 加热原理是将交变电流通入感应器， 产生交变磁场， 金属坯料内部产生交变涡流， 在涡流发热和磁化发热双重作用下，直接将金属坯料加热 感应电加热优点是： 加热速度快， 加热质量好， 温度控制准确， 金属烧损较省 （氧化皮生成量 少，约在 0 5%左右） ， 操作简单， 工作稳定， 劳动条件好， 无环境污染 缺点是： 设备投资费用较高， 电能消耗较大，由于坯料直径不同，感应器的配置也相对较多，必须经常根据坯料直径大小而更换。
⑵电阻炉加热 电阴炉 即一般的箱式电炉， 利用电流通入炉内的电热体 （电阻丝或电阻棒） 所产生的热量， 以幅射与对流传热的方式来加热金属坯料， 高温电阻炉炉温可在 135℃以上 但这种加热方式受到电热体的限制，热效率较低，加热时间长；但对不同直径、长度的金属坯料适应范围较大 ⑶接触电加热和盐溶炉加热 接触电 加热原理是以低压大电流直接通入金属坯料， 由于金属存在一定电阻， 电流通过就会产生热量，从而使之加热 盐溶炉加热原理是利用电流通入炉内电板产生的热量， 把导电介质熔融， 通过高温介质的对流与传导传热，将埋在介质中的金属坯料加热 第二节 锻造设备与辅助设备 一、自由锻锤与压机 自由锻锤是利用 储 存在锻锤 落 下部分的 能 量使金属 坯 料发生变 形 的一种锻 压 设备，锻 锤 的 吨 位 大小， 以锻锤的落下部分重量表示， 例如， 锻锤落下部分重量为 500 千 克 ， 则称为 500 千克锤， 落下部分重量为 750 千克或 1000 千克，则称为 750 千克锤和 1000（ 1 吨）锤 1、空气锤 空气锤 目前是国内锻造行业生产的主要设备， 以锻锤落下部分重量来表示空气锤规格， 国产空气锤最常用的为 65-1000 千克。
空气锤 是依靠电力直接驱动的锻造设备， 投资省， 安装费用低， 能源来源容易， 见效快 空气锤打击速度快， 每分钟锤击 105-245 次， 这种锤十分适应小型锻件生产， 锻造车间广泛应用空气锤进行自由锻造和胎模锻造 空气锻 操作时， 震动很大， 造价低， 目前广泛采用， 但是， 空气锻操作时震动很大， 工作噪声严 惩影响周围建筑物与精密设备的使用， 而且工人的劳动条件差、 效率低、 锻锤的发展受到限制， 目前已逐步用其它锻造设备来代替 2、蒸气—空气自由锻锤 蒸气— 空气自由锻锤是利用蒸气或压缩空气作动力来工作时， 工作压力一般为 6×10 5--9×1 05 帕，因此，这种锻锤必须配置锅炉或空气压缩机及管道等，投资较大 常用的蒸气—空气锻锤的吨位在 250-5000 千克之间，目前 1000 千克以下的锻锤已被空气锤所替代 3、摩擦压力机 摩擦压 力机是一种具有锻锤和压力机双重工作特性的锻造设备， 因此， 它的工艺性能较广， 可以进行模锻、切边、挤压、精锻、弯曲、挤压等工序 优点是 ： 设备结构简单、 紧凑、 价格较低， 操作震动小， 基础简单， 没有砧灰、 劳动条件好、 操作安全、容易维护，且具有顶出装置，可减少锻件的模锻斜度、锻件质量好，精度较高。
缺点是 ： 每分钏行程次数少， 打击速度低， 因摩擦压力机采用摩擦传动， 所以传动效率较低， 仅为10-15%左右，而且摩擦压力机承受偏心载荷能力较差 4、曲柄压力机 曲柄压力机是依靠曲柄的转动，使滑块作上、下往复运动进行锻压 优点是 ：由于滑块的行程固定，因此所得锻件精度较高，工作时无震动，无噪音，劳动条件较好， 缺点是 ： 曲柄压力机造价较高， 装模、 调整 时难度较大 如果闭合高度未调好， 料大， 加热 温度过低，材料抗力大等情况，将发生卡死（闷车）现象对坯料加热质量要求高，不允许有较多的氧化皮，Page: 2 不能在曲柄压力机上出坯，只能一次成形 5、水压机 水压机 是锻造大型锻件的主要设备，我国已能自行设计制造 120000 千克以下各种规格自由锻造水压机 水压机用静压力使坯料变形变形速度较慢， 有利于金属的再结晶来消除加工硬化， 提高金属塑性，降低变形抗力，由于作用在锻件上的静压力时间长，有充分的时间把力传递到锻件中心，将锻件锻透，震动较小，劳动条件较好，逐渐代替大吨位锻锤，但是操作上没有锻锤灵活，而且投资费用大 二、锻造辅助设备 锻造车 间劳动强度大， 工作条件差， 所以必须十分重视利用各种辅助设备来锻造生产机械化和自动化的问题。
锻造辅 助设备现在主要有： 机械控制的大型加热炉炉门 炉底可移动或可旋转的加热炉， 装出炉操作机， 吊车， 输送机， 行车， 锻造操作机等机构化工具， 炉温控制可采用仪表自动控制， 用这种种辅助设备来减轻工人劳动强度，保证产品质量 第三节 阀门锻造类型与工艺方法 一、自由锻造 利用简单的通用性工具，或直接在锻锤或水压机的上下砧之间进行的锻造，叫做自由锻造简称自由锻 自由锻的特点是工艺灵活性好，锻造时金属坯料只有部分与工具或上下砧面接触，共余则为自由表面，因而要求设备功率小，适用于单件，小批生产是特大型锻件的唯一生产方法 1、镦粗 使坯料高度减小而横截面积增大的锻造工序称为锻粗 在阀门另件中，如法兰、盲板、阀瓣等另件，就可用镦粗工艺来成形 在镦精工艺中容易产生纵向弯曲， 因此在镦粗时， 对坯料的高径比应有所限制， 通常园形截面坯料的高径比不大于 3.5~4 2、拨长 使坯料 横截面减小而长度增加的锻造工序称为拨长 拨长除了用于轴、 杆类锻件成形， 常用来改善内部质量在阀门生产中，如阀杆、连接轴、螺栓等 3、冲孔和扩孔 采用冲头将坯料 冲 击透孔或 不 透孔的锻 造 工序称为 冲 孔，锻造 各 种带孔锻 件 和空心锻 件 时 都 需 冲孔。
而减小空心坯料壁厚而增加其内外径的锻造工序称为扩孔 在阀门生产中， 另件有带孔法兰、 金属密封圈、阀座等 4、切割、弯曲、扭转、错移 切割 ----用剁刀将大坯料分割成小坯料或切除钢锭冒口，锻件头部的工序 弯曲 ----将坯料弯成所规定外形的锻造工序 扭转 ----将坯料的一部分相对另一部分绕其共同轴线旋转一定角度的锻造工序 错移 ----将坯料的一部分相对另一部分错开，但仍保持这两部分轴线平行的锻造工序 二、胎膜锻造及其工艺 胎模锻 是介于自由锻与模锻之间的一种锻造方法 它既具有自由锻设备简单、 工艺灵活， 又具有模锻在模腔内最终成型的某些特点 因此胎模锻虽存在很多缺点， 但在中、 小批量的阀门生产条件下， 仍具有较大的优越性， 1、胎模种类及应用范围 胎模种类繁多，常用有以下几种 （ 1）棒子和扣摸 摔子主要用于加转体类，轴对称类锻件的滚压成形 扣模主要用于非回转体类锻件的整体或局部扣模成形 （ 2）弯曲模 弯曲模顾名思义，用于弯形锻件的成形或为合模制坯 Page: 3 （ 3）套筒模：分为开式和闭式二种 开式套 模： 在阀门生产中， 主要用于法兰、 压盖螺母、 阀杆螺母、 阀瓣、 阀瓣盖、 压板、 密封座、填料压套等另件。
闭式套模：主要用于无废边式锻件的成形可节约材料与省略切边工步 （ 4）合模 合模是 一种通用性较广的胎模， 它适用于各类锻件的终锻成形， 特别是非回转类复杂开头的锻件，阀门另件如阀体、阀盖、摇杆、叉型锻件等 （ 5）冲切模 切边模 ----用来切除合模锻件的横向飞边 冲孔模 ----用来冲摔合模锻件的冲孔连皮 2、典型胎膜锻造工艺及胎膜设计实例： （ 1）阀体 阀件锻 件种类较多 ，根据形状 和尺寸大小 大致可分别 归入枝杆形 和多枝杆形 几种（图 7-1） ，材 料为不锈钢 由于在 基体上具有凸体， 这就要求在变形时采用一些必要的工艺措施， 并合理运用不同模具， 以使金属获得合理分配， 枝杆锻件通常采用制坯、 合模焖形工艺方案 在这种工艺中， 关键在于锻制出高质量的带有枝杆的中间毛坯，制坯中较多地采用扣形，卡形等工序 图 7-2 所示 为带有一个枝杆的阀体的胎模锻工艺，采用简单的偏心镦头胎模制坯，合模焖形合模焖形后，切边，折扁另一端 带有两 个枝杆的阀体锻件胎模锻工艺如图 7-3 所示 采用了同一胎模上镦粗、 倒角和压痕， 合模焖形后切边提高了制坯速度 图 7-1 阀体锻件 图 7-2 带有一个支杆的阀体的胎模锻工艺 （ a）一个支杆的阀体； （ b）二个支杆的阀体 （ a）拔长一端； （ b）偏心镦头； （ c）多支杆的阀体 。