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锻造与冲压 2023.928Features专题 综述锻造工艺经验数据化建设锻造过程中影响产品质量的因素非常多，例如加热温度、保温时间、制坯形状、模具温度、喷墨量、工件摆放等等，这些影响因素和工艺参数通常都是依靠工人经验来判断，不同的工人对于这些生产因素的判断是不一样的，导致产品质量一致性不好，要解决这个问题就需要将生产工艺参数由经验转变为数据。将锻造工艺参数转变为数据，很多企业都已经在做，并形成了完整的工艺文件，但是，这里需要说的不仅仅是制定工艺文件。我们在走访很多客户的过程中发现，很多企业确实是具备完善的工艺文件，但是很少能看到执行这些工艺文件的工具。例如，对于模具温度的控制，极少见到有采用测温仪对模具温度进行检测及监控的工具；很多企业仍然采用人工喷墨，喷墨时间和轨迹都不可控；也很少有企业对设备打击力和能量进行监控，等等。严格执行工艺文件并配备相应的工具，这样才能真正实现将锻造经验数据化，并不断根据执行结果对工艺文件进行修正，积累有效的工艺数据，为后续建立工艺数据库打好基础。工艺数据库的建立将解决锻造企业知识传承，员工培养等一系列问题，从而真正解决锻造企业缺少工艺人才的难题。锻造企业的信息化建设在锻造企业解决了设备和生产线自动化、数字化升级转型等问题后，企业才能进行下一步的信息化建设。锻造企业为什么要进行信息化建设，信息化建设的意义和目的又是什么呢？这是目前很多企业高层经常问到的问题。简单来说，信息化的目的就是为决策提供依据，为提高效率提供支持，为降低成本提供方向。为决策提供依据目前，很多企业管理过程中都会有各种汇报机制，不管是表单还是会议，汇报的本质是信息的传递和共享，通过信息化建设，将各种基层的生产数据、物流数据、采购数据进行整合，这些更加真实，未经人工加工的数据将为决策者提供更多的有效信息，避免因为信息不对称带来的决策失误。为提高效率提供支持企业信息化建设的过程就是对企业管理的一次重新梳理，将企业管理规范化、简便化，信息透明化。当企业建立完备的信息化体系后，企业内部管理更加规范，岗位职责更加明晰，每个人都能得到清晰定位，提高工作效率。为降低成本提供方向通过企业的信息化建设，将各种生产成本、管理成本、财务成本进行收集和整理，这些成本信息会更加详细和具体，例如，在锻造生产过程中，采用不同的锻造温度，加热能耗、设备能耗、材料损耗等都会有差异，传统的管理方式无法将这些细微的差异进行统计分析，但当设备、生产线、管理实现信息化后，这些细微差异就可以体现出来，这些信息可以为降低生产成本提供方向。信息化建设可以针对企业的实际情况提供准确、完备的数据支持，为企业的经营管理和未来的发展提供更大的空间。锻造生产线信息化案例武汉新威奇科技近年来在锻造生产线的信息化建设方面不断进行探索和研究，为客户建立了数条信息化生产线。接下来，以风电轴承钢球为例展开介绍。钢球锻造生产线的信息化平台(图 4)可以收集三条锻造生产线的生产数据，然后对生产数据进行处理(图 5)，可以对生产线优化提供依据。针对以下 2条信息为例：三条生产线的班、日、月、季度及年产量，以及各不同型号钢球的产量信息；锯床下料后，对每件棒料进行称重，按照重量划分不同等级。糖醋鲤鱼八大菜系鲁最早起源于济南泺口，为鲁菜的代表菜品之一，色泽金黄，外焦内嫩，酸甜可口，香鲜味美。锻造与冲压 2023.944Features专题 报道仅保留传动机构，电机后移到 1、2、3 关节，且安装机器人隔热防护衣；3)输送线采用风冷设计，在满足客户降温曲线的情况下，将锻件温度稳定降低到 200；4)机器人抓手末端(图 3)采用隔空设计，连接部分加装隔热棉，防止高温传导。高速。1)输送线采用两段，一段匀速不间断运行，另一段采用高速启停电机，进行抓取启停；2)机器人采用埃斯顿高功率版工业机器人，并采用异步触发方式，即在放料过程中进行视觉拍照定位；3)使用自研 3D 相机，采用 2D+3D 识别的方式，2D 进行粗匹配提供锻件范围，并对范围内点云进行分割，减少点云数量，加速 3D 匹配获取锻件位姿的时间，目前视觉整体姿态识别时间在 1s 以内。视觉识别流程见图 4，识别效果见图 5。锻件多态。1)机器人抓手(图 6)采用气动永磁铁设计，避免锻件产生余磁的同时，满足锻件在任何角度和形态图 3 抓手末端图下，都能稳定抓取，同时采用隔空设计，增加磁铁降温装置，极大降低高温的影响；2)机器人抓手末端安装压力感应装置，在抓取和放置的过程中防止由于产品形态差异导致的碰撞和剐蹭，保证锻件品质。结束语随着企业生产理念的发展，传统的加工单一品种的刚性生产线已不适应目前市场发展的需要，高柔性和高效率的自动化锻造生产线，已成为锻造技术及装备发展的主要潮流。而机器人+视觉的技术具有高柔性的同时，现场施工周期也极大缩短，可以判断机器人+视觉，一定会为锻造行业的自动化升级提供更加灵活、快捷的解决方案。图 5 识别效果图图 6 抓手 3D 图图 4 视觉识别流程图回锅肉八大菜系川“中国菜”四川十大经典名菜。制作原料主要有猪后臀肉、青椒、蒜苗等，口味独特，色泽红亮，肥而不腻。53 2023.9 Forging&MetalformingManufacture生产 材料确保内部锻透。经以上原因分析及制定的纠正措施后，统计2021 年 7 月2022 年 12 月的质量问题，不合格汇总见表 5，可以看出，平均控制水平逐期提高，不合格品数量减少，质量波动减小，趋于平稳，这说明在渗碳齿轮钢质量的控制上思路是正确的，措施是得力的。内脆性相如果排列较密，则可缩短位错堆塞距离，使解理断裂不易发生，从而可以提高解理断裂强度，也可阻止断裂伸展，并使断裂尺寸限于颗粒间距之内而提高解理断裂强度。这些提高韧性的因素也必然是延长寿命的原因。齿轮钢内在质量的综合标志就是疲劳寿命，材质的优劣对寿命影响最大，钢中氧含量是影响材质的重时间折叠(t)尺寸(t)探伤(t)合计(t)2021 年 7 12 月2.351.2810.2513.882022 年 1 6 月1.851.789.4013.032022 年 7 12 月1.251.558.5511.35表 5 2021 年 7 月 2022 年 12 月的质量问题统计渗碳齿轮钢内在质量问题成因分析经过大量的解剖分析，逐渐发现影响渗碳齿轮钢的根本问题在于内部夹杂，在齿轮钢工作时会引起疲劳断裂，如图 1、图 2、图 3 所示。从解剖检测结果上看，断裂主要是 Al、Si、Ca、Mg 类夹杂物导致。氧化物对齿轮钢内在质量的影响。钢包喷吹工艺是利用载气将 Si-Ca 粉状物质直接吹入钢包中，迅速加快钢水反应，有利于夹杂物的上浮和排出，可以明显地降低钢中的氧、硫和夹杂物的含量，提高钢的综合性能和使用寿命。钢中夹杂物是一种脆性相，其体积分数愈高，韧性愈低，夹杂物的尺寸愈大，韧性下降的愈快。对于解理断裂的韧性而言，夹杂物的尺寸愈细小，夹杂物的间距愈小，则韧性不但不下降，反而提高。因为晶图 1 金相检测图片图 2 电镜扫描图片图 3 缺陷处能谱分析上汤焗龙虾八大菜系粤粤菜传统名菜，以龙虾为主料，配以高汤制成的一道海鲜美食。本品肉质洁白细嫩，味道鲜美，蛋白质含量高，脂肪含量低，营养丰富。锻造与冲压 2023.954Manufacture生产 材料要因素。钢中氧含量越低，则其纯洁度越高，相对应的额定寿命就越长。试验结果表明：喷粉精炼工艺会比电炉工艺成倍地提高材质的使用寿命，关键在于喷粉工艺通过喷吹装置吹入粉状物质，大大加速反应，有利于夹杂物细化和上浮，提高了材质的纯洁度。硫化物对齿轮钢内在质量的影响。硫化物具有较低的熔点，当钢凝固时，就附着在多角形氧化物夹杂的表面，特别是棱角处，形成氧化物-硫化物共生夹杂物。因此，硫含量适当的提高，增加氧化物被硫化物包围的机会，导致共生夹杂数量增多。当热加工时，这种共生夹杂物与基体之间形成一个平滑的内表面，它的应力集中倾向比脆性棱角形氧化物低。同时由于硫化物的膨胀系数大，不易出现拉应力，被硫化物包围的氧化物与基体之间的应力也是很低的。当硫化物-氧化物共生时，不管硫化物夹杂体积比氧化物大或小，基体中的残余应力比起没有同硫化物结合来说，均会在某种程度上有所减轻。残余应力本身是不足以引起疲劳的，但遇到氧化物夹杂，应力就会加强，氧化物被应力所包围，再加上任何外加的应力，使应力强化到某种程度，导致疲劳裂纹。所以，外部应力是破坏的直接原因，而夹杂是内因。加热、锻造对齿轮钢内在质量的影响。加热温度是一个重要的冶金参数，加热不当对产品本身会产生诸多不利因素，比如脱碳、过热、过烧、加热裂纹、铜脆等缺陷。因此，加热设备的选择对此类影响至关重要，有些炉子是先天不足，炉内温差比较大，极易导致局部过热或过烧，炉子的定期校准尤其重要。在正常的冶金生产过程中，精细化操作越来越得到重视，尤其是生产过程的监视和测量设备的准确性异常重要，所以在此推荐尽量靠拢 AMS2750G 6 级以上的加热炉进行加热。最近兴起的硅碳棒加热炉在炉温均匀性控制方面得到了很大的改善，炉内温度差可控制在 8，系统控制精度可达到 1，推荐新上的锻造加热炉采用此种加热方式。目前，杰德采购原材料会优先选择炉外精炼的厂家，原材料经过开坯后再投入锻造生产，采用三镦三拔工艺控制，锻造过程中控制终锻温度及最后一火次的变形量来控制产品内部质量，锻后采用等温正火工艺获得平衡组织及所需要的加工硬度，为产品的最终渗碳淬火做准备。结论通过大量的质量数据及试验数据研究分析，总结出最佳生产方案如下：原材料冶炼采用 LF+VD 喷粉精炼工艺，使用时最好采用电渣重熔 ESR 技术进行冶炼。经过开坯能够焊合原材料区域的内部大缩孔，控制钢锭的利用率，有效合理利用锭身质量好的部分，大于 10t 的钢锭材料利用率控制在 75%以内，不大于 10t 的钢锭材料利用率控制在 80%以内，大大提高产品的疲劳寿命。加热采用炉温均匀性较好的蓄热式加热炉，有条件的厂家可选择硅碳棒加热体的加热炉，能够有效减少加热缺陷，确保炉内产品的均匀性，为后续锻造提供良好的变形均匀性。合理搭配镦拔工艺，有条件的厂家可持续采用三镦+三拔+十字锻造技术，同时控制最后一火次的变形量不小于 25%。锻后及时风冷控制到 450 500，采用等温正火工艺即加热到 950保温一定时间后，炉冷到 550后保温一定时间后再次升温到 720保温一定时间，随后炉冷到 500出炉空冷，此过程是为了获得平衡态组织，为最终产品渗碳淬火做组织准备。通过以上工艺的执行，目前生产的风电齿轮钢类产品，大幅提升了产品质量。八大菜系苏清炖蟹粉狮子头江苏扬州的传统名菜，属于淮扬菜系。狮子头肥嫩异常，蟹粉鲜香，青菜酥烂清口，食后清香满口，齿颊留香。锻造与冲压 2023.956Manufacture生产 主辅工艺种锻件重要成形步骤(图 4)如下：步骤一、二，圆饼放入模具下腔，上模下行，圆饼继续镦粗逐渐接触侧壁，此阶段主要充填下腔；步骤三，侧壁完全接触，反挤成形加速充填上模腔，充填上腔同时挤出毛刺；步骤四，反挤后期充满角隙；步骤五，型腔完全充满，余料流向毛刺。试生产得到图 5 所示的锻件。推广 此闭式工艺后续在另一台 630t 电动螺旋压力机上试制推广，这台设备生产节拍快，生产闭式产品为了出模的原因需要逐件充分润滑，引起下腔憋气，下模圆角处不易充满；调大打击力后出现下模圆角处开裂的情况；减小打击力增加了下模排气孔，锻件又钻刺明显。从充填和出模，型腔润滑排气几方面考虑后改为分体式模具结构，多次试制后上批量生产。有益效果产生薄而低的毛刺，机加工前车掉；解决变厚度产品锻造分模面选取的难点；实现闭式锻造，镦粗终锻冲孔，较开式模锻省去切边工步且生产速度明显加快；提高锻件质量，错差小，外圆质量好(机加工装夹基准面质量改善明显)，锻件尺寸稳定；提高模具寿命，降低成本；锻件加工余量小、较开式模锻省去飞边仓，减少工艺用料，实现较高材料利用率；充分利用螺旋压力机的设备特点和成形优势，安排工艺过程适合的品种，实现设备产能最大化。结束语在本产品设计、试生产及推广改进完善过程中得到以下经验：上下模