16MnⅢ级锻件热处理工艺

16MnⅢ级锻件热处理工艺

16Mn Ⅲ级锻件的锻造工艺，16Mn Ⅲ级锻件的热处理工艺

16Mn Ⅲ级锻件、法兰主要是在原材料选用上选取可以保证探伤的原材料，锻造过程与普通的锻件基本相同，采用镦粗，拔长。锻造温度应控制在1200°-900°之间。

锻件、法兰的热处理工艺要严格按照要求，公称厚度＞100-200mm ，采用正火+回火，公称厚度＞

200-300mm ，采用淬火+回火。16Mn Ⅲ级锻件需要提供试样，试样的材料与锻件采用相同炉号，热处理要与锻件同炉。

在验收中，要对试样做化学分析、硬度试验、拉伸试验、冲击试验和硬度检测。所有试验需要符合16Mn Ⅲ级锻件相应规定的要求。

对锻件做超声波检测应按JB4730.3的相关规定。

压力容器16Mn Ⅲ级法兰检测与以上检测方法相同。

相关知识：

锻造工艺过程对锻件质量的影响

锻件组织对热处理后的锻件组织和性能的影响

下料（切除夹杂偏析较重的原料锭尾部）、镦粗（扩大变形横截面）、冲孔、芯轴扩孔；筒形

件的锻造工艺为压钳把、下料、镦粗、冲孔、芯轴拔长。

当原料锭采用电渣炉电渣重熔生产时，称为电渣锭。由于重熔过程钢锭自上而下地顺序凝固，

熔池中的钢液一边结晶，一边得到自耗电极补充，至钢锭头部时又采用低熔速工艺补缩。所

以，电渣锭没有大冒口，头部也是平的。出结晶器后，去掉头部渣子后，电渣锭两端平整，

很适合在锻压机的平台上直接镦粗，这对于空心类锻件生产来说，不会对后续操作带来不便。

相反，以往采用传统工艺压制钳把，不仅工序较多而且浪费料，切损量大。

原传统工艺压钳把、下料为一火，做完操作即需要回加热炉提高温度，等温度提升方可进行

镦粗后续操作，改此工艺为直接镦粗法，即镦粗、冲孔、芯轴拔长。这样，一方面冲脱料占

用的是钢锭芯部相对疏松的部分，大幅度提高了成材率；另一方面，减少了锻造火次，减少

了原料的烧损，节约了能源，提高了生产效率。

以上措施在国内东北特殊钢实行，用于生产该企的GCr15类环形空心锻件及PCrNi3MoV 类

筒形锻件。实践证明，该措施使锻件成材率提高5%-15%，而且省去一次中间加热，节约了

能源，优化了生产流程，该改进极为合理

有一锻件，材料为LC4，锻件质量0.382kg ；毛料规格φ45×150mm，毛料质量0.65kg 。

锻件模锻斜度为外7°，内10°，垂直尺寸公差+1.2mm/-0.7mm，残余毛边每边允许至1.8mm 。

Ⅲ类件，按A-A 取低倍。工艺过程如下：

(1) the material using grinding wheel cutting machine of material, car end, pour R5 round.

(2) the heating furnace heating, furnace temperature (450 + 10) ℃, heat insulation time 136

min.

(3) die forging die forging equipment for 6300 kN friction press, first in the forging die upsetting

a blank on the stage will squash to H = 24 mm, again in type slot lie flat materials die forging,

and voltage 2 ~ 3 mm

.

(4) the heating furnace temperature (450 + 10) ℃, heat insulation time for 30 min (the second

fire).

(5) die forging pressure to size.

(6) the heating furnace temperature (450 + 10) ℃, heat insulation time for 10 ~ 15 min.

(7) keen edge

(8) by pickling universal process pickling rules.

(9) heat treatment according to heat treatment process procedures quenching, artificial limitation.

(10) acid pickling process according to general rules.

(11) forging repair injury

(12) forgings inspection 100% check the material, appearance and surface quality grades; 100% inspection hardness (HB quartile 140); Low power inspection.

（1）下料 采用砂轮切割机下料，车端面，倒圆角R5。

（2）加热 采用电炉加热，炉温（450±10）℃，加热保温时间136min 。

（3）模锻 模锻设备为6300kN 摩擦压力机，首先在锻模的镦粗台上将坯料压扁至H=24mm，再在型槽内平放料进行模锻，并欠压2～3mm

。

（4）加热 炉温（450±10）℃，加热保温时间为30min （第二火）。

（5）模锻 压至尺寸。

（6）加热 炉温（450±10）℃，加热保温时间为10～15min 。

（7）热切边

（8）酸洗 按酸洗通用工艺规程进行。

（9）热处理 按热处理工艺规程淬火、人工时效。

（10）酸洗 按酸洗通用工艺规程进行。

（11）锻件修伤

（12）锻件检验 100%检查材料牌号、外形及表面质量；100%检查硬度（HB≥140）；低倍检查。

兰盖模锻是使坯料在良好的变形条件下成形，取质量较好的锻件；操作安全方便；原消耗少；生产效率高。选择法兰盖模锻工步的依据是法兰盖的工艺特征；设备条件和生产条件；生产批量以及工人的操作技术和操作习惯等。在考虑模锻工步时，常常会涉及以下问题有无近似锻件的模锻先例以资借鉴；有无使用更少的工步完成模锻的可能，如模锻法兰盖后不经过滚压直接终锻、不经过拔长用滚压延伸坯料等；对利弊兼而有之的工步如何取舍，是否有必要采用预锻等；怎样减少废料损失，设法减少钳夹头的用料或完全不用钳夹头等；能否减少废料在制坯过程中的调头次数，使操作方便；能否采用调头锻、多件锻、合锻等，以改善成形条件，提高法兰盖生产效率，减少废料损失等；对于复杂形状的锻件或其他原因，采用联合模锻工艺的可能性；在做了分析比较之后放弃锤锻工艺，转而改用其他更为合理的工艺的可能。选择模锻工步的问题是既复杂而又灵活的问题，各类锻件的工艺特点为基础，说明在一般情况下选择模锻工步的规律和应注意的问题。

法兰盖是坯料沿轴线方向镦粗成形，锻件的水平投影多呈均匀对称形状。选择模锻工步时，按其成形难易程度分为：普通锻件、高轮毂深孔锻件等情况。通过镦粗去掉坯料柱面上的氧化皮，然后再将坯料翻转立起轻轻镦压，去掉端面上的氧化皮。镦粗后的坯料直径以超过轮幅，达到轮缘的中部为宜，这样不致产生折叠并能使轮毂处充满，法兰盖直径较大，在一台锻锤上布置不下镦粗台的情况下，可采用两台锻锤联合锻造。一台锤镦粗，另一台锤终锻，由于锻件容易充满，镦粗直径尽可能接近终锻，使法兰盖坯料在终锻中的定位准确且可避免产生折叠。在锻件的批量很少，又不易出折迭的情况下，也可直接在终锻模膛中镦粗并终锻。这种方法应谨慎采用，因为模具寿命较低，并要特别注意氧化皮的清除。高轮毂深

孔锻件采用的工步为：镦粗、成形镦粗、终锻。为了使坯料在终锻模膛中便于定位，有利于轮毂处充满，增加了镦粗成形工步，预先锻出凹孔，翻转后进行终锻为保证锻件充满或避免产生折叠，需改善法兰盖流动条件采用预锻工步。

较大圈形件，如无预锻，可能出现折叠。进行预锻后，改善了成形条件。但在一台锻锤上有时布置不开，需要用两台锻锤联合锻造。对于这类锻件，也可以在其他设备上预先制出环形坯料，再经锻锤终锻成形。对于具有窄而高的突筋的锻件，为了保证锻件充满，也要采用预锻。为内燃机车某锻件的模锻工艺，凸起部分置于上模以利充满，锻件下部中央增加长圆形的工艺凸台，使锻件在下模中得以定位。当锻件扁平，宽度较大时，坯料压扁后平移置入终锻为压扁、卡压，然后以宽面置入终锻的例子。对于截面变化较大的锻件，可采用压肩工步。为法兰盖突缘叉锻件的模锻工艺。由于锻件的四部宽度较大，同时为了使卡压后的坯料容易在终锻模膛定位摆稳，卡压后坯料不翻转，平移置人终锻。镦粗的目的是使端面平整，避免出折迭，并除去氧化皮。这是与饼类法兰盖的镦粗不同之处。难以充满的锻件应考虑采用预锻。为重型汽车主动圆柱齿轮的例子。锻件法兰部分直径大，厚度小，在模块能布置下的情况下采用预锻能够改善法兰盖流动条件，有助于终锻的充满

前轴精密成形辊锻及精密模锻工艺与模具CAD

前轴精密成形辊锻及精密模锻工艺与模具CAD

作者：陈建全 夏巨谌 梁培志 胡国安

摘要 先容了汽车前轴精密成形辊锻及

精密模锻工艺的特点，利用UG 平台开

发了汽车前轴精密成形辊锻及精密模锻CAD 系统，利用该系统能实现汽车前轴精密成形辊锻及精密模锻的工艺与模具设计，包括锻件设计、工艺设计、模具型腔设计等。 关键词 成形辊锻 精密模锻 模具 CAD

一、引言

前轴(图1) 是汽车上承受载荷较大的重要保安件之一，要求具有较高的强度和疲惫寿命。该零件外形复杂，固然左右外形对称，但其截面起伏较大，特别是钢板位、限位块部位具有深而窄的截面，这些都给辊锻工艺带来困难，因而其模具设计较为复杂。其重点是要解决不均匀变形、毛坯的咬进及难成形区的成形。汽车前轴采用精密成形辊锻及整体模锻复合工艺，是在成形辊锻工艺的基础上，引进整体模锻工艺，原理上汲取各自的优点，组成优于两者的新工艺，属国内外首创。谷城车桥有限公司同北京机电研究所合作，按照这种工艺方案建设了一条新的生产线，取得了很好的效益。

图1 前轴锻件

市场经济和科学技术的飞速发展，极大地推动了产品结构的更新换代，传统的手工绘图以及二维的CAD (AutoCAD 或者InterCAD) 和手工编制NC 代码已经远远不能满足市场瞬息万变的需要，因此我们在UG 平台上开发了汽车前轴精密成形辊锻及精密模锻工艺与模具三维CAD 系统，并即将充实CAM 模块。

二、前轴精密成形辊锻和精密模锻复合工艺

1. 工艺流程

前轴精密成形辊锻及精密模锻工艺流程如下：

(1) 下料： 采用G4032 带锯下料。

(2) 加热： 采用KGPS25021 中频感应炉加热。

(3) 成形辊锻： 采用Φ1000mm 辊锻机，进行制坯、预成形、成形和终成形4 道次辊锻。

(4) 弯曲和整体模锻： 采用25MN 高能螺旋压力机分2 工步进行弯曲和整体模锻。

(5) 切边： 采用10MN 高能螺旋压力机切边。

(6) 热校正： 采用16MN 摩擦压力机进行热校正。

该工艺将圆钢通过制坯、预成形、成形辊锻和终成形辊锻4 道次辊锻制成带飞边直长锻件，实现前轴中段工字型断面的成形和两真个制坯，接着在25MN 高能螺旋压力机上进行弯曲和整体模锻成形，而整体模锻成形主要是在限定长度尺寸的条件下对两端进行模锻终成形。这种复合成形工艺彻底克服了单纯成形辊锻前轴长度误差大和120MN 热模锻压力机上整体模锻设备昂贵的缺点，使前轴的关键尺寸即前轴锻件的长度尺寸精度达到120MN 热模锻压力机上整体模锻的水平，同时其设备投资仅为整体模锻工艺所需设备投资的1/ 10 。

2. 前轴精密成形辊锻工艺的特点

(1) 制坯模具设计了独特的异型截面： 礼帽型槽，以解决辊锻中产生的不均匀变形和要求的宽展。

(2) 为解决辊锻各道次周期啮合，选取合适的前滑值。

(3) 为解决锻件两个拳头的良好成形，需分别在后壁易成形区各成形一个拳头。

(4) 为保证制坯辊锻件平直出模，采用了“上压力”轧制方式。

三、前轴精密成形辊锻及精密模锻三维CAD

前轴锻件几何外形属于复杂的三维结构，采用二维CAD 软件(例如AutoCAD 或者

InterCAD) 设计时，其计算毛坯设计精度低，锻件体积计算误差大，不能满足精密成形辊

锻和精密模锻的设计要求，本次开发工作将三维实体造型与参数化设计相结合，实现前轴锻件的三维CAD 设计，即用UG 进行三维实体造型，利用UG 的二次开发接口，开发出适用于长轴类锻件的CAD 系统，能更方便的创建一系列在外形和功能上相似的设计方案，将大大进步产品的开发和设计速度。

1. 系统总体结构图

本CAD 系统总体结构图如图2 。

图2 系统总体结构图

(1) 零件设计 输进零件的几何相关尺寸、材料和工艺条件等信息，天生零件的三维实体，并可以方便地修改零件尺寸，得到新的实体，可以输出其二维工程图。

(2) 锻件设计 设计冷锻件图和热锻件图，包括补充机加工余量、添加圆角和拔模斜度、考虑热膨胀系数等，可以方便地修改锻件尺寸，得到新的实体，输出锻件的二维工程图。

(3) 工艺设计 包括3 个部分： 第1 部分是从头至尾扫描锻件，得到一系列横截面面积，保存到一个文本文档里，并可得到锻件体积、最大长度和重量；第2 部分是根据截面面积数据绘制计算毛坯截面图和计算毛坯直径图。由于UG 提供的绘图命令及其他工具不能很好地绘制我们所需要的截面图和直径图，并考虑到用户的其他要求，例如数据查询、截面图的简化、动态缩放截面图和直径图等，我们选择了Visual C + + 来完成这第2 部分，从主控界面可以直接调用第2 个模块，也可以独立执行第2 个模块；第3 部分是确定辊锻制坯时需要的道次数以及每一道次需要的延伸系数。

(4) 锻模设计 包括精密成形辊锻和精密模锻模具型腔、模具结构的自动设计，可以方便地修改锻模尺寸，得到新的模具实体，可以输出模具的二维工程图。

2. 获取截面面积模块

这里重点先容一下如何扫描锻件，得到锻件的截面面积。

利用UG 交互式造型时，可以很方便地用Anal2ysis 菜单里面的“Area using faces”来计算一个横截面的面积，但是我们需要的是一系列横截面面积，而在UGAPI 函数里面没有和“Area using faces”相对应的函数来直接计算一个face 的面积，所以只能间接求出。本模

块采取的方法是，用一个参考平面datum plane 和锻件实体solid body 相交，返回交线(可能是多个环形的曲线) ，利用交线天生相应的bounded plane (可能是多个) ，然后求出所有bound2ed plane 的面积即为所需要的横截面面积。程序流程图如图3 。

3. 应用实例

利用本系统完成了谷城车桥有限公司的ZC1022前轴所需要的全部锻模设计，取得了良好效果。设计的前轴锻件如图1 所示，整体模锻模具图4 所示，辊锻模具图5 所示。

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