温锻与冷锻之基本（连载七）

文/张清林·江苏中兴西田数控科技有限公司

小松勇·日本小松技术士事务所，江苏中兴西田数控科技有限公司

温锻与冷锻之基本（连载七）

文/张清林·江苏中兴西田数控科技有限公司

小松勇·日本小松技术士事务所，江苏中兴西田数控科技有限公司

温锻加工的特点

钢材的温锻大都在800～900℃范围内进行，仅比热锻温度的1000～1100℃低一点，其理由在前面的连载中已经叙述过，此处不再赘述。下面我们来归纳一下温锻加工的特点：

⑴温锻制品虽然达不到冷挤压件的精度，但也并不是温锻制品都必须要进行切削加工，如果在条件比较好的情况下，温锻制品也可以达到与冷挤压件接近的精度和品质，此时温锻可用于制件的整形加工。

⑵温锻加工时要注意避开400～500℃的蓝热强度和蓝热脆性区域。

⑶当钢的温度达到再结晶温度760℃以上时，其拉伸强度会下降到常温时的1/2以下。

⑷温锻加工时的温度低于模具的淬火温度时，模具的损伤就会少一点。（高温加工时通常模具都是要淬火的，这时模具的硬度有所下降。）

⑸加热温度越低，加热的时间就越短，被加工素材产生的氧化皮就越少，模具的损伤和损耗也就越少。

⑹氧化皮的厚度越小，温锻制品的精度就越高。

⑺温度越低，模具和温锻制品的热收缩量越小，温锻制品的精度就越高。

⑻模具的损伤越少，其空腔形状保持得就越好，温锻制品的形状也就与冷锻制品越接近。

⑼与热锻制品相比，温锻制品的尺寸小、重量轻，制品自身保有的热量较少，传到模具上的热量相对也就较少，这有利于模具的温度控制。

温锻加工的加热方法

在温锻加工中笔者比较推荐的加热方法是感应加热，下面就介绍下感应加热中高频加热和低频加热的特点及适用对象。

高频加热时受感应回路深度的限制，加热都集中在素材表面附近，对于直径小的素材可以在短时间内加热到中心，但对于较粗的素材就只能加热到表面附近了，所以高频加热适合大直径素材的表面加热。

低频加热时由于感应回路很深，所以可以加热到大直径素材的中心部位，但对只要求素材表面附近加热的情况此种加热方式就不适合了。

因此，对直径较大的素材进行加热时，一般都采用低频炉和高频炉并举的方法，即先用低频炉加热到素材中心，然后再换到高频炉中继续对表面附近追加热量。另外，还可以使用“低氧化氛围炉”（低氧气氛加热炉）加热，此种加热方式的特点是比高频和低频加热的诱导加热需要的时间短、炉内的氧气浓度低，这可以抑制氧化皮的产生。

感应加热的优点在于，当模具或者送料装置发生故障而导致生产中断时，操作者可以马上停止正在进行的加热过程，以避免因素材过度加热而导致被加热材料性能的不良。而使用电炉加热时就容易使素材过热，严重时会导致素材废弃而不能再继续使用，造成很大的经济损失。

加热后素材温度下降的解决办法

喷射氮气

在锻造制品的热容量较小的情况下，被加热的素材从加热炉里取出到送入模具开始锻造这个过程中温度的下降速度很快，因此，必须要在工艺上保证把被加热的素材在最短的时间内送入模具里，同时素材进入模具后要马上进行加压锻造。

一般向感应炉（感应线圈）里送入素材时使用的都是推料杆，推料杆把一个未加热的素材推到炉子里，排在前面的一个素材就会向前推动排在它前面的素材，这样素材就会被依次推入炉内。每向炉内送入一个未加热的素材，就有一个被加热到锻造温度的素材从炉子里挤出来，落到定位夹具或滑道里。落到定位夹具的素材由操作工人或用机械手插入到模具里，如果是落到滑道里，那么同样在进入滑道终端的定位夹具后，也要由操作工人或用机械手插入到模具里。

素材在从进入炉内到走完炉子全程的过程中被感应加热，到达出口附近时的温度会略高于温锻所需的温度，但素材在从炉子里出来的那一刻开始一直到在模具里加工完成的整个过程中温度都在下降，所以必须要有这一过程的保温对策。

如果使用低氧氛围炉加热，那么加压时氧化膜会比较薄，锻造制品的成形精度也比较好，同时也可以抑制模具的损耗，但是，低氧氛围炉无论是在操作性上还是在成本上都是不现实的。在夹持高温素材的夹具上设置一个能够喷出少量氮气的喷嘴，用氮气将素材周围的氧气驱散，这种方法实施起来还是比较容易的。如果从加热炉到模具的运送是用输送带或滑道的话，那么可以将输送带或滑道做成隧道式，在隧道里喷射少量氮气，建立一个低氧的环境。还有，要尽量缩短感应炉出口（滑道等）到模具的距离，这样也可以减少一些氧化膜的产生。

降低模具的热吸收

温度下降的现象在被加热的素材插入模具时也会发生，温度很高的素材将热量传导给模具，再通过模具辐射将热量散发。

在高温素材与凹模模腔表面接触时，两者之间如果有间隙，即存在着断热性很好的空气层，那么这个空气层就会在素材向模具进行热传导的过程中起到一个中介作用，从而减少温度的下降量。如果没有这个空气层，高温素材就要直接与模具表面接触形成直接的热传导，热量被模具快速吸收，高温素材的温度就会急剧下降，到锻造加工时素材的温度就会降到不能进行锻压加工的温度。

另外，一般来说，模具的颜色越黑，代表着该模具的辐射效率就越高，模具也就容易将热吸收掉。温锻的润滑剂大多数都是黑色的，从辐射放热角度来看是非常不利的，但是，恰恰润滑性能较好的润滑剂又大多数都是黑色的，不过也有一少部分钙系的润滑剂是白色的。

模具一侧的温度越高，模具从高温素材一侧夺取的温度就越少，所以生产中常会采用给模具预热的方法来缓解高温材料降温的问题。经常使用的模具预热温度是低温回火温度（150～200℃），加热方法有用煤气喷枪直接对凹模的内腔表面加热，在模具内设置加热流体的管路让高温流体在管子里流动来对模具进行加热，以及在模具内设计一种孔穴，在孔穴中装上一种镍线绝缘加热器的加热方法等。

使用煤气喷枪的时候注意不要让火焰过于集中，以防止模具被烧损。用煤气加热的时候，要让滑块下降，使得上模和下模的间隔尽量减小，喷枪上需设置向上和向下的火焰喷口同时进行上模和下模的加热。这种方法的优点是，上模和下模的间隔小、散热慢，当然上、下模的间隔一定要满足火焰喷口可自如操作的最小限度。虽然使用煤气喷枪加热的方法简单、方便，但是模具温度的正确测定却很困难，而且加热的均匀性也很难掌控，这是此种加热方法的劣势所在。如果模具在加热后短时间停止，然后再恢复锻压生产，这时只需要再给模具追加一点热量就可以了，在这种情况下，煤气喷枪加热的方式倒不失为一种不错的选择。

另外的两种加热方法（流体管路和电加热）可以正确地控制温度，也可以在生产作业开始前事先设定开始加热的时间等，这在实际加工生产中是很方便的。

锻压加工都要伴随着冲击，模具也同样要受到冲击的作用，作业中镍线绝缘加热器很容易断线，所以笔者不是很推荐镍线绝缘加热器的加热方法。由此看来，通过高温流体对模具进行加热的方法还是占有一定优势的，不过为防止管路的接头等在冲击的作用下发生断裂而喷流出高温液体，有必要采取二重配管、加盖罩壳等安全措施。

模具过热

当温锻加工能够顺利地连续运转的时候，高温素材可以对模具加热，这时模具的温度不会下降，也就没有必要再对模具进行加热了。但是当素材携带的热量很大的时候，模具来不及散热，此时模具过热的情况就会出现。

与对模具进行热处理时一样，在锻压加工时模具的内腔也会因形状的不同而存在着容易储存热的地方、容易释放热的地方。从图1中可以看到，温度最容易上升和下降的部位是顶角部分，最不容易上升和下降的部位是平面部分。

图1的两个图中表示的顶角部分和棱线部分温度上升得快、下降得也快，在预热作业中必须要注意这些部位的温度变化。

锻压机械变热及氧化膜飞溅的解决措施

综上所述，温锻加工的温度在800～900℃，虽然没有热锻的温度高，但是锻压机械仍然是在高温环境下作业，所以必须要采取措施防止高温对锻压机械产生不良影响，另外对加工中飞溅出来的氧化膜采取有效的对策也是必须的。

模具导热的对策

锻造加工时模具内腔会在800℃以上的温度保持1s左右，在这种情况下，与滑块、工作台接触的上、下模板的温度不会上升很高；如前所述，对模具进行预热时一般要把模具的温度加热到150～200℃，考虑到模具的大小不同、构造不同，其对上、下模板的影响也不能一概而论，不过根据凹模的散热情况，通常来说模板的温度会在50℃以下。即便如此，但由于滑块和工作台在一天中有8h以上的时间与模板紧密接触，因此模板的温度还是会传导到滑块、工作台，然后再传导到锻压机械的其他部位。当然，锻压机械的曲轴轴承、连杆、滑块导轨等本身就是会产生热量的机构，所以这些部位的发热不完全是由模具的导热造成的。

为减少高温对机械部分的影响，就要隔断从模板到滑块和工作台的热传导，一般的方法是在模板与滑块、工作台之间夹入断热板（或者叫遮热板）。此断热板和塑料成形模具与注塑机之间使用的隔热材料一样，是超强度塑料复合材料，可以承受锻压机械的载荷且其本身也具有一定的硬度。但这种复合树脂的材料与钢材相比，弹性变形量更大，不过由于在温锻加工中一般不会考虑进行高精度的压印等像冷锻一样的加工，所以这种断热板还是可以使用的。断热板的厚度从几毫米到十几毫米不等。与塑料注塑模具相比，温锻模具用的断热板购买起来并不困难。

高温素材或模具热辐射的对策

高温素材或模具的热量通过辐射会使锻压机械变热，因此必须实施遮断辐射的措施，尤其是滑块导向轨道，由于它是保证滑块上下运转精度的机构，因此必须要保护滑块导轨或导轨材料不受或少受热辐射，其措施是设置隔热挡板等。另外，隔热挡板还应该具有防止氧化膜的飞溅物进入导向面或导轨给油部位的作用，因此隔热挡板的间隙要小、做工精度要高，必要时还要与防尘密封一起使用。

因为供给滑块的油要兼顾冷却的效果，所以使用量很大，在润滑油系统中还需要使用冷却装置来实现循环使用。

过去的锻压机械在润滑时大多使用的不是润滑油而是油脂，但油脂没有冷却作用，所以在机架温度上升较多的时候要使用风扇冷却，甚至有的部位还要同时增加局部冷却。

氧化膜飞溅的对策

为了冷却模具和锻压机械，有时会采用风扇和空气喷射并用的方法，这样就更加促进了氧化膜的飞溅，氧化膜的飞尘进入锻压机械的上部和电柜箱内部的情况也是时有发生。因为不能在锻压机械的上部设置罩盖，所以只能尽量减少氧化膜的飞溅或使用防尘密封等方法来防止氧化膜对锻压机械造成不良影响。尽管如此，也不能杜绝氧化膜飞尘的侵入，氧化膜飞尘一旦侵入电气系统就会造成漏电、接触不良等故障，因此经常进行点检并做好清扫工作以及精心的保养是必不可少的。氧化膜飞尘侵入电气系统不仅会造成电气系统的故障，甚至可能会危及到锻压机械的安全机能，因此在尽力避免氧化膜飞尘侵入的同时，也要特别注意操作盘或机械周围及风扇过滤器的清扫。