鍛件表面清理

1、 職業(yè)教育材料成型與控制技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫其他金屬材料成型技術(shù)課程模鍛件的表面清理主講教師：張寵元一、對模鍛作進(jìn)行表面清理的目的1.鍛造生產(chǎn)過程中，為控制鍛件質(zhì)量，防止表面缺陷擴(kuò)大到內(nèi)層；同時也便于檢查，發(fā)現(xiàn)缺陷和改善鍛件的切削加工性能，需要對坯料、半成品和鍛件進(jìn)行清理，以去除氧化皮和其它表面缺陷（如裂紋、折疊等）。2.去除在鍛造生產(chǎn)過程中形成氧化皮和其它表面缺陷（裂紋、 折痕等），提高鍛件表面質(zhì)量，改善鍛件的切削加工條件。3.顯露鍛件表面缺陷，以便檢查鍛件表面品質(zhì)。4.給冷精壓和精密模鍛提供具有良好表面質(zhì)量的精壓毛坯。5.有時，為了提高鍛件精度，減少模具磨損、避免氧化皮壓入鍛件，或防止已有的

2、表面缺陷在模鍛時繼續(xù)擴(kuò)大，對原材料和中間毛坯也要進(jìn)行清理。清除原材料、中間毛坯和鍛件上局部表面缺陷的方法有風(fēng)鏟清理（主要用于結(jié)構(gòu)鋼大型鍛件和毛坯）、砂輪清理（適用于各種類型的坯料和鍛件、特別是適用于高合金鋼工件合情理要求較高的模鍛件）和火焰清理（主要用于碳素鋼和低合金鋼錠及大鍛件）。清理后工件表面的凹槽應(yīng)是圓滑的，凹槽的寬高比（l/h）應(yīng)大于5。二、坯料和鍛件的清理方法（如表1）三、 模鍛前清理熱坯料氧化皮的方法有用鋼絲刷（鋼絲直徑0.20.3毫米）、刮板、刮輪等工具清除，或用高壓水清理。后者是將加熱好的坯料，以0.20.5m/s速度迅速通過高壓水噴射裝置，讓150200大氣壓的高壓水從四周向

3、坯料噴射。坯料表層上的氧化皮遇冷急劇收縮而裂開，并很快被高壓水沖走。由于坯料受高壓水噴射的時間很短（幾秒鐘），坯料本身尚來不及冷卻，溫度很少下降。高壓水清理適用于斷面尺寸較大（50150mm）的熱坯料。這種方法效率高，清理效果好，但需建造高壓水水泵站，費(fèi)用大，一般工廠很少采用。在錘上模鍛時采用制坯工步，可去除一部分熱坯料的氧化皮。要注意及時用壓縮空氣將擊落的氧化皮吹掉，以免落入鍛模模膛內(nèi)。大型模鍛件在鍛模中應(yīng)先輕擊、移開坯料、用壓縮空氣將擊落的氧化皮吹掉，再進(jìn)行重?fù)裟ｅ憽榱耸寡趸と菀自谧冃喂ば蛑忻撀?，熱坯料出爐后，可先在冷水中浸沾23秒鐘，使氧化皮驟冷破裂和變脆。四、模鍛后或熱處理后清理鍛

4、件上氧化皮的方法對于模鍛后或熱處理后鍛件上的氧化皮，生產(chǎn)中廣泛采用的清理方法有以下幾種：滾筒清理、振動清理、噴砂（丸）清理、拋丸清理以及酸洗清理。1.滾筒清理鍛件在旋轉(zhuǎn)的滾筒（其內(nèi)可裝入一定比例的磨料和添加劑）中，靠相互撞擊或研磨，以清理鍛件表面的氧化皮和毛刺。這種清理方法設(shè)備簡單，使用方便，但噪音大，適用于能承受一定撞擊而不易變形的中小型鍛件。滾筒清理分為無磨料滾筒清理和有磨料滾筒清理兩種，前者不加入磨料，可加入直徑為10-30毫米的鋼球或三角鐵等，主要靠相互碰撞清除氧化皮；后者要加入石英石、廢砂輪碎塊等磨料和蘇打、肥皂水等填加劑，主要靠研磨進(jìn)行清理。2.振動清理振動清理是將鍛件混合一定配比

5、的磨料和填加劑，放置在振動光飾機(jī)的容器中，靠容器的振動，使鍛件與磨料相互研磨，把鍛件表面氧化皮和毛刺磨掉。清理后鍛件表面粗糙度為Ra=520um，多次清理后鍛件表面粗糙度為Ra=0.040.08um,這種清理方法適用于中小型精密模鍛件的清理和拋光。3.噴砂（丸）清理噴砂或噴丸都以壓縮空氣為動力。噴砂的工作壓力為（0.20.3）MPa，噴丸的工作壓力為（0.50.6）MPa，將粒度為1.52mm的石英砂（對有色金屬用0.81.0毫米的石英砂）或粒度為0.82mm的鋼丸，通過噴嘴噴射到鍛件上，以打掉氧化皮。這種方法對各種結(jié)構(gòu)形狀和重量的鍛件都適用。噴砂清理灰塵大、生產(chǎn)率低、費(fèi)用高，多用于有特殊技術(shù)

6、要求和特殊材料如不銹鋼、鈦合金的鍛件。噴丸較干凈，但生產(chǎn)率也較低，因此，往往由高生產(chǎn)率的拋丸清理所代替。4.拋丸清理拋丸清理是靠高速轉(zhuǎn)動葉輪的離心力，將鋼（鐵）丸拋射到鍛件上去除氧化皮。鋼丸用含碳0.5%0.7%、直徑為0.82mm的鋼絲切斷制成，切斷長度一般等于鋼絲直徑，淬火后硬度為6064RC。對于有色合金鍛件，則采用含鐵量為5%的鋁丸，粒度尺寸為0.82毫米。拋丸清理生產(chǎn)率高，比噴砂清理高13倍，清理質(zhì)量也較好，但噪音大，在鍛件表面上可能打出印痕。噴丸和拋丸清理，在擊落氧化皮的同時，使工件表面層產(chǎn)生加工強(qiáng)化。對于經(jīng)淬火或調(diào)質(zhì)處理的鍛件，或使用大粒度鋼丸時，加工強(qiáng)化程度尤為顯著，硬度可提高

7、30%40%，硬化層厚度可達(dá)0.30.5mm。噴砂或使用小粒度鋼丸，由于砂（丸）動量小，加工強(qiáng)化程度微弱，可不予考慮。噴砂、噴丸和拋丸這三種方法清理后的鍛件，表面裂紋等缺陷可能被掩蓋，容易造成漏檢。因此，對于一些重要鍛件應(yīng)采用磁性探傷或熒光檢驗(yàn)等方法來檢驗(yàn)工件得表面缺陷。5.酸洗清理碳素鋼和合金鋼鍛件使用的酸洗溶液是硫酸或鹽酸。在硫酸酸洗過程中，進(jìn)行最快的化學(xué)反應(yīng)是硫酸與基本金屬鐵和氧化皮內(nèi)層鐵粒子的化學(xué)反應(yīng)（見反應(yīng)式（1），其次是硫酸與氧化皮內(nèi)層的氧化亞鐵的化學(xué)反應(yīng)（見反應(yīng)式（2）：Fe+H2SO4FeSO4+2H （1）FeO+H2SO4 FeSO4+H20 （2） 生成的氫和易溶的硫酸亞

8、鐵FeSO4，使氧化皮從基體金屬表層脫落。為了防止氫原子（或離子）擴(kuò)散滲入基體金屬導(dǎo)致鍛件表層產(chǎn)生氫脆，也為了防止氫氣從酸液中逸出形成酸霧、污染空氣，在硫酸溶液中應(yīng)添加適量的添加劑(NaCl、KC（磺化牲畜血）或“54”號酸洗抗蝕劑)等，以減緩硫酸與基本金屬鐵和氧化皮內(nèi)層鐵粒子的的反應(yīng)速度。鹽酸酸洗過程與硫酸酸洗過程不同，氧化皮的清除主要靠氧化皮本身在鹽酸溶液中的溶解。鹽酸酸洗過程中的化學(xué)反應(yīng)，按其反應(yīng)速度的快慢依次為：Fe2O4+8HCl2FeCl3+FeCl+4H20 （3）Fe2O3+6HCl2FeCl2+3H2O （4）FeO+2HClFeCl2+H2O （5）Fe+2HClFeCl2

9、+2H （6）FeCl3+HFeCl2+HCl （7）基體金屬與鹽酸的反應(yīng)（6），相對于氧化皮的溶解比較慢，在使用添加劑（KC，“54”牌酸洗抗蝕劑等）的情況下，還可顯著減慢。氫的生成量和擴(kuò)散滲入量也顯著減小，而且對酸洗速度影響不大。因此，鹽酸酸洗一般不會產(chǎn)生氫脆。酸洗后工件表面質(zhì)量也比硫酸酸洗的好。但是，硫酸價(jià)格便宜，儲運(yùn)方便，廢酸回收處理后可重新使用，因此，在目前生產(chǎn)中，多采用硫酸酸洗。只在有特殊技術(shù)要求（如對氫脆敏感的高強(qiáng)度合金結(jié)構(gòu)鋼酸洗）時，才采用鹽酸酸洗。高合金鋼和有色合金需要使用多種酸混合溶液進(jìn)行酸洗，有時還須使用堿一酸復(fù)合酸洗。酸洗清理的表面品質(zhì)高，清理后鍛件的表面缺陷（如發(fā)裂、折紋等）顯露清晰，便于檢查。對鍛件上難清理的部位，如深孔、凹槽等比較有效，而且鍛件也