除鱗系統在模鍛中的應用

文/董雙文，王茂林，趙磊·北京歐立華科技發展有限公司

除鱗系統在模鍛中的應用

文/董雙文，王茂林，趙磊·北京歐立華科技發展有限公司

隨著裝備制造業工藝技術的發展，特別是汽車工業零件制造工藝的發展，汽車零部件中模鍛件使用量越來越大，使得模鍛件生產利潤高度依賴于能耗和材料的利用率。對模鍛件除了機械性能和工藝要求外，對表面質量的要求也越來越嚴格。去除鍛件表面氧化皮也就成為了一個很重要的課題。

鍛造過程中氧化皮在模鍛前就需要除掉，機械除鱗、鐓粗等除鱗方法，屬于老一代除鱗技術，除鱗率很低，很難達到鍛造工藝的要求，模鍛件高壓水除鱗新技術應運而生。

工業材料方面的持續不斷發展，對裝備不斷地提出新的要求，同時也對流體除鱗裝置提出了更高的要求。這些新要求主要表現在新合金的鱗皮（氧化皮）的粘性更強，以及對溫度變化過程的影響。通過除鱗系統的使用，使得大批量的模鍛生產過程成為可能?，F代化除鱗裝置已同鍛壓生產線融為一體，沒有它們將會對現有生產過程產生很大的負面影響。

鍛件高壓水除鱗解決的難題

圖1 除鱗前后對鍛件表面質量的影響

從表面看來，高壓水除鱗僅僅是利用液力等將坯料表面的鱗皮清除掉，但對于不同的坯料，由于材質、形狀、大小和工藝等的差別，除鱗的過程可能完全不同。德國SGGT公司作為一家專門從事流體除鱗技術的公司，從鱗皮（氧化皮）的生長機理及過程的研究角度出發，確立了成熟的高壓水鍛件除鱗系統，對各種鍛件的除鱗積累了豐富的經驗，并在世界的各大鍛造企業得到了廣泛的應用，解決了除鱗系統中的很多難題。

鍛件高壓水除鱗系統，是在鍛坯加熱完成后送入除鱗箱進行除鱗，然后進入鍛機。高壓水除鱗這種工藝可以靈活實現異形鍛坯和鋼錠的除鱗；具有降低坯料預制尺寸，減少物料損耗；避免鱗皮嵌入鍛件內部，提高鍛件品質；明顯提高鍛件表面質量，大幅度降低后續加工處理難度；減少模具磨損，提高設備使用率；設備自動化水平高，可靠耐用；設備投入短期便可收回成本，效益明顯等優點。高壓水除鱗能夠解決各種因氧化皮造成的產品質量問題。除鱗前后對鍛件表面質量的影響，如圖1所示。

鍛件高壓水除鱗帶來的經濟效益

很好的除鱗系統可以從多個角度為用戶帶來經濟效益，投入產出比很高，好的產品質量，對于提高市場競爭力是很有幫助的。一般一套系統投入使用后，一年內即可通過直接的回報收回投入，同時，帶來更多質量提高等間接的效益。

減少鍛件坯料原材料消耗

由于鱗皮有時很硬，有一部分硬度會超過陶瓷，在模鍛之前若未清除，會被軋入鍛件的表面，形成不同深度的凹坑，表面的不均勻程度增大，為了保證后續的機加工，必須留出很大的富余量，加工完必須保證露出的是合格的機加工面，如若采用除鱗技術，坯料原材料消耗量將減少2%～3%。

現在我們以國內某鍛造企業為GE公司制造連桿鍛件為實例(某時間段）進行估算，坯料為φ120mm，長1100mm，重約98.2kg，生產節拍為60件/h，生產線每天工作20h，每年工作300天，那么應用高壓水除鱗系統每年可以節約的原材料大約有：98.2kg×60件/h×20h×300天×1.5%＝530.28t。

這里我們按照1.5%的節約量計算，那么一個曲軸是此連桿的幾倍重量，我們保守計算，節省量如果是5倍的話，一年可節省的總量是530×5=2650t，每噸鋼材價格按4000元計算，可節省一千余萬元。當然，要實現這樣的目標通過對工藝的調整和優化是可以實現的。

減少后續機加工工作量

由于鍛件的機加工面需要一定的尺寸精度，多余的不平整一定要去除。因而不除鱗加大了機加工量。鍛造生產線配套高壓水除鱗系統后，提高了鍛件的表面質量，從而減少了后續機加工的加工余量，同時提高了工廠的生產效率。此部分的潛在成本是不可忽視的，它既包括了工時也包括了材料的損耗。

減少鍛坯加熱的能耗

上面我們做了大約的計算，應用高壓水除鱗系統每年可以幫助這條鍛造GE連桿生產線節約530多噸的原材料，相當于這條生產線5天的原材料總量，而我們這條線配的中頻加熱爐的功率為7000kW，5天的耗電量約為：7000kW×20h/天×5天＝700MW·h，即應用高壓水除鱗系統每年可節約700MW·h左右的電能。如果整個工廠按5倍計算的話，電能的節省將達3500MW·h。

減少對模具的磨損

由于部分鱗皮的硬度很高，而且不均勻分布，加快了模具的磨損，而模具的制造成本是很高的，模具的損耗增加了生產的成本。德國SGGT公司長期專注于鋼坯表面氧化鱗皮的研究，包括對氧化鱗皮的生成及去除原理研究，鋼坯在加熱的過程中鐵元素和其他合金元素經氧化后形成合金晶體附著在鋼坯表面包含在氧化鱗皮中，其硬度很高，在鍛壓前不將這部分氧化鱗皮去除掉會對模具造成不必要的磨損，降低了模具的使用壽命及工作效率。

避免鱗皮被鍛入鍛坯內部，提高鍛件品質

坯料在進入鍛造工序前，經過高壓水除鱗工序，鋼坯表面99%的鱗皮將被去除掉，這極大地提高了鍛件的表面質量和鍛件的產品品質。

鍛件高壓水除鱗的應用

德國SGGT公司開發的高壓水除鱗系統已應用到不同的鍛造企業，并針對小型鍛件、中型鍛件、大型鍛件及專用鍛件設計了不同的除鱗系統。下面結合實例來說明高壓水除鱗系統在不同鍛件中的應用：

圖2 微小除鱗系統

圖3 大型工件除鱗系統

⑴ 適用于制造輕型到中等重量汽車部件坯料尺寸的微小除鱗系統，如圖2所示。

⑵ 適用于制造重型件、法蘭和管件的大型工件除鱗系統，如圖3所示。

結束語

在世界鍛造領域，高壓水除鱗已經是鍛件制造（尤其是熱模鍛）的一個重要工序，它可以提高鍛件產品質量，還可降低坯料預制尺寸，減少模具磨損，大幅降低后序加工處理難度和機加工量等，直接或間接的為企業降低了大量的生產成本。