大型锻件膨胀率统计分析

heaven

通过对锻造现场大型锻件停锻后热尺寸和冷却到室温后尺寸的测量统计，分析得出了不同材料及形状锻件的膨胀系数。结果显示，不同材料的锻件膨胀率略有差别，高温合金锻件膨胀率较大，最高达0.018，钛合金锻件膨胀率最高达0.0125，镁合金锻件膨胀率较小，基本为0.01。统计结果也显示锻件膨胀率无各向异性，即在各个方向上膨胀率基本一致。

锻造产品在航空工业领域具有广泛的应用，作为专业化锻件生产厂家，我司也承接了大量各类锻造产品的生产任务，长期以来，公司生产的锻件存在加工余量大、尺寸超差率较高的缺点，统计发现，每月产生的不合格品报告单中，尺寸超差占60%以上。近年来客户对产品尺寸精度要求越来越高，毛坯加工余量有逐渐减小的趋势，同时公司内部也提出降本增效的要求，鼓励节省原材料消耗，这对现场生产过程中尺寸控制水平提出了更高的要求，为了适应新的形势和要求，质量管理部组织人员进行了相关统计分析，对生产中常见材料不同形状的锻件膨胀率进行了实测和统计分析，得出一系列适用于锻造现场的参数。本文紧密结合生产实际得出结果，为班组在生产过程中如何更好地控制尺寸精度提供了有价值的参考，同时也使现场检验人员在首件检验和抽检过程中能更好地对尺寸进行监控，减少超差品的产生。

测量工具和方案所用统计测量器具为卡钳、钢板尺、卷尺、游标卡尺，其中钢板尺和卷尺测量精度为1mm，游标卡尺测量精度为0.02mm，根据锻件大小和形状使用不同的量具。统计对象根据车间每日所安排生产的产品确定，对钛合金、高温合金、铝合金、镁合金、结构钢等锻件进行测量，同时在测量时注意区分结构件、环轧件，重点测量大型锻件。测量时机与锻造现场检验员同步，即锻造停锤后在终锻温度附近测量某一选定位置尺寸，并用高温记号笔进行位置标记，待锻件冷却到室温时对标记处尺寸再次测量，用前后两次测量值进行计算得出膨胀率大小，这种测量方法的目的是使得结果更切合实际应用，不必考虑其他因素，检验员或生产班组可以直接运用统计结果，即以图纸名义尺寸为基础，加上膨胀量即为锻后热尺寸大小。在每生产炉次中取尽可能多数据组，每一类数据组不少于10 个，以提高准确度。运用Excel 电子表格对数据组进行统计分析，结合有数据的参考文献，确定在生产条件下哪种数据更为实用，膨胀率δ 计算公式为(Lt－Lo)/Lo
其中：Lt 为停锻时尺寸；Lo 为冷却到室温时同一位置尺寸。

不同材料结构件膨胀率统计
因公司生产大量的钛合金、高温合金锻件，所以本文主要针对以上两种材料，铝合金、结构钢及镁合金等锻件测量统计为辅。

钛合金膨胀率表1
列举了部分常见钛合金锻件膨胀率统计结果，实际采集数据均大于10 组。将每种材料对应数据的最大值和最小值去除，仅取中间值。由表1可以看出，TC21 锻件膨胀率最低为0.0113，最高为0.0125，TC11 锻件膨胀率最高为0.0111，最低为0.0099，TC4 锻件膨胀率最低为0.011，最高为0.0117。TC18 膨胀率在0.0095 左右，这与该材料终锻温度偏低有关。
表1 钛合金膨胀率统计结果


统计显示，环形件在直径上的膨胀率与其他结构件膨胀率基本保持一致，这可以验证膨胀率是无各向异性的，即在各个方向膨胀率是一致的，也可以通过下面公式进行简单描述：

式(1)、(2)中S1、S2 分别为膨胀前后环形件周长，d1、d2 分别为膨胀前后直径，将式(1)和式(2)相减并作简单变形，直径方向的膨胀率等于环件周长的膨胀率。锻造现场实际统计结果与理论基本一致，所以实际应用中，形状影响因素可以忽略。

高温合金锻件膨胀率

表2 列举了部分常见高温合金锻件膨胀率统计结果，实际采集数据均大于10 组。将每种材料对应数据的最大值和最小值去除，仅取中间值。由表2 可以看出，高温合金膨胀率在0.017 左右，对于终锻温度较低的高温合金，膨胀率可取0.016，对于GH141、GH738 等材料的环形件，在扩孔过程中有升温现象，实际终锻温度略高，膨胀率可取0.017。

表2 高温合金锻件膨胀率统计结果


其他合金锻件膨胀率
表3 列举了常见铝合金锻件、镁合金锻件及钢锻件膨胀率统计结果，实际采集数据均大于10 组。由表3 可以看出，铝合金锻件膨胀率在0.012 左右，镁合金膨胀率基本为0.01。需要指出的是，钢锻件在加热和冷却过程中都会产生氧化皮，据现场统计，300M 冷却后剥落氧化皮厚度在1.2mm 左右，所以钢件在应用膨胀率监控尺寸时，氧化皮厚度因素也要考虑，钛合金也剥落氧化皮，但厚度都在0.1mm 左右，可以忽略不计。
表3 其他合金锻件膨胀率统计结果


结论
由以上统计结果可以看出，不同材料锻件膨胀率略有差别，高温合金锻件膨胀率较大，最高达0.018，镁合金锻件膨胀率基本为0.01，而在所有统计的不同材料锻件中，各个方向膨胀率基本一致，所以锻件形状因素可以忽略。
在生产和检验控制过程中应注意以下几方面内容：
⑴终锻温度较低的钛合金锻件膨胀率推荐取0.01，终锻温度较高的钛合金锻件膨胀率推荐取0.012。
⑵终锻温度较低的高温合金锻件膨胀率推荐取0.016，终锻温度较高的高温合金锻件膨胀率推荐取0.017。
⑶环轧件一般内外径尺寸较大，整体膨胀量大，在控制尺寸时应计算准确。
⑷钢锻件在应用膨胀率计算尺寸时，应考虑氧化皮厚度影响因素。
⑸现场检验员要及时做好首件检验，班组要做好自检，减少批次性尺寸超差情况的发生。

lyunsun

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原来是这样计算的学到了