聯(lián)系我們
地址：西安市西咸新區(qū)灃東新城石化大道西段80號(hào)
電話(huà)：029-84518054
微信：
郵箱：xazdxh@163.com ?
專(zhuān)業(yè)資訊
大型鍛件鍛造工藝?yán)碚撆c技術(shù)
作者：admin
發(fā)布時(shí)間：24-01-16
點(diǎn)擊量：1511
現(xiàn)行的鍛造工藝?yán)碚摯嬖谥蛔悖行┱擖c(diǎn)不完善甚至是錯(cuò)誤的。例如：對(duì)于平板鐓粗，現(xiàn)行的鍛造工藝?yán)碚撜J(rèn)為，在變形體內(nèi)部總處于三向壓縮應(yīng)力狀態(tài)，這與作者所做的實(shí)驗(yàn)不符；對(duì)于平砧拔長(zhǎng)與FM(Free from Mannes-mann effect)鍛造法，現(xiàn)行的工藝?yán)碚撝挥姓鑼挶纫粋€(gè)工藝參數(shù)來(lái)控制軸向應(yīng)力，而忽略了橫向應(yīng)力問(wèn)題；現(xiàn)行的工藝?yán)碚撆c技術(shù)，對(duì)于餅類(lèi)鍛件與寬板鍛件所形成的內(nèi)裂缺陷在理論上不能解釋等。本文綜述了作者在大型鍛件鍛造新理論與新技術(shù)方面，近期所取得的重大進(jìn)展，糾正與完善了現(xiàn)行鍛造工藝?yán)碚摰牟蛔恪?/span>
1、平板間鐓粗圓柱體及方柱體
在普通平板間鐓粗圓柱體，由于毛坯端面摩擦力的作用，在兩端形成剛性區(qū)(或難變形區(qū))，使得鐓粗體內(nèi)滿(mǎn)足塑性條件不一致。
在毛坯高徑比H/D大于1的情況下進(jìn)行鐓粗(圖1)，某些區(qū)域先滿(mǎn)足塑性條件，有起始塑性變形的趨勢(shì)，稱(chēng)該區(qū)域?yàn)橹鲃?dòng)塑性變形區(qū)；而有些區(qū)域不滿(mǎn)足塑性變形條件，沒(méi)有起始塑性變形的趨勢(shì)，稱(chēng)該區(qū)域?yàn)楸粍?dòng)塑性變形區(qū)。由于鐓粗體是一個(gè)整體，被動(dòng)塑性變形區(qū)要受到主動(dòng)塑性變形區(qū)的牽制，使得在被動(dòng)塑性變形區(qū)內(nèi)承受著徑向和切向(周向)拉伸應(yīng)力 σr、σθ。這就是圓柱體平板間鐓粗剛塑性力學(xué)模型拉應(yīng)力理論的核心。
當(dāng)毛坯高徑比H/D小于1的毛坯進(jìn)行鐓粗(圖2)或瞬時(shí)高徑比小于1的變形體繼續(xù)鐓粗時(shí)，由于端部摩擦所形成的難變形區(qū)(瞬時(shí)的、動(dòng)態(tài)的)，可以認(rèn)為是靜水應(yīng)力區(qū)。那么，靜水應(yīng)力區(qū)的變形應(yīng)是純剪切變形。當(dāng)(H/D≤1)時(shí)，產(chǎn)生的剪切變形與應(yīng)力就很強(qiáng)烈，有可能在毛坯上下對(duì)稱(chēng)平面附近金屬薄弱處產(chǎn)生裂紋型缺陷。這就是圓柱體平板間鐓粗靜水應(yīng)力模型切應(yīng)力理論的核心。
前者打破了鐓粗體(不論高徑比大小)內(nèi)三向壓應(yīng)力傳統(tǒng)之說(shuō)，為正確解釋鐓粗體形成雙鼓形(H/D>2)、單鼓形(H/D≤2)及雙鼓形轉(zhuǎn)變成單鼓形提供了力學(xué)依據(jù)，并為軸對(duì)稱(chēng)塑性體的廣義滑移線(xiàn)解和主應(yīng)力分塊法、數(shù)值模擬求其應(yīng)力場(chǎng)提供了力學(xué)模型，后者圓滿(mǎn)地解釋了大型餅類(lèi)鍛件常出現(xiàn)的“夾餡餅”缺陷問(wèn)題，也為正確編制大型餅類(lèi)鍛件的工藝提供了理論依據(jù)。
平板鐓粗圓柱體的新理論已被定性物理模擬及數(shù)值模擬、廣義滑移線(xiàn)解 、力學(xué)分塊法”和生產(chǎn)解剖試驗(yàn)所證實(shí)。
剛塑性力學(xué)模型和靜水應(yīng)力力學(xué)模型同樣可適用于定性分析方柱體平板間鐓粗時(shí)其高度大型鑄鍛件方向?qū)ΨQ(chēng)面上的應(yīng)力分布。該分析對(duì)拔長(zhǎng)工序的重新認(rèn)識(shí)與合理應(yīng)用有重要的理論和實(shí)際意義。
2、錐形板鐓粗新工藝
平板鐓粗有兩大缺陷：一是鐓粗體內(nèi)變形不均勻，二是應(yīng)力狀態(tài)不佳。要從根本上改善這兩種情況，只有從改變毛坯端部的邊界條件入手。一條途徑是減少毛坯端部接觸面應(yīng)力（ 如采用軟金屬墊鐓粗和加潤(rùn)滑劑鐓粗）或改變變形方式（如采用上、下小方砧局部鐓粗和疊鍛等）；另一條途徑是改變鐓粗板形狀。作者著眼于后者，提出了一種新工藝—錐形板鐓粗（圖3）。這種工藝改善了變形體內(nèi)部的應(yīng)力狀態(tài)，能迫使平板鐓粗的剛性區(qū)變形(H/D＞1)，能消除(H/D＜1)或降低(H/D≤1)平板鐓粗靜水應(yīng)力區(qū)的剪切變形強(qiáng)度。這對(duì)鍛合毛坯的內(nèi)部空洞型缺陷、改善毛坯內(nèi)部金屬的組織與性能、防止內(nèi)部新缺陷（ 如夾雜性裂紋） 的產(chǎn)生起到良好的效果。
3、平砧（或與大平臺(tái)）間拔長(zhǎng)矩形截面毛坯
3.1 平砧拔長(zhǎng)矩形截面毛坯的理論及其工藝參數(shù)的量值匹配
對(duì)于平砧拔長(zhǎng)(圖4)，前人進(jìn)行了很多研究。但在諸研究中，只注意到了拔長(zhǎng)變形體的軸向應(yīng)力問(wèn)題，而忽略了拔長(zhǎng)體的橫向應(yīng)力問(wèn)題。隨著平板鐓粗圓柱體新理論的建立，發(fā)展到平板鐓粗方柱體的兩個(gè)新力學(xué)模型的形成，必然促使形成與提出新的拔長(zhǎng)工藝?yán)碚?。該理論論證了只有砧寬比W/H 一個(gè)工藝參數(shù)的不足，而應(yīng)補(bǔ)充一個(gè)工藝參數(shù)—料寬比B/H，才能正確描述拔長(zhǎng)毛坯變形中心區(qū)域的應(yīng)力狀態(tài)與有效地控制鍛件質(zhì)量。同時(shí)用料寬比和砧寬比控制鍛件內(nèi)部質(zhì)量的拔長(zhǎng)工藝，簡(jiǎn)稱(chēng)為L(zhǎng)Z鍛造法。
根據(jù)金屬流動(dòng)的規(guī)律，拔長(zhǎng)坯料的平均展寬率ψ=(B-B0)/B0與砧寬比L0/H0(當(dāng)L0≈W時(shí)，砧寬比為W/H0）、料寬比B0/H0 和壓下率η＝(H0-H )/H0 有關(guān)。如假定砧寬比≥0.8～0.9，送進(jìn)量L0(或W)與坯料寬B0 近似相等，展寬率ψ對(duì)應(yīng)于壓下率η的關(guān)系如圖5曲線(xiàn)1所示。利用曲線(xiàn)1，可進(jìn)行平砧拔長(zhǎng)矩形截面毛坯的截面變換計(jì)算。
根據(jù)毛坯拔長(zhǎng)截面變換與相應(yīng)工藝參數(shù)的計(jì)算，可得出如下結(jié)論：
（1）拔長(zhǎng)方坯，選用壓下率ηi＝10.5%，ηi＝20%(I ＝2，3，4，…)，可滿(mǎn)足其他工藝參數(shù)得到最佳的匹配。
（2）在壓下過(guò)程中，能滿(mǎn)足砧寬比W/H 在0.85～1.06的范圍中變化，使之在變形過(guò)程中不出現(xiàn)軸向拉應(yīng)力。
（3）能滿(mǎn)足料寬比B/H 在0.85～1.18的范圍中變化，可避免在變形過(guò)程中出現(xiàn)橫向拉應(yīng)力。
（ 4）正確操作，拔長(zhǎng)時(shí)較準(zhǔn)確地選用變形壓下前的砧寬比L0/H0≈0.85，可使得L0≈B0，滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)初始條件。
3.2 新FM 鍛造法
FM鍛造法相對(duì)于應(yīng)用最多的平砧拔長(zhǎng)而言是一種特殊鍛造工藝。該法使用鍛造工具的特征是上用普通平砧、下用大平臺(tái)(圖6)。所謂FM 法，原意是毛坯變形區(qū)中心不出現(xiàn)軸向拉應(yīng)力，即免除Mannesmann效應(yīng)的鍛造法。工藝條件是：砧寬比W/H ≥0.4，經(jīng)證軸向應(yīng)力是壓應(yīng)力。與上、下平砧拔長(zhǎng)軸向不出現(xiàn)拉應(yīng)力的砧寬比W/H ≥0.8～0.9相比，要小一倍以上。故所需鍛壓力，前者只為后者的2/3。FM鍛造法省力，這是它的優(yōu)點(diǎn)。與傳統(tǒng)的拔長(zhǎng)工藝一樣，F(xiàn)M鍛造法也只注意到了變形體內(nèi)的軸向應(yīng)力問(wèn)題，而忽略了變形體內(nèi)的橫向應(yīng)力。這里，提出一個(gè)既控制毛坯變形區(qū)中心不出現(xiàn)軸向拉應(yīng)力，又控制毛坯變形區(qū)中心不出現(xiàn)橫向拉應(yīng)力，上用普通平砧、下用大平臺(tái)的鍛造方法，稱(chēng)之為新FM 法。
新FM鍛造法(圖6)的實(shí)質(zhì)—增加了料寬比的控制。要實(shí)現(xiàn)毛坯中心無(wú)橫向拉應(yīng)力作用，以及緩和靜水應(yīng)力區(qū)內(nèi)的剪切變形強(qiáng)度，應(yīng)控制料寬比B/H 在0.83～1.20的范圍內(nèi)。保證砧寬比和料寬比在較理想的范圍中變化，最合適的壓下率(雙面)應(yīng)為22%。
應(yīng)用圖5曲線(xiàn)2，可進(jìn)行新FM鍛造法壓縮矩形毛坯的截面變換計(jì)算。
4、無(wú)橫向拉應(yīng)力鍛造法
4.1 問(wèn)題的提出
在液壓機(jī)上用上、下平砧拔長(zhǎng)矩形截面毛坯（LZ 鍛造法)或用新FM 鍛造法，要在變形區(qū)中心無(wú)橫向拉應(yīng)力作用，必須控制料寬比B/H在有效的范圍內(nèi)，才有可能實(shí)現(xiàn)。這對(duì)用于鍛造軸類(lèi)鍛件的開(kāi)坯是可行的，也是很好的工藝方法。但對(duì)寬板鍛件（ 如鍛件寬度與其高度之比大于1.5) ，采用上、下普通平砧進(jìn)行鍛造，當(dāng)毛坯窄面與壓機(jī)作用力方向一致時(shí)，在變形區(qū)中心可能形成兩向拉應(yīng)力；料寬比過(guò)小形成橫向拉應(yīng)力是無(wú)疑的；還可能砧子的寬度不夠，滿(mǎn)足不了砧寬比的要求，形成軸向拉應(yīng)力。在變形區(qū)內(nèi)存在兩向拉應(yīng)力，形成內(nèi)部裂紋的危險(xiǎn)性最大。當(dāng)毛坯再翻轉(zhuǎn)90°壓縮時(shí)，由于料寬比B/H 過(guò)大，在靜水應(yīng)力區(qū)內(nèi)，產(chǎn)生強(qiáng)烈的剪切應(yīng)變與應(yīng)力，這可能在變形區(qū)水平對(duì)稱(chēng)平面附近萌生裂紋源，尤其在金屬薄弱處更加劇烈。
采用新FM法鍛造寬板類(lèi)鍛件比用普通平砧拔長(zhǎng)法要好，能滿(mǎn)足砧寬比的要求，不能形成軸向拉應(yīng)力。無(wú)疑，料寬比不能得到有效控制，但新FM法鍛造每次壓縮時(shí)的壓下量，要比平砧拔長(zhǎng)時(shí)小一倍，故在變形過(guò)程中形成橫向拉應(yīng)力裂紋源與萌生剪切裂紋源的可能性要比用平砧拔長(zhǎng)法小得多，但后者的隱患沒(méi)有得到根本的解決。
要想從根本上改善不受料寬比的控制，只有改變砧面的形狀才有可能。這里提出一種上、下錐面砧的鍛造工藝，能實(shí)現(xiàn)無(wú)橫向拉應(yīng)力的鍛造。
4.2 錐面砧拔長(zhǎng)矩形截面毛坯的力學(xué)模型
圖7為錐面拔長(zhǎng)矩形截面毛坯的力學(xué)模型。接觸面間沒(méi)有相對(duì)滑動(dòng)。在拔長(zhǎng)過(guò)程中，與錐面成45°的金屬稱(chēng)為剛性區(qū)。剛性區(qū)Ⅰ直接作用于金屬Ⅱ區(qū)和Ⅲ區(qū)。很明顯，忽略軸向應(yīng)力的影響，Ⅲ區(qū)一定受橫向壓應(yīng)力作用。
要實(shí)現(xiàn)無(wú)橫向拉應(yīng)力鍛造，錐面砧的α角要設(shè)計(jì)正確。當(dāng)α＝0時(shí)，即變成平砧拔長(zhǎng)。
5、結(jié)果與討論
（1）在大型鍛件鍛造工藝?yán)碚撋蠈?duì)平板鐓粗圓柱體和平砧拔長(zhǎng)矩形截面毛坯提出了新理論，并反復(fù)經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證。這為建立正確的大型鍛件鍛造工藝?yán)碚摰於嘶A(chǔ)。
（2）相應(yīng)提出的一系列新工藝，諸如錐形板鐓粗、LZ 鍛造法、新FM 鍛造法以及橫向無(wú)拉應(yīng)力鍛造法等，可以有效地提高大型鍛件的質(zhì)量。
（3）上述結(jié)論為研究與建立正確的大型鍛件鍛造指令專(zhuān)家系統(tǒng)提供了可靠的判據(jù)。
來(lái)源：《大型鑄鍛件》，如涉及侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系刪除！！！
系.png)