大型鍛件鍛造工藝

大型鍛件一般應(yīng)用在大型機械的關(guān)鍵部位，由于工作環(huán)境惡劣，受力復(fù)雜多變，因此，在生產(chǎn)過程中對大型鍛件的質(zhì)量要求很高。大鍛件由鋼錠直接鍛造成形，生產(chǎn)大型鍛件時，即使采用先進的冶金技術(shù)，鋼錠內(nèi)部也不可避免存在微裂紋、疏松、縮孔、偏析等缺陷，嚴重影響鍛件的質(zhì)量，為了消除這些缺陷，提高鍛件質(zhì)量，就必須改進鍛造工藝，選用合理的鍛造工藝參數(shù)。

大型鍛件鍛造不僅要滿足所需零件形狀和尺寸，而且重要的是破碎鑄態(tài)組織、細化晶粒、均勻組織、鍛合縮孔、氣孔和縮松等缺陷，提高鍛件內(nèi)部質(zhì)量。鋼錠尺寸愈大，鋼錠中的缺陷也愈嚴重，鍛造改善缺陷愈困難，進而增加了鍛造難度。在鍛造過程中，鐓粗和拔長是基本的工序，也是不可缺少的工序，對于具有特殊外形的鍛件來說，胎模鍛造也較為常用。 一、 鐓粗工藝

在大型鍛件的自由鍛生產(chǎn)中，鐓粗是一個非常主要的變形工序。鐓粗工藝參數(shù)的合理選擇，對大鍛件的質(zhì)量起著決定性的作用。反復(fù)的鐓拔不但可以提高坯料的鍛造比，同時也可以破碎合金鋼中的碳化物，達到均勻分布的目的；還可以提高鍛件的橫向力學(xué)性能，減小力學(xué)性能的異向性。

大型餅類鍛件和寬板鍛件都是以鐓粗為主要變形，且鐓粗的變形量很大，但是目前該類鍛件的超聲波探傷廢品率很高，主要因為內(nèi)部出現(xiàn)了橫向內(nèi)裂層缺陷，然而現(xiàn)行的工藝理論對此不能解釋。為此，從90年代開始，中國學(xué)者經(jīng)過長時間的認真研究，從主變形區(qū)以及被動變形區(qū)理論出發(fā)，對鐓粗理論進行深入研究。提出了平板鐓粗時剛塑性力學(xué)模型的拉應(yīng)力理論以及靜水應(yīng)力力學(xué)模型的切應(yīng)力理論，與此同時還進行了大量的定性物理模擬實驗，并利用廣義滑移線法和力學(xué)分塊法來求解分析工件內(nèi)部的應(yīng)力狀態(tài)，大量數(shù)據(jù)證明了該理論的合理性和正確性，揭示了利用普通平板鐓粗圓柱體時其內(nèi)部應(yīng)力的分布規(guī)律，進而提出了錐形板鐓粗新工藝，建立了方柱體鐓粗的剛塑性力學(xué)模型。

 二、拔長工藝

拔長是大型軸類鍛件鍛造過程中必須的一道工序，也是影響鍛件質(zhì)量的主要工序，通過拔長工序使坯料截面積減小，長度增加，同時也起到打碎粗晶、鍛合內(nèi)部疏松與孔洞、細化鑄態(tài)組織等作用，從而獲得均質(zhì)致密的高質(zhì)量鍛件。在研究平砧拔長工藝的同時，人們逐步開始認識到大鍛件內(nèi)部的應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài)對鍛合內(nèi)部缺陷的重要性，從普通的上下平砧拔長，發(fā)展到上平砧下 V 型砧拔長以及上下 V 型砧拔長，再到后來通過改變拔長砧形和工藝條件，又提出了WHF鍛造法、KD鍛造法、FM鍛造法、JTS鍛造法、FML鍛造法、TER 鍛造法、SUF鍛造法以及新FM鍛造法，這些方法都己經(jīng)應(yīng)用于大鍛件生產(chǎn)，并且取得較好的效果。

1. WHF鍛造法是一種寬平砧強力壓下的鍛造方法，其鍛造原理是利用上、下寬平砧，并且采用大的壓下率，鍛造時的心部大變形有利于消除鋼錠內(nèi)部缺陷，廣泛應(yīng)用于大型水壓機鍛造中。

2. KD鍛造法是在WHF 鍛造方法基礎(chǔ)上研發(fā)出來的，其原理是利用鋼錠在長時間的高溫條件下有足夠的塑性，能在有限的設(shè)備上，用寬砧大壓下率進行鍛造，采用上、下 V 型寬砧鍛造有利于鍛件表面金屬塑性的提高，增加心部的三向壓應(yīng)力狀態(tài)，進而有效地鍛合鋼錠內(nèi)部缺陷。

3. FM鍛造法是利用上平砧，下平臺鍛造時的非對稱變形，以及下平臺對鍛件變形的摩擦阻力作用，使鍛件從上到下逐漸變形，以便使拉應(yīng)力轉(zhuǎn)移到坯料與平臺的接觸面上，中心部位的靜水壓應(yīng)力得到了增加，進而改善了變形體內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)。

4. JTS 鍛造法是鍛前將鋼錠加熱到高溫，然后使表面快速冷卻，鋼錠表面進而就形成一層硬殼，心部仍然處于高溫狀態(tài)，這層硬殼對坯料的變形起到固定作用，使變形主要集中在鍛件的中心部位，從而增加了心部的壓實效果，提高了鍛件的合格率。

5. FML鍛造法是在FM法的基礎(chǔ)上降低壓力機負荷的一種鍛造法，其上砧的寬度要比坯料窄，長度方向與坯料軸向方向保持一致，下面的輔助工具仍然是大的平臺，再鍛造過程中壓下量和鍛造比都比較小，是在保證有效地鍛合坯料內(nèi)部孔洞、疏松缺陷的前提下來降低壓機的載荷。

6. TER鍛造法鍛造拔長時使用寬平砧在一個方向進行拔長，并采用錯砧工藝進行多次強壓拔長，使坯料的大變形產(chǎn)生在一個方向上，有效地鍛合內(nèi)部的孔洞型缺陷。運用該方法鍛造時，所需壓力較小，并且鍛造成形的周期較短，進而提高了勞動生產(chǎn)率，降低了生產(chǎn)成本，增加了經(jīng)濟效益。

7. SUF鍛造法是通過對砧寬比的控制，鍛造時充分減小鋼錠的高度，后將斷面鍛成矩形的一種鍛造方法，是一種用寬平砧壓扁的鍛造法，利用寬平砧壓扁，進而增大了鋼錠軸心附近金屬塑性流動范圍的寬度，更有利于鍛合坯料心部缺陷。

8. 新FM鍛造法是根據(jù)鍛件心部的橫向應(yīng)力與料寬比的關(guān)系，在FM鍛造法的基礎(chǔ)上增加了對料寬比的控制，進而來減小心部的橫向拉應(yīng)力，應(yīng)用新FM鍛造法原理進行大型鍛件生產(chǎn)時，取得了顯著的經(jīng)濟效益。

三、 胎模鍛造工藝

胎模鍛造就是直接用坯料或者先經(jīng)過自由鍛把坯料預(yù)鍛成胎鍛所需的形狀與尺寸，而后在自由鍛設(shè)備上利用胎模進行終鍛成形的鍛造方法，胎模鍛除了需要上下平砧及通用鍛造工具外，還需要專用的胎模。胎模不固定在鍛造設(shè)備上，當使用時就放在設(shè)備的下平砧上，不用時就卸下來，使用方便，不需要安裝、大大節(jié)省了試模的時間，工藝操作靈活多樣；由于金屬變形始終在模膛內(nèi)完成，鍛件形狀及尺寸主要有胎模保證，所以可以獲得形狀復(fù)雜以及尺寸要求準確的鍛件，而且所需加熱的火次及變形工序也減少，因此不但提高了金屬材料利用率，而且減少機械加工工時，大大提高勞動生產(chǎn)率。從鍛件質(zhì)量方面來說，在成型過程時由于模具的作用，金屬變形受到限制，鍛造出來的鍛件組織致密，鍛件質(zhì)量相對較好，表面質(zhì)量也較好，機加工余量也很小，材料的利用率大大提高，生產(chǎn)效率也比較高，而且能夠鍛造形狀較復(fù)雜的鍛件；而且還可以在小型設(shè)備上生產(chǎn)大型鍛件，還可以做到局部成型，基于以上優(yōu)點，胎模鍛造已經(jīng)受到很多廠家的重視和青睞。