大型鍛件鍛造工藝
大型鍛件鍛造工藝
大型鍛件一般應用在大型機械的關鍵部位，由于工作環(huán)境惡劣，受力復雜多變，因此，在生產(chǎn)過程中對大型鍛件的質量要求很高。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，鋼錠內(nèi)部也不可避免存在微裂紋、疏松、縮孔、偏析等缺陷，嚴重影響鍛件的質量，為了消除這些缺陷，提高鍛件質量，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，對大鍛件的質量起著決定性的作用。反復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性能，減小力學性能的異向性。
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模型的拉應力理論以及靜水應力力學模型的切應力理論，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分塊法來求解分析工件內(nèi)部的應力狀態(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，從而獲得均質致密的高質量鍛件。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)部的應力、應變狀態(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，廣泛應用于大型水壓機鍛造中。
2. KD鍛造法是在WHF 鍛造方法基礎上研發(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，以便使拉應力轉移到坯料與平臺的接觸面上，中心部位的靜水壓應力得到了增加，進而改善了變形體內(nèi)的應力狀態(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)鍛件心部的橫向應力與料寬比的關系，在FM鍛造法的基礎上增加了對料寬比的控制，進而來減小心部的橫向拉應力，應用新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)過自由鍛把坯料預鍛成胎鍛所需的形狀與尺寸，而后在自由鍛設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備上，當使用時就放在設備的下平砧上，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，鍛件質量相對較好，表面質量也較好，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雜的鍛件；而且還可以在小型設備上生產(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。
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