金属流动规律

图4.7为锻造成形时的金属流动，锻造成型过程可以分为两个阶段:

第一个阶段:挤压成型阶段。在成型初始阶段，坯料开始充填了坯料与套模的径向间隙。在下模的作用下，金属逐步挤入模腔，此时，坯料可以分为上模冲下的直接受力区和与下模接触的环形间接受力区两部分。直接受力区内，由于坯料横向流动被限制，金属向下流动，直至遇到下模限制后充填模腔。所以直接受力区内，有一定高度的区域受应力低，处于弹性状态，这个区域随着变形过程的进行而缩小直至消失。间接受力区可以看为挤压成型。随着成型过程的进行，金属流动受到下模具的阻碍，分别向着下模内外圈未充满处流动。此阶段对应的模拟图如图4-7(a),  4-7(b)所示。

第二个阶段:轮缘填充阶段。随着挤压的进一步进行，金属逐步填充模腔。模腔内圈先于轮缘处充填完毕，进入轮缘填充阶段。模腔杯形内圈充填完毕后，停止变形，出现低应力区域。随着锻造力向轮缘处扩散，杯型外圈高应力区域扩大。轮缘处接近成型完成时，杯形内圈低应力区域应力重新上升。杯形内圈冲天完毕后，挤压比增加。在接近成形时，只有少数未充满的角隙部分有金属流动。此阶段对应的模拟图如图4-7(c), 4-7(d)所示。

在坯料横向中心线上取5个等距点(相距25mm )，见图4-8(a)，对其进行点追踪分析，观察坯料上质点的流动。在图4-8(b)中，随着锻造过程的进行，坯料在横向上完成充填，此时p2和p4点处于最下方，p3点处于最上方。当压下形成为45~时，p1和p2点位于轮毅外圈底部，p4和p5点位于轮毅内圈底部，此时轮毅内圈完成充填，随着变形过程的进行，开始填充轮缘部位，p1, p2和p3点向轮毅外圈移动，p4和p5没有发生移动。值得注意的是，由于轮毅内圈充填完毕，所以坯料上方的金属都向轮毅外圈移动，在图4-8 (d)所示箭头方向作出类剪切流动，尽管此时已基本完成充填，为了避免锻件出现明显的剪切线，破坏锻件的组织，最好应降低锻造速度。

在还料的一个截面上划分四边形网格，见图锻件完成锻造后网格分布见图。在靠近下模和顶杆周围存在明显的网格密集畸变区，这是由于摩擦的阻碍作用导致模具周围的应变集中，这与前文中应变分布云图(图4-6 )相对应。在常规锻造中，由于这些区域由于应变集中，再加上模具的致冷作用，很可能形成类似挤压制品中的粗晶环组织，一般在后续机加工过程中切除，这是常规锻造难以近净成形的原因之一。而在等温锻造中，应变速率较低，温度场稳定，难以发生再结晶。此外这种方法可以近似地推断锻件的流线分布，从图4-9(b)中可以看出，仿真中未发生明显的锻造缺陷特征，流线沿着锻件的几何方向合理分布。

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