锻棒过程等效应变分布[ 04-06 10:16 ]

图3．2所示为锻棒过程中等效应变分布场。图(a)可以看出，圆柱体坯料锻成大方形截面毛坯时，毛坯内部轴线先发生塑性变形，翻转过程中外侧表面中心区域也逐渐开始发生塑性变形，拔长的过程可以看成是局部的镦粗成形，先发生塑性变形的地方出现在变形量较大的中心区域；继续将大方形截面的毛坯锻成小方形截面的毛坯过程中，由于反复翻转锻造，使得变形量增大，变形区域扩大(图Co))I继续倒棱滚圆完成第一次拔长后，打方过程中变形较小的棱角发生了一定的塑性变形，从而整个毛坯都发生了塑性变形(图(c))：继续进行第一步镦粗和第二次拔长工艺，进一

304L不锈钢锻棒成形工艺模拟过程[ 04-06 10:11 ]

图3．1为锻棒工艺流程图，其工艺流程为拔长．镦粗．拔长，模拟过程中根据坯料的表面的温度确定是否进行二次加热，防止坯料温度低于终锻温度。拔长采用的方式上下平砧的方式拔长，具体步骤：平砧将圆坯料锻成大截面的方形毛坯，继续用平砧将大截面的方形坯料锻成小截面的方形毛坯，最后用平砧将小截面的方形毛坯倒棱滚圆成圆毛坯。图中工序l一3为第一次拔长过程中将中630X700 mm的圆坯料，锻成截面尺寸为540 X 480mm的方形毛坯，工序4-6继续将上述方形毛坯锻成截面尺寸为450X430mm的方形毛坯，工序7为经过倒棱滚圆后的毛

304L不锈钢锻棒成形工艺方案的设计[ 04-06 10:02 ]

改进前的工艺方案：下料一加热铸锭一压机镦粗、冲孔制坯一环件径轴向轧制一再加热、热处理一机加工一检测。产品缺陷：主要是环件出现粗晶现象，取样进行理化性能检测，即：抗拉强度、屈服强度、延伸率、冲击功、硬度，未能达到厂家要求的理化性能指标。分析原因：(1)采购钢锭时，考虑到成本问题，未能严格控制钢锭的化学元素含量，选用价格较为低廉的钢锭，导致环件出现粗晶问题；(2)企业以前没有相关不锈钢环件轧制的经验，对不锈钢性能和锻造工艺了解不够充分，简单套用普通碳钢环件的生成工艺，导致环件出现粗晶问题；(3)最主要的原因是工艺制定不

304L不锈钢锻造过程中的特点[ 04-04 10:05 ]

奥氏体不锈钢锻造过程中特点：(1)再结晶温度高、速度慢、变形抗力大。因为奥氏体不锈钢内含有大量的Cr、Ni等合金元素。(2)锻造温度范围窄，不宜过高，也不宜过低。因为始锻温度过高时，Y区进入到了U+Y区，使得Q铁素体量增多，高温状态下的塑性明显降低，同时存在晶粒粗化的趋势；锻造温度过低时，沿晶界析出Cr含量较高的金属间化合物Q相，也导致塑性下降。锻造过程中必须保证始锻温度不高于1150℃，终锻温度不低于850℃。(3)锻件容易发生开裂。实际锻造过程中严格控制锻造温度和变形程度，尽量不采用拉应力较大的变形方式。(4)

304L不锈钢锻棒成形工艺的研究[ 04-04 09:05 ]

核能、风能、太阳能是目前最为清洁的能源，作为可再生的重要能源，主要特点为稳定性高、污染小，这对于缓解能源危机和改善环境有着相当重要的作用。随着能源工业的发展，世界各国越来越重视核能、风能、太阳能三大清洁能源的开发与运用，尤其是中国近些年来开始发展核电行业，给国家带来了巨大的经济和社会效益。以前核电设备的一些大型零部件多采用拼焊的方式设计而成，近些年来，随着成形技术和产品性能的要求，尤其是钢锭的冶炼、锻造工艺和后续零部件的热处理工艺技术的显著提高，这些大型零部件多采用锻造而成。然而对于一些大型关键零部件来说，主要依赖

成形载荷[ 04-04 08:05 ]

成形载荷是选取压力机吨位以及制定工艺流程重要的技术参数。图2．25所示为H／D每2．5的坯料进行两步法镦粗成形工艺过程中轴向锻造载荷与上砧行程的曲线。从图中可以看出两步法镦粗成形工艺可划分为三个阶段。首先是，锥形砧作用于坯料，使得上下难变形区的金属开始发生塑性流动，随着压下量的增加，上砧的载荷逐渐增大，当端面的坯料完全贴模时，载荷达到此阶段载荷达到最大值；其次是，更换为平砧后，随着压下量的增加，端面处的坯料流动加快，逐渐开始与平砧接触，直至完全贴模，载荷缓慢增加；最后是，贴模后随着压下量的增加，内部大变形区区域逐渐

两种工艺的应力比较[ 04-03 10:05 ]

图2．23所示为H／D-2．5的坯料进行两步法镦粗成形工艺与平砧镦粗成形工艺时，坯料内部中点的径向应力、切向应力与压下量的关系。由图可以看出，采用平砧镦粗工艺时，在压下量40％之前，坯料内部中心点的应力值随着压下量的增加而增大，切向应力、径向应力均为拉应力，坯料墩粗过程中，轴向应力为压应力，在此之前，内部中点的应力状态为两向拉应力一向压应力状态，拉应力的存在可能会诱发铸锭内部原有的孔洞变成裂纹，严重影响毛坯的内部质量；在压下量40％之后，毛坯内部中点的径向应力与切向应力随着压下量的增加而急剧增加，此时切向应力、径向

坯料两步镦粗成形的应力场分析[ 04-03 09:05 ]

过程l为起始状态，过程2为第一步镦粗过程中的状态，过程3为第一步镦粗完成后贴模的状态，过程4为第二步镦粗过程中平砧与毛坯完全贴模的状态，过程5为第二步镦粗完成时的状态。图中的数值为正表示拉应力，数值为负表示压应力。图2．2l所示为H／D-2．5的坯料在两次镦粗成形工艺过程中，不同L值时镦粗后毛坯内部中点的应力状态。由于坯料为轴对称结构，故内部中点的径向应力与切向应力相同。从图中可以看出，在相同L值的情况下，状态l到状态3过程中，毛坯内部应力值逐渐增大，完全贴模时达到最大值，此时的应力状态为三向压应力，状态3至状态4

金属流动速度场[ 04-03 08:05 ]

图2．20中列出的是L=Omm，圆锥形砧砧角为2l。时，即变形最均匀时，H／D=2．5坯料采用两步法镦粗成形工艺过程中毛坯的成形速度场分布。镦粗过程中，上砧作为主动模具，下砧固定不动，坯料上端面为主动变形区，下端面为被动变形区，因此从图中可以看出上端坯料的流动速度远远大于下端坯料的流动速度。(a)．(b)图中坯料在上砧作用下，同时向毛坯内部和侧表面流动，侧表面金属流动相对于中心处容易，使得毛坯出现凹坑；(c)．(d)图中更换平砧后，毛坯上下端面的金属流动再一次开始贴模，未完全贴模时，毛坯向中心流动更快，完全贴模后，

等效应变分布[ 04-02 10:05 ]

图2．19中列出的是L-=13mm，圆锥形砧锥角为2l°时，即变形最均匀时，H／D-2．5坯料采用两步法镦粗成形工艺过程中毛坯的等效应变场分布(a)图所示圆锥形砧开始作用于坯料的上、下端面，坯料上、下端面处的金属逐渐开始贴模，此时坯料的上、下端面难变形区处的金属开始发生塑性变形，其他区域的坯料基本上不发生变形；(b)图所示坯料流动至完全贴模状态时，坯料上下端面处的塑性变形区逐渐增大，此时坯料的大变形区和小变形区的金属发生较小的变形；(c)图所示更换为平砧后，在平砧的作用下，坯料端面未发生变形的金属也开始发生

两种工艺结果对比[ 04-02 09:05 ]

表2-4所示采用两步法镦粗成形工艺与平砧镦粗工艺，变形均匀性与外形尺寸的比较。从表24中可以看出，不管高径比的大小，采用两步法镦粗成形工艺使得坯料变形更加充分，变形也更加均匀，外形尺寸更好。

锥形结构砧参数对鼓形系数的影响[ 04-02 08:05 ]

图2-17中显示的是L值对镦粗后毛坯的鼓形系数的影响。从图中可以看出，对于同一L值时，随着锥形结构砧的锥角增大，镦粗后毛坯的鼓形系数会在某一锥角处出现一个小值，锥角继续增大，鼓形系数将减小；当L值减小时，镦粗后毛坯的鼓形系数逐渐减小。这是由于在同一L值时，锥形结构砧的锥角较小时，对坯料上下端面作用后，第一步镦粗后贴模程度较小，毛坯的凹坑较小，在第二步镦粗过程中，凹坑消除后进行向外流动，产生了鼓度；当锥角合理时，第二步镦粗完成后凹坑正好消失；当锥角较大时，第一步镦粗后贴模程度较大，最大半径尺寸出现在上、下端面的侧表面

坯料高径比对成形载荷的影响[ 04-01 10:05 ]

图2．10中所示为不同高径比坯料采用平砧镦粗工艺所需的最大成形载荷。从图中明显可以看到，随着坯料高径比的减小，坯料完成镦粗工艺后所需的最大成形载荷增大。高径比的减小，坯料的截面面积增大，坯料端面和平砧接触的面积增大，使得最大成形载荷增大。对于大型坯料的制坯工艺来说，所需的压力机吨位较大，因此压力机吨位对于制定工艺有着决定性的作用，实际生产过程中可以根据压力机的吨位选择合适的高径比坯料。由上我们发现，高径比的减小，镦粗后毛坯的鼓形减小，但是毛坯的变形量减小，同时镦粗时所需的成形载荷增大，所以实际生产中根据情况选择合适

坯料高径比对成形结果的影响[ 04-01 09:05 ]

图2-7所示为不同高径比的坯料采用平砧镦粗工艺后毛坯的等效应变分布场图。从图中可以发现，平砧镦粗后的毛坯变形极不均匀，镦粗后的毛坯明显存在三大变形区，毛坯上、下端面与平砧接触存在较大的摩擦阻力，受其阻碍作用，金属塑性变形较小，为难变形区，难变形区类似一个“半球体"，这个区域中金属随着离端面中心区域的距离增加，变形增大。坯料内部的区域为大变形区，整体发生了较大的塑性变形，从图中可以发现，最大等效应变值出现在坯料端面外缘处，因为镦粗过程中上、下端面受到摩擦的作用，此区域的金属流动较慢，端面侧表面处

外形尺寸的评定标准[ 04-01 08:05 ]

镦粗后毛坯的外形尺寸对于后续环件轧制的装配、金属流动等有着重要的影响，合理的毛坯外形尺寸是轧制进行的前提。制坯的镦粗过程中由于上、下砧与坯料端部接触产生摩擦，以及坯料各部位温度分布不一样，使得坯料在侧表面产生周向附加拉应力，从而产生鼓形，如果鼓形系数过大，会导致毛坯开裂报废，因此本文通过鼓形系数来有效的衡量毛坯的外形尺寸。其中鼓形系数Q(图2-6)的表达式如下：

变形均匀性的评定标准[ 03-31 10:05 ]

镦粗后毛坯的应变分布的均匀程度对后续的环件轧制有着重要影响，因此本文通过镦粗后毛坯的等效应变平均值avemge(A)和标准偏差stdevp(δ)来有效的衡量变形不均匀性。其中等效应变平均值和等效应变标准偏差定义分别如下：

大型锻件镦粗的摩擦条件[ 03-31 09:05 ]

在金属塑性成形过程中，摩擦阻力存在于变形体与模具接触表面，阻碍材料的流动，其值大小与接触表面处的力学条件、摩擦表面状态等有关，因而摩擦边界条件是金属塑性变形过程中的一个关键问题。采用有效的手段处理好摩擦边界条件、选择合理的摩擦模型对于有限元模拟结构的准备性有着重要的影响。由于大型环件制坯工艺中，坯料的塑性变形较大，因此，在数值模拟中用常剪切摩擦模型来表述坯料与砧子问的摩擦条件，其表达式如下所示：

大型铸锭镦粗工艺主要思路[ 03-31 08:05 ]

两步法镦粗成形工艺是第一步采用上、下对称的锥形结构砧进行首次镦粗至毛坯贴模状态，第二步更换为上、下平砧完成坯料的镦粗工艺，其工艺思路图如图2．1所示。两步法镦粗成形工艺过程中采用的锥形结构砧如图2．2所示。具体工艺步骤为：先将上、下锥形结构砧定位，确保上、下锥形结构砧中心线重合；将加热的高温坯料定位于下锥形结构砧上，调整位置确保坯料中心线与上、下锥形结构砧中心线重合；调整完毕后，液压机带动上锥形结构砧下移缓慢作用于铸锭，使得上、下端面处的金属逐渐贴模，贴模后更换为上、下平砧完成镦粗过程。三步法镦粗成形工艺是先采用上

大型锻件短促的研究主要内容[ 03-30 10:05 ]

(1)利用有限元软件对两步法镦粗成形工艺和三步法镦粗成形工艺进行数值模拟，得出不同高径比坯料下，不同锥形结构砧参数(L值、锥角)对毛坯变形和外形的影响，通过等效应变值的平均值和标准偏差值来评价镦粗后毛坯的变形均匀性，通过鼓形系数来衡量坯料的外形尺寸。比较两步法、三步法镦粗成形工艺和平砧镦粗工艺的模拟结果。(2)基于两步法镦粗成形工艺和三步法镦粗成形工艺的有限元模型，探究镦粗成形过程中毛坯的等效应变分布规律、金属流动规律、应力场规律、成形载荷规律。(3)针对304L大型环件出现的粗晶问题，增加了锻棒工艺，利用有限元软

国内外大型锻件制坯的现状[ 03-30 09:05 ]

国内外有关大型锻件制坯工艺的研究现状可知：国内外的研究多对平砧间镦粗的工艺参数进行了研究，得出相关的规律，有些通过提出一些简化理论，分析平砧镦粗的情况下应力应变的分布。还有一些学者对于传统的套环内镦粗、毛坯凹形端面镦粗、软金属垫镦粗及坯料叠起镦粗工艺进行了研究；还有些提出了先压凹端面再平板镦粗和利用上、下内凹砧完成镦粗的工艺，这些工艺能够减小鼓形、一定程度上改善应力应变的分布情况；还有些提出利用锥形板有利于毛坯内部应力状态的改善，使其处于三向压应力状态，从而改善锻件内部金属的质量与性能，然而这些多是针对于小坯料和小