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

拔长工序[ 03-30 08:05 ]

拔长是使坯料长度增加，横截面减少的锻造工序。拔长的成形特点毛坯沿轴向逐次送进拔长，同时受两端不变形金属的影响，相当于连续进行的局部镦粗工序。影响拔长效果和生产率的主要参数有砧型、摩擦润滑状况、加热后坯料的温度场、坯料及砧面的相关尺寸。拔长过程中常用的砧型种类主要有上下平砧、上平砧下V型砧、上下V型砧、上下圆弧砧等。上下平砧拔长圆截面坯料时，由于工件与平砧接触面小，金属横向流动大，轴向流动小，降低了拔长效率，并且由于变形集中于与平砧接触的上下端面，容易在心部产生拉应力，生成中心裂纹。所以必须采用合理的拔长工序：应把圆

镦粗缺陷[ 03-29 10:05 ]

大型铸锭在镦粗制坯工艺中常有的缺陷：(1)难变形区变形程度小，温度降低快，导致此区域不易发生再结晶行为，晶粒无法细化，易残留铸锭原有的铸态缺陷，如疏松、偏析、缩孔、夹杂物、质点和杂质等，以上缺陷尤其是夹杂物或杂质、质点通常位于晶界处，在铸锭锻造过程中，当对铸锭施加的外载荷增大到一定程度时，在带有夹杂物等缺陷的晶界处，位错塞积或缺陷本身的分裂扩大使其形成微观孔洞，这是大型铸锭锻造成形过程中普遍存在的微观组织变化。(2)大变形区变形不均匀，镦粗过程中易产生拉应力，可能使其出现内部新裂纹。(3)坯料外表面易出现裂纹，导致

平砧镦粗[ 03-29 09:05 ]

高径比H／D=1．0—2．0的圆柱体坯料在平砧间镦粗时，随着压下量的增加，金属逐渐向侧表面流动，镦粗完成后毛坯外部呈现单鼓形(中间直径大，两端直径小)，用计算机数值模拟显示坯料平砧镦粗后其内部应变分布和损伤分布如图1-1所示。从图可以看出镦粗过程中各区域的变形不均匀，损伤最容易出现于侧表面的鼓形处。根据变形情况，将毛坯内部区域分成三个变形区。第一个区域一般称为难变形区，位于坯料上下端面和平砧接触的区域；第二个区域一般称为大变形区，位于坯料内部中心区域：第三个区域为小变形区，位于坯料外自由变形的区域。坯料

制坯的自由锻工艺概述[ 03-29 08:05 ]

大型环件的生产流程通常包括以下几个步骤：锯床下料．铸锭加热一液压机制坯一再加热一径轴向轧制一热处理一机加工一检测一成品，各个环节相辅相成。尤其是性能较差、外形尺寸不好的毛坯对于后续的环件轧制影响非常大，导致轧制无法正常进行。大型环件的毛坯的生产，通常是采用液压机自由锻制而成。自由锻通常是使用简单通用的工具(如平砧、型砧)使坯料或者铸锭发生塑性变形，从而得到所需的形状尺寸和良好组织性能锻件的塑性加工方法。对于铸锭而言，锻造的作用主要是：(1)获得较好的外形尺寸——通过锻造，使得铸锭获得接近零件

大锻件在实际生产过程中具有哪些特点？[ 03-28 10:05 ]

(1)技术标准要求高重大装备上的关键零部件和基础件多是由大锻件组成，这些零部件和基础件在一些恶劣的工矿环境下，其所受到的载荷复杂，为了保证重大装备的使用安全可靠和寿命，必须确保大锻件在质量、性能等技术标准方面达到严格的要求。尤其是近些年随着科学技术的进步和行业的需求，重大装备逐渐向着大型化、高性能化、高参数化发展，这对于大型锻件的生产技术要求更为严格，除了确保能够生产出大尺寸的锻件外，更需要确保锻件制造过程中的材料领用率和锻件的性能、质量的要求。(2)制造工艺复杂且难度大大锻件的生产形式多为单件或小批量，经常会根据