锻件形状对空穴扩张比的影响[ 01-06 08:05 ]

在镦粗过程中，由于变形不均匀，锻件会产生腰鼓形状，从而容易导致裂纹的产生。一般情况下，腰鼓形越大，其锻件表面越容易产生裂纹。而对于多大的腰鼓形才会导致裂纹产生，目前尚未有明确结论。在实际锻造过程中，只能凭借着经验对腰鼓形的大小进行控制，而无法准确判断鼓形大小的合理性。因此，本节将具体探讨腰鼓形状的大小对裂纹产生的影响，避免锻件表面裂纹的产生，减少缺陷，将对实际锻造过程具有重大的意义。 凤谷工业炉集设计研发,生产销售,培训指导,售后服务一体化,专利节能技术应用,每年为企业节省40%-70%的能源成本,主要产

临界空穴扩张比的计算[ 01-05 10:05 ]

学者郑长卿对空穴扩张比计算经过了长期研究，总结出了不同材料在以拉应力为主应力的情况下，临界空穴扩张比的经验计算公式：计算数据结果，空穴扩张比随压下率的变化曲线如图 4-3 所示。由图可见，钢锭表面 P1、P2和 P3点的在载荷下的空穴扩张比都随压下率的增大而迅速上升，其中钢锭表面的中心 P1点的空穴扩张比值上升速度最快，空穴扩张比的值是最大的，这可以判定 P1点是最容易开裂的危险的点。当压下率到达 65%时，当 P1点的空穴扩张比值已经接近于临界空穴扩张比 VGC时，在压下率继续增大情况下，P1点的空穴扩张比就会超

空穴扩张比的计算[ 01-05 09:05 ]

利用镦粗过程的有限元数值模拟，然后从模拟后处理结果中分别提取 P1、P2和 P3点的平均应力、等效应力和等效应变数据等，然后带入公式（4-11）分别计算应力三维度 Ra和载荷下的空穴扩张比 V，其数据如表 4-1 所示。凤谷工业炉集设计研发,生产销售,培训指导,售后服务一体化,专利节能技术应用,每年为企业节省40%-70%的能源成本,主要产品加热炉,工业炉,节能炉,蓄热式炉,垃圾气化处理设备，欢迎致电咨询:0510-88818999

裂纹产生危险点的选择[ 01-05 08:05 ]

首先，在钢锭的表面从中心到一端分别均匀的取 5个点进行跟踪镦粗过程中的应力应变变化，其各个点周向应力变化曲线如图 4-2 所示。由图可见，钢锭表面各个点的周向应力都随着压下率的增大而增大，而其中 P1、P2和 P3点由于靠近表面中心变形量大，周向拉应力都比较大；而 P4和 P5点由于接近端面，变形程度小，周向拉应力较小。根据宏观的裂纹产生理论，较大的拉应力易产生裂纹，P1、P2和 P3点都符合了要求，因此选取 P1、P2和 P3点来作为危险点进行裂纹产生分析。 凤谷工业炉集设计研发,生产销售,培训指导,售

镦粗过程纵向裂纹产生分析[ 01-04 10:05 ]

裂纹是锻造生产中常见的主要缺陷之一，通常是先形成微观裂纹，再扩展成宏观裂纹。在镦粗时，锻件的中间区域的变形量大，而两端由于受到摩擦力影响变形较小，锻件两端金属向中间流动时，中间金属受到挤压而向外，向外流动的金属便使金属表面产生切向的附加拉应力。在镦粗实际过程中，由于金属材料变形不均匀引起的金属表面的切向拉应力，从而容易导致金属材料侧表面纵向裂纹的产生（如图 4-1 所示）。根据镦粗纵向裂纹产生的分析，从宏观来看，裂纹产生的主要原因是由于镦粗过程锻件表面产生拉应力。但从细观的角度分析，金属材料内部空穴的形核、扩张和聚

拔长过程锻件尺寸变化[ 01-04 09:05 ]

图 3-14 为拔长过程中锻件横截面尺寸试验测量值与有限元模拟值的变化情况。第 0次翻转表示锻造前锻件横截面尺寸，由图 3-14 可见，横截面尺寸 a 在翻转 90°之前均增大，而在翻转 90°之后，尺寸 a 会减小，并且在随后每次出现翻转 90°前后都会出现增大和减小的情况。而横截面尺寸 b 则与尺寸 a 呈现相反的变化规律。这是由于在拔长过程，锻件截面横向尺寸由于金属流动而出现“展宽”现象，尺寸会增大，而高度方向尺寸由于受到砧板锻打，高度会下降

拔长过程温度的比较[ 01-04 08:05 ]

图 3-13 为拔长过程中锻件侧面的有限元模拟温度与试验温度的对比。模拟和试验过程采用翻转 180°和 90°交替的翻转方式。第 0 次翻转表示锻打前锻件表面温度，第 1次翻转表示第一趟锻打后（翻转前）锻件侧表面温度。由图可见，起初的 2 次翻转锻件侧面温度变化比较小，这是由于锻打过程锻件侧面只与空气接触，传热比较少。而锻件侧面温度在第 3 次翻转前急速下降，这是由于第 3 次翻转前锻打的是翻转了 90°锻件表面，锻件的测量侧面原来与砧面接触，传热系数大，温度下降比较快。在第 4 次翻转前锻

镦粗过程的变形尺寸比较[ 01-03 15:03 ]

锻件尺寸作为锻件的形状的一个重要特征，通过验证其尺寸的变化一致性可以用来验证金属材料的流动性能和力学性能的参数的可靠性。 镦粗过程的锻件的尺寸试验测量值和有限元模拟计算值如图 3-12 所示。由图 3-12（a）可见，镦粗过程锻件高度尺寸随着锻锤次数的增加而逐步减小，在初始阶段锻件高度下降比较快，而在后面阶段锻件高度变化速度减小。这是由于在开始镦粗时，锻件变形温度比较高，变形抗力较小，因此在镦粗过程的前面阶段锻件高度尺寸下降比较快。而随着镦粗的进行，锻件温度有所下降，且锻件与砧的接触面积增大，变形抗力增大

镦粗过程的表面温度对比[ 01-03 14:54 ]

在锻造过程中，锻件温度是作为控制锻造过程开展的一个重要指标，也是材料热物理性能的表现，因此通过试验来验证有限元模型锻件表面温度的分布，可以验证有限元材料模型的热物理性能参数的准确性。 镦粗过程锻件侧表面温度的试验测量结果与模拟结果如图 3-11（a）所示，当打击锤数初始为 0，即表示锻造前锻件侧表面的试验测量值。在整个镦粗过程，锻件侧表面温度的试验值要小于模拟值，并且试验值与模拟值的差值随着打击锤数的增加而增大。 镦粗过程锻件端面温度变化曲线如图 3-11（b）所示，从锻锤数 0 到第 3 锤之

第一次拔长锻造过程的测量[ 01-03 14:39 ]

对于拔长过程数据的测量，本试验选取锻件截面尺寸锻打接近至 200mm×200mm时，开始测量锻打后锻件表面温度和截面尺寸的变化数据。锻打过程中，采用锻件翻转180°－90°交替锻打的拔长方法（如图 3-7 所示），即每锻件锻打完一趟后，逆时针翻转180°进行锻打一趟，然后再逆时针翻转90°锻打一趟，接着又继续循环下去。为了记录的方便，把最初锻打锻件朝向向上的横截面变长尺寸标记为 a，把朝向向右的横截面边长尺寸标记为 b，如图 3-8 所示。每锻打完一趟后，测量被锻打后表面

第一次镦粗锻造过程的测量[ 01-02 10:05 ]

在镦粗过程中，选取每锻打锻件 1锤，对锻件测量一次。测量过程利用红外测温仪快速测量锻件端面中心点的温度和表面中心点的温度（如图 3-6 所示），并用卡钳和量尺测量锻件变形的尺寸，包括锻件中间鼓肚最大直径 Dmax、及高度 H。当锻件高度镦粗至 190mm 时，停止测量数据，测量数据如表 3-5 所示。凤谷工业炉集设计研发,生产销售,培训指导,售后服务一体化,专利节能技术应用,每年为企业节省40%-70%的能源成本,主要产品加热炉,工业炉,节能炉,蓄热式炉,垃圾气化处理设备，欢迎致电咨询:0510-88818999

锻造试验测量方法[ 01-02 09:05 ]

根据表 3-4 所制定的锻造工艺卡进行锻造，其试验过程中镦粗和拔长工序如图3-5所示，锻打过程中通过夹钳进行手动转动、翻转和送进等操作。由于锻造过程包含了镦粗和拔长两种主要锻造工序，其变形量比较大。因此本试验选取了第一次镦粗和第一次拔长过程进行数据的测量。 凤谷工业炉集设计研发,生产销售,培训指导,售后服务一体化,专利节能技术应用,每年为企业节省40%-70%的能源成本,主要产品加热炉,工业炉,节能炉,蓄热式炉,垃圾气化处理设备，欢迎致电咨询:0510-88818999

试验锻造加热设备—室式锻造加热炉[ 01-02 08:05 ]

加热设备采用 1.5×1M 天然气加热炉如图 3-1 所示，炉子炉膛规格深 1000mm×宽1500mm×高 1700mm，最高加热温度 1280℃。加热炉加热过程的温度采用可编程电脑控制系统进行控制，温度控制精度：±5℃，温度均匀性≤6℃。 凤谷工业炉集设计研发,生产销售,培训指导,售后服务一体化,专利节能技术应用,每年为企业节省40%-70%的能源成本,主要产品加热炉,工业炉,节能炉,蓄热式炉,垃圾气化处理设备，欢迎致电咨询:0510-88818

锻造方法的第二次拔长的形状[ 01-01 10:05 ]

采用三种不同锻造方法拔长后，坯料的形状如图 2-33 所示。三个坯料的总体尺寸大致为1500mm×485mm×485mm，达到了预定的尺寸要求。由图可见，三个坯料总体形状相同，只有在坯料的两端形状有所不同。在坯料的两端，由于受到锻锤的击打，金属流动而产生一定的腰鼓形。采用轴向反复镦拔和径向十字锻造法锻造后，坯料两端的腰鼓形状基本是一致的；而采用综合锻造法锻造后，坯料两端的腰鼓形最小，这是由于采用综合锻造法第二次拔长时，坯料是通过转角 45°倒棱来进行拔长，在倒棱过程中，由于砧板于坯料

锻造方法的第二次拔长的锻造载荷分析[ 01-01 09:05 ]

当坯料长度达到 1100mm 时，先锻打坯料一趟后，然后翻转 90°再锻打一趟，分别记录不同锻造方法在此过程中上砧板受到最大的锻造载荷曲线（如图 2-32 所示）。由图可见，采用综合锻造法拔长时上砧板的锻造载荷要比轴向拔长和径向拔长时的锻造载荷小，其原因是在综合锻造法拔长采用的是倒棱压方拔长，拔长过程坯料与砧板之间的接触面积要比其他两种拔长方法小，锻造变形抗力会相对比较小一些。而轴向反复镦拔和径向十字锻造法的拔长锻造载荷变化曲线比较一致，其原因是在锻造条件下，两种方法的锻造坯料形状比较一致，变形抗力相似。在

锻造方法的第二次拔长的表面温度场分析[ 01-01 08:05 ]

采用不同锻造方法第二次拔长后，坯料表面温度场分布情况如图 2-30 所示。由图可见，三种不同锻造方法拔长后坯料表面温度有一个共同点，是低温区主要出现在坯料的两端的边缘区域，这是由于坯料两端边缘处散热性好，温度低些。而不同点是采用轴向反复镦拔法拔长后坯料表面温度分布比较均匀；而采用径向十字锻造法和综合锻造法拔长后坯料表面温度低温区相对比较多一些，其原因是第二次拔长时坯料拔长方向不同所造成的，轴向拔长时，坯料两端端面 E1与砧板的接触，而径向十字和综合拔长时，坯料侧表面 S1是第二次镦粗与砧板接触的表面，因此三种不同锻

第二次镦粗的成形质量和形状分析[ 12-31 10:05 ]

三种不同锻造方法第二次镦粗完成后坯料的形状如图 2-28 所示。由图可见，第二次镦粗后，坯料近似一个正方体。与第一次镦粗后的腰鼓圆柱体相比，形状有很大的差异。这是由于镦粗前坯料的形状不同所造成的。三种不同锻造方法镦粗后的坯料侧表面都有明显的下凹，这是在第一次拔长后坯料侧表面 S1的不平整下凹所造成的。可见，第一次拔长的坯料表面的成形质量对第二次镦粗后坯料的表面成形质量有着直接的影响。 坯料的镦粗后的侧视图如图 2-29 所示，由图可见，采用轴向反复镦拔法镦粗后，坯料中间出现的鼓肚形要比采用径向十字锻造法和

第二次镦粗的锻造力分析[ 12-31 09:05 ]

第二次镦粗过程中锻锤最大锻造载荷变化曲线如图 2-27 所示。由图可见，不同锻造方法第二次镦粗过程的锻造力载荷曲线的变化规律基本是一致的，坯料内部金属材料会产生致密现象，并且坯料与砧板的接触面积会越来越大，导致了砧板的锻造力随着压下率的增大了线性增大。在镦粗的起始阶段，采用轴向镦拔法的锻造载荷上升速度比采用径向十字和综合法的锻造载荷上升速度快，主要是由于轴向镦粗的坯料两端鼓肚形状要小于其他两种锻造方法坯料两端鼓肚形状，在相同相对压下率的情况下，坯料两端与砧的接触面积最大。而随着镦粗的进行，压下率不断增大，不同锻造方

第二次镦粗的表面温度分析[ 12-31 08:05 ]

第二次镦粗完成后坯料的温度场如图 2-24 所示，由于前面锻造方法的相同，因此采用径向锻造法和综合锻造方法第二次镦粗后温度场相同的。由图可见，由于镦粗过程中，温度比较低的上下砧板与坯料两端反复的进行接触，坯料与砧板之间的传热速度要比坯料与空气之间的传热速度快，坯料两端面 E1温度比较低。在坯料端面 E1的外缘区域分布着不均匀低温区，这与第一镦粗后的温度场有所不同。其原因主要是坯料经过前面的锻造后，变形已经比较严重，形状不均匀对称，造成了第二镦粗时坯料端面与砧板之间的接触不均匀，坯料端面的传热也产生了偏差。在坯料的侧

第一次拔长的表面成形质量[ 12-30 10:05 ]

第一次拔长完成后，坯料的表面质量如图 2-21 所示。为了分析坯料表面的缺陷，分别取坯料的中心平面，然后测量一个侧面中心线上的 15 个点到中心平面的距离，如图 21 所示。三种不同锻造方法的拔长后坯料侧面的平整情况如图 2-22b 所示。由图可见，轴向拔长 Xmax=-247，Xmin=-254mm，最大偏差为 7mm；径向和综合拔长 Xmax=-246，Xmin=-253mm，最大偏差为 7mm。因此，采用径向拔长的方法时，拔长后的平面平整、质量较好。凤谷工业炉集设计研发,生产销售,培训指导,售后服务一体化,专