大型锻件锻造工艺
大型锻件锻造工艺
大型锻件一般应用在大型机械的关键部位，由于工作环境恶劣，受力复杂多变，因此，在生产过程中对大型锻件的质量要求很高。大锻件由钢锭直接锻造成形，生产大型锻件时，即使采用先进的冶金技术，钢锭内部也不可避免存在微裂纹、疏松、缩孔、偏析等缺陷，严重影响锻件的质量，为了消除这些缺陷，提高锻件质量，就必须改进锻造工艺，选用合理的锻造工艺参数。
大型锻件锻造不仅要满足所需零件形状和尺寸，而且重要的是破碎铸态组织、细化晶粒、均匀组织、锻合缩孔、气孔和缩松等缺陷，提高锻件内部质量。钢锭尺寸愈大，钢锭中的缺陷也愈严重，锻造改善缺陷愈困难，进而增加了锻造难度。在锻造过程中，镦粗和拔长是基本的工序，也是不可缺少的工序，对于具有特殊外形的锻件来说，胎模锻造也较为常用。 一、 镦粗工艺
在大型锻件的自由锻生产中，镦粗是一个非常主要的变形工序。镦粗工艺参数的合理选择，对大锻件的质量起着决定性的作用。反复的镦拔不但可以提高坯料的锻造比，同时也可以破碎合金钢中的碳化物，达到均匀分布的目的；还可以提高锻件的横向力学性能，减小力学性能的异向性。
大型饼类锻件和宽板锻件都是以镦粗为主要变形，且镦粗的变形量很大，但是目前该类锻件的超声波探伤废品率很高，主要因为内部出现了横向内裂层缺陷，然而现行的工艺理论对此不能解释。为此，从90年代开始，中国学者经过长时间的认真研究，从主变形区以及被动变形区理论出发，对镦粗理论进行深入研究。提出了平板镦粗时刚塑性力学模型的拉应力理论以及静水应力力学模型的切应力理论，与此同时还进行了大量的定性物理模拟实验，并利用广义滑移线法和力学分块法来求解分析工件内部的应力状态，大量数据证明了该理论的合理性和正确性，揭示了利用普通平板镦粗圆柱体时其内部应力的分布规律，进而提出了锥形板镦粗新工艺，建立了方柱体镦粗的刚塑性力学模型。
二、拔长工艺
拔长是大型轴类锻件锻造过程中必须的一道工序，也是影响锻件质量的主要工序，通过拔长工序使坯料截面积减小，长度增加，同时也起到打碎粗晶、锻合内部疏松与孔洞、细化铸态组织等作用，从而获得均质致密的高质量锻件。在研究平砧拔长工艺的同时，人们逐步开始认识到大锻件内部的应力、应变状态对锻合内部缺陷的重要性，从普通的上下平砧拔长，发展到上平砧下 V 型砧拔长以及上下 V 型砧拔长，再到后来通过改变拔长砧形和工艺条件，又提出了WHF锻造法、KD锻造法、FM锻造法、JTS锻造法、FML锻造法、TER 锻造法、SUF锻造法以及新FM锻造法，这些方法都己经应用于大锻件生产，并且取得较好的效果。
1. WHF锻造法是一种宽平砧强力压下的锻造方法，其锻造原理是利用上、下宽平砧，并且采用大的压下率，锻造时的心部大变形有利于消除钢锭内部缺陷，广泛应用于大型水压机锻造中。
2. KD锻造法是在WHF 锻造方法基础上研发出来的，其原理是利用钢锭在长时间的高温条件下有足够的塑性，能在有限的设备上，用宽砧大压下率进行锻造，采用上、下 V 型宽砧锻造有利于锻件表面金属塑性的提高，增加心部的三向压应力状态，进而有效地锻合钢锭内部缺陷。
3. FM锻造法是利用上平砧，下平台锻造时的非对称变形，以及下平台对锻件变形的摩擦阻力作用，使锻件从上到下逐渐变形，以便使拉应力转移到坯料与平台的接触面上，中心部位的静水压应力得到了增加，进而改善了变形体内的应力状态。
4. JTS 锻造法是锻前将钢锭加热到高温，然后使表面快速冷却，钢锭表面进而就形成一层硬壳，心部仍然处于高温状态，这层硬壳对坯料的变形起到固定作用，使变形主要集中在锻件的中心部位，从而增加了心部的压实效果，提高了锻件的合格率。
5. FML锻造法是在FM法的基础上降低压力机负荷的一种锻造法，其上砧的宽度要比坯料窄，长度方向与坯料轴向方向保持一致，下面的辅助工具仍然是大的平台，再锻造过程中压下量和锻造比都比较小，是在保证有效地锻合坯料内部孔洞、疏松缺陷的前提下来降低压机的载荷。
6. TER锻造法锻造拔长时使用宽平砧在一个方向进行拔长，并采用错砧工艺进行多次强压拔长，使坯料的大变形产生在一个方向上，有效地锻合内部的孔洞型缺陷。运用该方法锻造时，所需压力较小，并且锻造成形的周期较短，进而提高了劳动生产率，降低了生产成本，增加了经济效益。
7. SUF锻造法是通过对砧宽比的控制，锻造时充分减小钢锭的高度，后将断面锻成矩形的一种锻造方法，是一种用宽平砧压扁的锻造法，利用宽平砧压扁，进而增大了钢锭轴心附近金属塑性流动范围的宽度，更有利于锻合坯料心部缺陷。
8. 新FM锻造法是根据锻件心部的横向应力与料宽比的关系，在FM锻造法的基础上增加了对料宽比的控制，进而来减小心部的横向拉应力，应用新FM锻造法原理进行大型锻件生产时，取得了显著的经济效益。
三、 胎模锻造工艺
胎模锻造就是直接用坯料或者先经过自由锻把坯料预锻成胎锻所需的形状与尺寸，而后在自由锻设备上利用胎模进行终锻成形的锻造方法，胎模锻除了需要上下平砧及通用锻造工具外，还需要专用的胎模。胎模不固定在锻造设备上，当使用时就放在设备的下平砧上，不用时就卸下来，使用方便，不需要安装、大大节省了试模的时间，工艺操作灵活多样；由于金属变形始终在模膛内完成，锻件形状及尺寸主要有胎模保证，所以可以获得形状复杂以及尺寸要求准确的锻件，而且所需加热的火次及变形工序也减少，因此不但提高了金属材料利用率，而且减少机械加工工时，大大提高劳动生产率。从锻件质量方面来说，在成型过程时由于模具的作用，金属变形受到限制，锻造出来的锻件组织致密，锻件质量相对较好，表面质量也较好，机加工余量也很小，材料的利用率大大提高，生产效率也比较高，而且能够锻造形状较复杂的锻件；而且还可以在小型设备上生产大型锻件，还可以做到局部成型，基于以上优点，胎模锻造已经受到很多厂家的重视和青睐。
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