大锻件 第7部分 大型锻件地特殊锻造方法.pdf

第七部分 大型锻件的特殊锻造方法 大型锻件锻造的目的之一，在于通过压力将钢锭凝固过程中形成的疏松、空 洞等缺陷锻合。近年来，由于石油、化工、电力等领域的需求，锻件尺寸越来越 大，相应的钢锭规格也越来越大型化，且远远超过锻造设备大型化的进程。如何 利用现有设备能力通过工具和锻造方法的改进实现上述目的即成为新的课题。另 外，钢锭内部的缺陷集中在其心部，希望通过特殊的工具形状在心部形成较大变 形，并形成大的静水应力。因而出现了一系列新的锻造方法。 一． FM 锻造法 1．概念 Free From Mannesmann effect 避免产生“曼内斯曼”效应，即心部不产生轴向拉应力的锻造方法。 不对称的上下砧，上为普通平砧，下为大平台。 2 ．机理 普通平砧对称拔长时沿高度方向的轴向应力分布 w / h 0.5 ε 20 % 时的等效应变和静水应力分布。 h 见下图，a ）为等效应变ε ，b ）为静水应力σ / σ 。 m 由图可见： 1 沿高度方向轴向变形分布： 变形以轴向中心线上、下对称 砧下微小变形区 过渡区较大变形区 中心较大变形区。 沿高度方向轴向应力分布： 应力以轴向中心线上、下对称 砧下大静水应力 过渡区小静水应力 中心静水应力为正值，轴向、横向均为拉应力。 缺陷集中的中心区应变强度不大，且存在较大轴向拉应力（平均应力为 正），即存在Mannesmann effect ，易使缺陷扩展。 若要不出现拉应力，则需加大砧宽至w / h 0.8 ~ 0.9 ，但所需压力很大， 对于大钢锭很难用现有的压机实现。 FM 锻造法原理 上下砧不对称，上小下大（见图）。 锻造力（主作用力）的作用面积沿高度方向逐步增大，垂直应力，即主应 2 力σ 的绝对值逐渐减小，因此上部金属容易满足屈服条件。这必将导致上部金 3 属先变形，且变形量大，下部金属后变形，且变形量小或不变形的结果。上砧 下为刚性区，其轴向变形小于中部。下砧上亦为难变形区，沿轴向的变形更小 或完全不变形，于是形成了轴向变形上部较小，下部极小，中部轴心区很大的 分布（图）。因中部金属沿轴向或横向的流动必然受到下部金属的牵制，轴心 部为轴向压应力，下部为轴向拉应力（图）。 沿高度方向轴向变形分布： 变形以轴向中心线上、下不对称 上砧下较小变形 中心线大变形 下平台上微小变形或不变形。 沿高度方向轴向应力分布： 应力以轴向中心线上、下不对称 上砧下微小拉应力 中心线压应力 下平台上拉应力。 相对于普通平砧拔长，因轴向拉应力层下移至缺陷较少的钢锭外层（图）， 有利于孔洞缺陷焊合。 实验验证 用网格法对试件进行变形实验。采用多种砧宽比和不同的压下量组合。当砧宽 3 比w / h 0.5 ，压下率ε 21% 时，轴向应变分布见图。图中显示，上部应变较 h 小，中部大，下部微小。上下部的马鞍型分布为砧下难变形区的影响。 缺陷孔洞的焊合结果及于普通平砧的比较见照片。全部实验结果见下表。 3 ．工艺参数 4 当砧宽比取0.3 ≤w / h ≤0.6 时，不出现曼内斯曼效应。所需压机载荷是同参 数（w / h,ε ）普通平砧拔长的 1.4 倍。但若在同参数下使同尺寸孔洞闭合，FM h 法所需压机载荷小。 当 w / h ≥0.6 时，FM 法与普通平砧拔长区别不很大。 适于在小进给量下拔长大型钢锭，以解决压机能力不足的问题。 较佳参数匹配：