大锻件拔长工艺研究进展与展望

综述了拔长工艺研究进展 ,重点阐述了近期以系统观点研究拔长而获得的拔长工艺理论、临界砧宽比、临界料宽比的最新成果 。

大型锻件锻造拔长新工艺

在分析现有镦粗、拔长变形工序中难变形区对大型锻件锻造过程变形分布和应力状态影响的基础上,提出一种新的拔长工艺——凹面砧拔长。借助数值模拟方法和物理模拟方法比较了普通平砧与凹面平砧、普通V砧与凹面V砧拔长过程中大型锻件内部的等效应变、静水应力和空洞缺陷的闭合情况。结果表明,对应力状态而言,在变形量相同的情况下,对于凹面平砧锻造(CFAF)工艺,静水应力提高近30%,对于凹面V砧锻造(CVAF)工艺,静水应力提高近50%。对变形而言,静水应力相同情况下,CFAF工艺减少压下量33.5%;CVAF减少压下量26.5%。对空洞缺陷而言,凹面砧拔长空洞变形后的椭圆度较普通拔长小10%以上。与其他特殊拔长方法比较,凹面砧拔长有操作方便,附具简单的优点。

大锻件锻造拔长砧型

利用有限元软件模拟了V型砧的锻造拔长过程,并对不同夹角的V型砧压下后锻坯塑性变形区内应力、应变的状态进行比较。结果显示,在117°～153°温度范围内,V型角越大,锻坯心部金属获得的变形量越大,但同时锻坯次表层金属的变形程度减小。为此,将V型砧夹角处的V型砧面改为凸型平砧面,提出了梯型砧锻造拔长工艺。结果表明,梯型砧工艺提高了锻坯内部的压应力水平,使锻坯心部和次表层金属同时获得了较大且均匀的变形,有助于扩大锻坯内部孔洞的锻合范围,改善大锻件的内部质量。

新拔长理论工艺参数的量值匹配与确定

对新拔长理论的工艺参数──砧宽比（ｗ／ｈ）和料宽比（ｂ／ｈ）及压下率，给出了合理的量值匹配与确定。这为编制锻造变形工艺提供了可循的依据，且为建立大锻件的专家系统提供一个重要的判据。

FM上下V型砧新锻造法拔长圆柱体时心部应力场的定量物理模拟

采用光塑性法对ＦＭ上下Ｖ型砧新锻造法的锻件心部应力状态进行了测试与计算。得出了当砧宽比Ｗ／Ｄ＝０．３４时，锻件心部处于三向压应力的结果。该结果与作者所作的定性模拟结果相吻合。研究内容对生产实践有指导意义。

水平V型砧连续拔长工艺的数值模拟

对水平V型砧锻造法进行了连续拔长过程的数值模拟。以前的研究仅仅给出了单次压下拔长模拟结果,忽略了上一次压下所产生的变形对后续压下的影响,采用ANSYS有限元分析软件对水平V型砧锻造法实现了矩形截面毛坯连续拔长过程的数值模拟,分析了锻件横截面上的中心轴线横向应力分布。

核电压力壳锻件芯轴拔长工艺V砧砧角的常温模拟研究

根据核电压力壳筒体锻件拔长工艺的变形特点 ,本文提出衡量其变形优劣的定量化指标 :内部变形均匀度、端面变形率、内孔畸变率和拔长效率。采用密栅云纹法和刚 -粘塑性有限元法研究了核电筒体锻件上平下 V砧芯轴拔长 V砧砧角对变形的影响 ,综合上述各定量指标 ,较合理的 V砧砧角为

5CrNiMo模块锻件拔长折叠产生的判据

为了研究不同压下量和送进量对拔长过程中锻件表面质量的影响,建立拔长折叠产生的判断条件,以5CrNiMo模块锻件为对象,用有限元软件DEFORM-3D建立了相对应的拔长模型,分析压下量和送进量比（M值）对最大折叠角和折叠深度的影响.结果表明,产生拔长折叠的M值临界区间为0.8-1.0.由此建立了拔长过程中锻件表面折叠产生的判据：M值低于0.8-1.0这一区间时,锻件表面不产生折叠;M值属于或超出该区间时,锻件表面产生折叠.

拔长过程有限元模拟的新方法

拔长工序通常包含多个道次且每个道次中包含多次压下,采用常规有限元法模拟拔长过程的计算时间往往很长,限制了有限元模拟在拔长工艺优化设计中的应用。为提高拔长过程有限元模拟的计算效率,根据坯料局部变形的特点,提出一种刚性端自由度缩减方法:通过有限元总体平衡方程组的变换,分别对各组刚性端自由度进行缩减,以减少平衡方程组的阶数。同时还提出选取刚性端自由度的算法,并通过数值试验给出算法关键参数的取值。将此方法应用于自主开发的三维热力耦合刚粘塑性有限元程序中。分别采用此方法和常规有限元法对正八角形截面坯料的一个拔长道次进行模拟,预测拔长过程中的载荷以及道次结束后坯料的等效应变和温度分布,比较分别采用两种方法进行模拟所需的计算时间。计算结果验证了此方法的有效性。

平砧拔长矩形截面毛坯的新理论

在拔长工艺理论方面，论证了只有砧宽比ω／ｈ一个工艺参数的不足，而应增加一个工艺参数料宽比ｂ／ｈ，才能正确描述拔长毛坯中心区域的应力状态与有效控制锻件质量。该论述已被实验验证。同时用料宽比和砧宽比这二个工艺参数控制锻件内部质量的拔长工艺，简称为ＬＺ工艺。

拔长工艺参数的最佳组合

本文对影响拔长锻造质量的工艺参数进行了四因素三水平的正交试验,并且构造了评定锻造质量的评价函数,从而得出了拔长工艺参数的最佳组合。

塑性工程力学镦粗和拔长理论与技术的进展

塑性工程力学中,在拔长工艺理论方面,应用方柱体镦粗的两个新力学模型与拔长的刚端影响问题,论证了只有砧宽比一个工艺参数的不足,而应补充一个新的工艺参数——料宽比,才能正确描述拔长体中心区域的应力状态与有效控制锻件质量。并进一步解决了该拔长理论工艺参数量值的合理匹配与确定。在“锻造条件对毛坯内部空洞闭合的影响”研究中,提出了增加料宽比对横向拉应力控制的“新FM(Free from Mannesmann effect)法”。并在此基础上提出了横向无拉应力锻造法。用上述理论指导工艺生产,可大幅度提高锻件的质量。

大锻件坯料拔长锻造时的应变分析

用光塑性方法模拟研究了FM、WHF等大转子拔长工艺在不同砧宽比、不同压下量时的应变分布 ,并进行了比较分析 ,为制定合理的工艺参数提供了科学依据。

基于SA508Gr.4N钢微宏观唯象模型的核电管板锻件WHF法拔长工艺优化

基于新一代核电材料SA508Gr.4N钢的动态热变形模拟数据及试样金相显微组织,借助Zener-Hollomon参数,采用线性回归分析,得到由应变速率及温度决定的SA508Gr.4N钢的动态再结晶晶粒演变微观模型,结合已建立的流动应力与应变、应变速率及温度的两段式宏观本构模型,基于DEFORM软件,进行二次开发,建立了SA508Gr.4N钢的有限元微宏观唯象模型。对标准动态热变形实验进行模拟,得到模拟值和实测值的相关系数为0.9524,验证了模型的有效性;设计非均匀变形试样并进行热压缩实验,6个典型点的晶粒尺寸平均误差约为16.78%,且试样不同位置晶粒尺寸的实验值和模拟值的变化趋势基本吻合,验证了模型在复杂热变形条件下的准确性。基于该模型对大型核电管板锻件首道次的宽砧强力压下锻造法拔长过程进行模拟,对比研究了在不同砧宽和布砧方式下锻件内部的等效应变、轴向应力和平均晶粒尺寸分布的差异,及其对锻件芯部质量的影响规律,发现采用2200 mm砧宽和水冒口交替布砧是最合理的工艺参数组合。

平砧拔长矩形截面毛坯横向应力控制的试验研究

通过物理模拟试验，定性地研究了平砧拔长时横向应力的性质与大小对各工艺参数的依赖关系，得出了靠砧宽比参数不能改变横向应力的性质；必须增加料宽比参数并同时考虑压下量的控制，才能避免在工件内部产生横向拉应力的结论。

凹面砧方坯拔长研究

以 ANSYS软件为平台 ,分别利用凹面砧、平砧两种砧型对方坯拔长进行三维数值模拟。当坯料心部获得相同等效应变时 ,比较中心部位沿轴向的变形区大小和静水应力分布情况 ,发现用凹面砧拔长较平砧拔长更有利于消除锻造缺陷 。

双剪应力屈服准则解析圆坯拔长锻造

建立了圆坯拔长锻造的运动许可速度场与应变速率场。采用双剪应力屈服准则经上界定理求得解析解,该解与传统工程法进行了比较,计算结果高于传统工程法的结果。

不同型砧对圆柱体拔长的影响研究

基于DEFORM-3D有限元软件模拟了3种型砧的拔长过程,并对不同变形条件下工件的等效应变、动态再结晶百分数、晶粒大小以及模具载荷状况进行了比较。仿真结果显示:弧面砧能够有效增大工件整体应变、增加动态再结晶百分数,起到细化晶粒的效果,但是弧面砧拔长所受载荷较大。

轴类拔长工艺的研究与展望

综述了轴类锻件拔长工艺的研究历程,主要介绍了平砧拔长、JTS锻造法、FM锻造法、WHF锻造法、凹型角度砧拔长以及凸面砧拔长的工艺特点。说明了拔长工艺正朝着研究工件心部等效应变的均匀性与控制内部缺陷的方向发展,阐述了未来锻造行业向绿色锻造与实现自动化的方向发展的必要性与可能性。

液压机上镦粗与拔长新理论与新工艺的研究

在镦粗工艺理论方面 ,提出了圆柱体镦粗的刚塑性力学模型的拉应力理论和静水应力力学模型的切应力理论 ,设计了锥形板镦粗的新工艺。在拔长工艺理论方面 :应用方柱体镦粗的两个新力学模型与拔长的刚端影响问题 ,论证了只有砧宽比一个工艺参数的不足 ,而应补充一个新的工艺参数——料宽比 ,才能正确描述拔长体中心区域的应力状态与有效控制锻件质量 ;并进一步解决了该拔长理论工艺参数量值的合理匹配与确定 ;在“锻造条件对毛坯内部空洞闭合的影响”研究中 ,提出了增加料宽比对横向拉应力控制的“新 FM(Free from Mannesmann effect)锻造法”;并在此基础上提出了横向无拉应力锻造法。用上述理论指导工艺生产 。