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304L不銹鋼環件的成形過程與結果[ 04-07 09:05 ]

根據模擬結果，在制定實際工藝中重點考慮的就是鍛造溫度和變形量(通過鍛比來衡量)，盡量避免毛坯處于終端溫度之下，制定出實際的鍛棒工藝。客戶需求的304L不銹鋼環件的產品規格為①1400X①1157×304(力H高件)，如圖3-6所示。根據體積不變原則，考慮到熱損耗、后續熱處理、機加工余量等因素，選取鋼錠，切出冒頭和錠尾后選取尺寸約①630X700 n'un，料重約1700Kg。

鍛棒過程中的溫度分布[ 04-07 08:05 ]

圖3．4中所示為鍛棒過程中毛坯的溫度分布場，圖中將毛坯沿對稱軸進行了剖切能夠反應毛坯內部的溫度變化。從圖(b)可以看出經過第一次拔長后毛坯的內部溫度反而上升了，由初始的l100℃變成了1140℃，由于拔長過程為大變形過程，金屬發生較大的塑性變形，產生熱量，這些熱量來不及散去導致毛坯內部溫度升高，毛坯溫度升高有利于鍛造，但是溫度升高會使得毛坯內部的晶粒長大，影響最終的鍛件質量；毛坯側表面的溫度較低，大致在終鍛溫度850℃附近，這是由于拔長過程中毛坯的側表面與平砧相接觸，表層溫度傳導向平砧，導致溫度降低較快，這時表層溫

鍛棒過程等效應變分布[ 04-06 10:16 ]

圖3．2所示為鍛棒過程中等效應變分布場。圖(a)可以看出，圓柱體坯料鍛成大方形截面毛坯時，毛坯內部軸線先發生塑性變形，翻轉過程中外側表面中心區域也逐漸開始發生塑性變形，拔長的過程可以看成是局部的鐓粗成形，先發生塑性變形的地方出現在變形量較大的中心區域；繼續將大方形截面的毛坯鍛成小方形截面的毛坯過程中，由于反復翻轉鍛造，使得變形量增大，變形區域擴大(圖Co))I繼續倒棱滾圓完成第一次拔長后，打方過程中變形較小的棱角發生了一定的塑性變形，從而整個毛坯都發生了塑性變形(圖(c))：繼續進行第一步鐓粗和第二次拔長工藝，進一

304L不銹鋼鍛棒成形工藝模擬過程[ 04-06 10:11 ]

圖3．1為鍛棒工藝流程圖，其工藝流程為拔長．鐓粗．拔長，模擬過程中根據坯料的表面的溫度確定是否進行二次加熱，防止坯料溫度低于終鍛溫度。拔長采用的方式上下平砧的方式拔長，具體步驟：平砧將圓坯料鍛成大截面的方形毛坯，繼續用平砧將大截面的方形坯料鍛成小截面的方形毛坯，最后用平砧將小截面的方形毛坯倒棱滾圓成圓毛坯。圖中工序l一3為第一次拔長過程中將中630X700 mm的圓坯料，鍛成截面尺寸為540 X 480mm的方形毛坯，工序4-6繼續將上述方形毛坯鍛成截面尺寸為450X430mm的方形毛坯，工序7為經過倒棱滾圓后的毛

304L不銹鋼鍛棒成形工藝方案的設計[ 04-06 10:02 ]

改進前的工藝方案：下料一加熱鑄錠一壓機鐓粗、沖孔制坯一環件徑軸向軋制一再加熱、熱處理一機加工一檢測。產品缺陷：主要是環件出現粗晶現象，取樣進行理化性能檢測，即：抗拉強度、屈服強度、延伸率、沖擊功、硬度，未能達到廠家要求的理化性能指標。分析原因：(1)采購鋼錠時，考慮到成本問題，未能嚴格控制鋼錠的化學元素含量，選用價格較為低廉的鋼錠，導致環件出現粗晶問題；(2)企業以前沒有相關不銹鋼環件軋制的經驗，對不銹鋼性能和鍛造工藝了解不夠充分，簡單套用普通碳鋼環件的生成工藝，導致環件出現粗晶問題；(3)最主要的原因是工藝制定不

304L不銹鋼鍛造過程中的特點[ 04-04 10:05 ]

奧氏體不銹鋼鍛造過程中特點：(1)再結晶溫度高、速度慢、變形抗力大。因為奧氏體不銹鋼內含有大量的Cr、Ni等合金元素。(2)鍛造溫度范圍窄，不宜過高，也不宜過低。因為始鍛溫度過高時，Y區進入到了U+Y區，使得Q鐵素體量增多，高溫狀態下的塑性明顯降低，同時存在晶粒粗化的趨勢；鍛造溫度過低時，沿晶界析出Cr含量較高的金屬間化合物Q相，也導致塑性下降。鍛造過程中必須保證始鍛溫度不高于1150℃，終鍛溫度不低于850℃。(3)鍛件容易發生開裂。實際鍛造過程中嚴格控制鍛造溫度和變形程度，盡量不采用拉應力較大的變形方式。(4)

304L不銹鋼鍛棒成形工藝的研究[ 04-04 09:05 ]

核能、風能、太陽能是目前最為清潔的能源，作為可再生的重要能源，主要特點為穩定性高、污染小，這對于緩解能源危機和改善環境有著相當重要的作用。隨著能源工業的發展，世界各國越來越重視核能、風能、太陽能三大清潔能源的開發與運用，尤其是中國近些年來開始發展核電行業，給國家帶來了巨大的經濟和社會效益。以前核電設備的一些大型零部件多采用拼焊的方式設計而成，近些年來，隨著成形技術和產品性能的要求，尤其是鋼錠的冶煉、鍛造工藝和后續零部件的熱處理工藝技術的顯著提高，這些大型零部件多采用鍛造而成。然而對于一些大型關鍵零部件來說，主要依賴

成形載荷[ 04-04 08:05 ]

成形載荷是選取壓力機噸位以及制定工藝流程重要的技術參數。圖2．25所示為H／D每2．5的坯料進行兩步法鐓粗成形工藝過程中軸向鍛造載荷與上砧行程的曲線。從圖中可以看出兩步法鐓粗成形工藝可劃分為三個階段。首先是，錐形砧作用于坯料，使得上下難變形區的金屬開始發生塑性流動，隨著壓下量的增加，上砧的載荷逐漸增大，當端面的坯料完全貼模時，載荷達到此階段載荷達到最大值；其次是，更換為平砧后，隨著壓下量的增加，端面處的坯料流動加快，逐漸開始與平砧接觸，直至完全貼模，載荷緩慢增加；最后是，貼模后隨著壓下量的增加，內部大變形區區域逐漸

兩種工藝的應力比較[ 04-03 10:05 ]

圖2．23所示為H／D-2．5的坯料進行兩步法鐓粗成形工藝與平砧鐓粗成形工藝時，坯料內部中點的徑向應力、切向應力與壓下量的關系。由圖可以看出，采用平砧鐓粗工藝時，在壓下量40％之前，坯料內部中心點的應力值隨著壓下量的增加而增大，切向應力、徑向應力均為拉應力，坯料墩粗過程中，軸向應力為壓應力，在此之前，內部中點的應力狀態為兩向拉應力一向壓應力狀態，拉應力的存在可能會誘發鑄錠內部原有的孔洞變成裂紋，嚴重影響毛坯的內部質量；在壓下量40％之后，毛坯內部中點的徑向應力與切向應力隨著壓下量的增加而急劇增加，此時切向應力、徑向

坯料兩步鐓粗成形的應力場分析[ 04-03 09:05 ]

過程l為起始狀態，過程2為第一步鐓粗過程中的狀態，過程3為第一步鐓粗完成后貼模的狀態，過程4為第二步鐓粗過程中平砧與毛坯完全貼模的狀態，過程5為第二步鐓粗完成時的狀態。圖中的數值為正表示拉應力，數值為負表示壓應力。圖2．2l所示為H／D-2．5的坯料在兩次鐓粗成形工藝過程中，不同L值時鐓粗后毛坯內部中點的應力狀態。由于坯料為軸對稱結構，故內部中點的徑向應力與切向應力相同。從圖中可以看出，在相同L值的情況下，狀態l到狀態3過程中，毛坯內部應力值逐漸增大，完全貼模時達到最大值，此時的應力狀態為三向壓應力，狀態3至狀態4

金屬流動速度場[ 04-03 08:05 ]

圖2．20中列出的是L=Omm，圓錐形砧砧角為2l。時，即變形最均勻時，H／D=2．5坯料采用兩步法鐓粗成形工藝過程中毛坯的成形速度場分布。鐓粗過程中，上砧作為主動模具，下砧固定不動，坯料上端面為主動變形區，下端面為被動變形區，因此從圖中可以看出上端坯料的流動速度遠遠大于下端坯料的流動速度。(a)．(b)圖中坯料在上砧作用下，同時向毛坯內部和側表面流動，側表面金屬流動相對于中心處容易，使得毛坯出現凹坑；(c)．(d)圖中更換平砧后，毛坯上下端面的金屬流動再一次開始貼模，未完全貼模時，毛坯向中心流動更快，完全貼模后，

等效應變分布[ 04-02 10:05 ]

圖2．19中列出的是L-=13mm，圓錐形砧錐角為2l°時，即變形最均勻時，H／D-2．5坯料采用兩步法鐓粗成形工藝過程中毛坯的等效應變場分布(a)圖所示圓錐形砧開始作用于坯料的上、下端面，坯料上、下端面處的金屬逐漸開始貼模，此時坯料的上、下端面難變形區處的金屬開始發生塑性變形，其他區域的坯料基本上不發生變形；(b)圖所示坯料流動至完全貼模狀態時，坯料上下端面處的塑性變形區逐漸增大，此時坯料的大變形區和小變形區的金屬發生較小的變形；(c)圖所示更換為平砧后，在平砧的作用下，坯料端面未發生變形的金屬也開始發生

兩種工藝結果對比[ 04-02 09:05 ]

表2-4所示采用兩步法鐓粗成形工藝與平砧鐓粗工藝，變形均勻性與外形尺寸的比較。從表24中可以看出，不管高徑比的大小，采用兩步法鐓粗成形工藝使得坯料變形更加充分，變形也更加均勻，外形尺寸更好。

錐形結構砧參數對鼓形系數的影響[ 04-02 08:05 ]

圖2-17中顯示的是L值對鐓粗后毛坯的鼓形系數的影響。從圖中可以看出，對于同一L值時，隨著錐形結構砧的錐角增大，鐓粗后毛坯的鼓形系數會在某一錐角處出現一個小值，錐角繼續增大，鼓形系數將減小；當L值減小時，鐓粗后毛坯的鼓形系數逐漸減小。這是由于在同一L值時，錐形結構砧的錐角較小時，對坯料上下端面作用后，第一步鐓粗后貼模程度較小，毛坯的凹坑較小，在第二步鐓粗過程中，凹坑消除后進行向外流動，產生了鼓度；當錐角合理時，第二步鐓粗完成后凹坑正好消失；當錐角較大時，第一步鐓粗后貼模程度較大，最大半徑尺寸出現在上、下端面的側表面

坯料高徑比對成形載荷的影響[ 04-01 10:05 ]

圖2．10中所示為不同高徑比坯料采用平砧鐓粗工藝所需的最大成形載荷。從圖中明顯可以看到，隨著坯料高徑比的減小，坯料完成鐓粗工藝后所需的最大成形載荷增大。高徑比的減小，坯料的截面面積增大，坯料端面和平砧接觸的面積增大，使得最大成形載荷增大。對于大型坯料的制坯工藝來說，所需的壓力機噸位較大，因此壓力機噸位對于制定工藝有著決定性的作用，實際生產過程中可以根據壓力機的噸位選擇合適的高徑比坯料。由上我們發現，高徑比的減小，鐓粗后毛坯的鼓形減小，但是毛坯的變形量減小，同時鐓粗時所需的成形載荷增大，所以實際生產中根據情況選擇合適

坯料高徑比對成形結果的影響[ 04-01 09:05 ]

圖2-7所示為不同高徑比的坯料采用平砧鐓粗工藝后毛坯的等效應變分布場圖。從圖中可以發現，平砧鐓粗后的毛坯變形極不均勻，鐓粗后的毛坯明顯存在三大變形區，毛坯上、下端面與平砧接觸存在較大的摩擦阻力，受其阻礙作用，金屬塑性變形較小，為難變形區，難變形區類似一個“半球體"，這個區域中金屬隨著離端面中心區域的距離增加，變形增大。坯料內部的區域為大變形區，整體發生了較大的塑性變形，從圖中可以發現，最大等效應變值出現在坯料端面外緣處，因為鐓粗過程中上、下端面受到摩擦的作用，此區域的金屬流動較慢，端面側表面處

外形尺寸的評定標準[ 04-01 08:05 ]

鐓粗后毛坯的外形尺寸對于后續環件軋制的裝配、金屬流動等有著重要的影響，合理的毛坯外形尺寸是軋制進行的前提。制坯的鐓粗過程中由于上、下砧與坯料端部接觸產生摩擦，以及坯料各部位溫度分布不一樣，使得坯料在側表面產生周向附加拉應力，從而產生鼓形，如果鼓形系數過大，會導致毛坯開裂報廢，因此本文通過鼓形系數來有效的衡量毛坯的外形尺寸。其中鼓形系數Q(圖2-6)的表達式如下：

變形均勻性的評定標準[ 03-31 10:05 ]

鐓粗后毛坯的應變分布的均勻程度對后續的環件軋制有著重要影響，因此本文通過鐓粗后毛坯的等效應變平均值avemge(A)和標準偏差stdevp(δ)來有效的衡量變形不均勻性。其中等效應變平均值和等效應變標準偏差定義分別如下：

大型鍛件鐓粗的摩擦條件[ 03-31 09:05 ]

在金屬塑性成形過程中，摩擦阻力存在于變形體與模具接觸表面，阻礙材料的流動，其值大小與接觸表面處的力學條件、摩擦表面狀態等有關，因而摩擦邊界條件是金屬塑性變形過程中的一個關鍵問題。采用有效的手段處理好摩擦邊界條件、選擇合理的摩擦模型對于有限元模擬結構的準備性有著重要的影響。由于大型環件制坯工藝中，坯料的塑性變形較大，因此，在數值模擬中用常剪切摩擦模型來表述坯料與砧子問的摩擦條件，其表達式如下所示：

大型鑄錠鐓粗工藝主要思路[ 03-31 08:05 ]

兩步法鐓粗成形工藝是第一步采用上、下對稱的錐形結構砧進行首次鐓粗至毛坯貼模狀態，第二步更換為上、下平砧完成坯料的鐓粗工藝，其工藝思路圖如圖2．1所示。兩步法鐓粗成形工藝過程中采用的錐形結構砧如圖2．2所示。具體工藝步驟為：先將上、下錐形結構砧定位，確保上、下錐形結構砧中心線重合；將加熱的高溫坯料定位于下錐形結構砧上，調整位置確保坯料中心線與上、下錐形結構砧中心線重合；調整完畢后，液壓機帶動上錐形結構砧下移緩慢作用于鑄錠，使得上、下端面處的金屬逐漸貼模，貼模后更換為上、下平砧完成鐓粗過程。三步法鐓粗成形工藝是先采用上