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送進量對端面鼓肚形狀的影響[ 01-08 09:05 ]

在拔長過程，鍛件鼓肚的大小對其產生裂紋有著重大的影響，鼓肚越大，其越容易產生裂紋。而在拔長過程的影響因素中，送進量的大小決定了鍛件與砧板接觸面積的大小，對金屬材料流動有著重大的影響，從而影響到了鍛件端面鼓肚形狀的大小。為了研究送進量對鍛件端面鼓肚的影響，用 W 表示送進量，L 表示砧寬，本文在 W=（0.4-0.8）L 之間分別取 0.4L、0.6L 和 0.8L 三個不同的送進量進行拔長。根據模擬的結果，在不同送進量的拔長下，鍛件鼓肚形狀大小隨著壓下率的變化曲線如圖 5-3 所示。由圖可見，在不同的送進量下，隨著

拔長過程鍛件端面裂紋的預測[ 01-08 08:05 ]

拔長時在鍛件端面的裂紋產生，也同樣遵循了空穴擴張導致裂紋產生的規律，因此可以利用臨界空穴擴張比的判據，對拔長時鍛件端面裂紋的產生進行預測。取鍛件長度為 920mm 時，在端面位置進行拔長時，取鍛件端面中心處一點 P1，跟蹤其在拔長過程的各項性能參數變化，然后提取等效應變、等效應力和平均應力等數據，代入到空穴擴張比的計算公式（4-11），可以得出 P1點的空穴擴張比隨壓下率的變化曲線（如圖 5-2所示）。由圖可見，在拔長時，鍛件端面中心點的空穴擴張比值隨著壓下率的增大而急速增大，當壓下率達到 15%時，其空穴擴張比值

拔長過程中端部縱向裂紋分析[ 01-07 10:05 ]

在鐓粗工序完成后，鍛件側面已經產生一定的腰鼓肚形狀。而在進行接下來的拔長工序時，由于采用了前面已經選擇的徑向十字鍛造法，拔長方向需要沿著垂直于鐓粗時的軸線方向。在拔長剛開始時，鍛件拔長的兩端實際上已經存在了一定的腰鼓形如圖 5-1（a）所示，并隨著拔長的進行，鍛件兩端鼓肚形狀會越來越大。從前面鐓粗縱向裂紋的分析可知，鍛件側面的腰鼓形狀會導致鍛件表面縱向裂紋的產生，其腰鼓形狀越大，裂紋越容易產生。因此在拔長過程，由于鍛件兩端存在著鼓肚形狀，鍛造時會產生一定的切向拉應力，從而容易導致端面裂紋的產生，如圖 5-1（b）所

鐓粗過程的孔洞閉合[ 01-07 09:05 ]

通過熱作模具鋼鋼錠的檢測發現，在鋼錠的心部存在著微小的孔洞，其直徑約為1mm-2mm，高度長短不一。孔洞缺陷存的在會使材料的連續性及其力學性能下降，對于內部質量要求較高的熱作模具鋼來說，這將會嚴重降低鍛件的使用壽命甚至使鍛件報廢。研究表明，孔洞缺陷的愈合主要有分為孔洞閉合和閉合界面焊合兩個階段，通過采用合理的鍛造變形工藝，可以使金屬材料內部空洞閉合；然后再通過高溫下原子擴散與再結晶可使已閉合的空洞進一步焊合，從而有效是恢復材料的連續性及力學性能?？锥吹拈]合是孔洞焊合的先決條件，因此，研究孔洞的閉合規律以及孔洞閉合的

鐓粗過程的疏松壓實[ 01-07 08:05 ]

疏松是大型鋼錠主要的缺陷之一，多以微小孔隙分布于鋼錠軸心上的上部和中部。鋼錠疏松的產生會降低鍛件的強度、剛度、塑性等性能指標，嚴重影響到鍛件成形后的使用性能和質量。 5CrNiMo 熱作模具鋼鋼錠采用的是圓柱形電渣重熔錠，尺寸規格為Φ580mm×1350mm，重量為 2.8t。由于鋼液凝固的特點，鋼錠不可避免的存在一些缺陷，2.8t 電渣重熔鋼錠內部實際上存在著少量疏松缺陷，位于鋼錠中心部位，其尺寸長度大約有 100mm-200mm，直徑約占鋼錠直徑 5%-10%，呈暗黑海綿狀的小點和孔隙較集

鐓粗的實驗結果[ 01-06 10:05 ]

圓棒料鐓粗后表面都產生了不同程度的裂紋，其表面裂紋情況如圖 4-10 所示，不同高徑比的圓棒料鐓粗后產生的裂紋都出現在圓棒腰鼓型面上，基本都是由圓棒料鼓肚的中心位置開始產生初始裂紋的，這與前面模擬結果鐓粗裂紋產生預測位置的結果是一致的。不同高徑比鐓粗試驗裂紋的長度并不一致，但是裂紋方向都是與豎直方向呈一定的傾角，這是由于鐓粗過程中，棒料軸向受壓縮時，內部會產生一個 45°剪切的力，導致了棒料鼓肚中心處開始破裂后，裂紋產生的方向傾向于 45°角。鳳谷工業爐集設計研發,生產銷售,培訓指導,售后服務一體化

鐓粗的實驗方案[ 01-06 09:05 ]

鐓粗裂紋試驗選取 5Cr Ni Mo 直徑為 25mm 的棒料，按照高徑比 H/D=2.3、2.0、1.7和 1.4（如圖 4-9 所示），圓棒料試樣尺寸規格分別為 Φ25mm×57.5mm、Φ25mm×50mm、Φ25mm×42.5mm 和Φ25mm×35mm。棒料初始鐓粗溫度為 1100℃。鐓粗過程中，當棒料出現裂紋即馬上停止鐓粗，然后分別測量其棒料鼓肚形尺寸參數 H、D1、D2和 Dmax（如圖 3 所示），然后計算平均端面直徑 Dmin=(D1+D2)/2 和

鍛件形狀對空穴擴張比的影響[ 01-06 08:05 ]

在鐓粗過程中，由于變形不均勻，鍛件會產生腰鼓形狀，從而容易導致裂紋的產生。一般情況下，腰鼓形越大，其鍛件表面越容易產生裂紋。而對于多大的腰鼓形才會導致裂紋產生，目前尚未有明確結論。在實際鍛造過程中，只能憑借著經驗對腰鼓形的大小進行控制，而無法準確判斷鼓形大小的合理性。因此，本節將具體探討腰鼓形狀的大小對裂紋產生的影響，避免鍛件表面裂紋的產生，減少缺陷，將對實際鍛造過程具有重大的意義。 鳳谷工業爐集設計研發,生產銷售,培訓指導,售后服務一體化,專利節能技術應用,每年為企業節省40%-70%的能源成本,主要產

臨界空穴擴張比的計算[ 01-05 10:05 ]

學者鄭長卿對空穴擴張比計算經過了長期研究，總結出了不同材料在以拉應力為主應力的情況下，臨界空穴擴張比的經驗計算公式：計算數據結果，空穴擴張比隨壓下率的變化曲線如圖 4-3 所示。由圖可見，鋼錠表面 P1、P2和 P3點的在載荷下的空穴擴張比都隨壓下率的增大而迅速上升，其中鋼錠表面的中心 P1點的空穴擴張比值上升速度最快，空穴擴張比的值是最大的，這可以判定 P1點是最容易開裂的危險的點。當壓下率到達 65%時，當 P1點的空穴擴張比值已經接近于臨界空穴擴張比 VGC時，在壓下率繼續增大情況下，P1點的空穴擴張比就會超

空穴擴張比的計算[ 01-05 09:05 ]

利用鐓粗過程的有限元數值模擬，然后從模擬后處理結果中分別提取 P1、P2和 P3點的平均應力、等效應力和等效應變數據等，然后帶入公式（4-11）分別計算應力三維度 Ra和載荷下的空穴擴張比 V，其數據如表 4-1 所示。鳳谷工業爐集設計研發,生產銷售,培訓指導,售后服務一體化,專利節能技術應用,每年為企業節省40%-70%的能源成本,主要產品加熱爐,工業爐,節能爐,蓄熱式爐,垃圾氣化處理設備，歡迎致電咨詢:0510-88818999

裂紋產生危險點的選擇[ 01-05 08:05 ]

首先，在鋼錠的表面從中心到一端分別均勻的取 5個點進行跟蹤鐓粗過程中的應力應變變化，其各個點周向應力變化曲線如圖 4-2 所示。由圖可見，鋼錠表面各個點的周向應力都隨著壓下率的增大而增大，而其中 P1、P2和 P3點由于靠近表面中心變形量大，周向拉應力都比較大；而 P4和 P5點由于接近端面，變形程度小，周向拉應力較小。根據宏觀的裂紋產生理論，較大的拉應力易產生裂紋，P1、P2和 P3點都符合了要求，因此選取 P1、P2和 P3點來作為危險點進行裂紋產生分析。 鳳谷工業爐集設計研發,生產銷售,培訓指導,售

鐓粗過程縱向裂紋產生分析[ 01-04 10:05 ]

裂紋是鍛造生產中常見的主要缺陷之一，通常是先形成微觀裂紋，再擴展成宏觀裂紋。在鐓粗時，鍛件的中間區域的變形量大，而兩端由于受到摩擦力影響變形較小，鍛件兩端金屬向中間流動時，中間金屬受到擠壓而向外，向外流動的金屬便使金屬表面產生切向的附加拉應力。在鐓粗實際過程中，由于金屬材料變形不均勻引起的金屬表面的切向拉應力，從而容易導致金屬材料側表面縱向裂紋的產生（如圖 4-1 所示）。根據鐓粗縱向裂紋產生的分析，從宏觀來看，裂紋產生的主要原因是由于鐓粗過程鍛件表面產生拉應力。但從細觀的角度分析，金屬材料內部空穴的形核、擴張和聚

拔長過程鍛件尺寸變化[ 01-04 09:05 ]

圖 3-14 為拔長過程中鍛件橫截面尺寸試驗測量值與有限元模擬值的變化情況。第 0次翻轉表示鍛造前鍛件橫截面尺寸，由圖 3-14 可見，橫截面尺寸 a 在翻轉 90°之前均增大，而在翻轉 90°之后，尺寸 a 會減小，并且在隨后每次出現翻轉 90°前后都會出現增大和減小的情況。而橫截面尺寸 b 則與尺寸 a 呈現相反的變化規律。這是由于在拔長過程，鍛件截面橫向尺寸由于金屬流動而出現“展寬”現象，尺寸會增大，而高度方向尺寸由于受到砧板鍛打，高度會下降

拔長過程溫度的比較[ 01-04 08:05 ]

圖 3-13 為拔長過程中鍛件側面的有限元模擬溫度與試驗溫度的對比。模擬和試驗過程采用翻轉 180°和 90°交替的翻轉方式。第 0 次翻轉表示鍛打前鍛件表面溫度，第 1次翻轉表示第一趟鍛打后（翻轉前）鍛件側表面溫度。由圖可見，起初的 2 次翻轉鍛件側面溫度變化比較小，這是由于鍛打過程鍛件側面只與空氣接觸，傳熱比較少。而鍛件側面溫度在第 3 次翻轉前急速下降，這是由于第 3 次翻轉前鍛打的是翻轉了 90°鍛件表面，鍛件的測量側面原來與砧面接觸，傳熱系數大，溫度下降比較快。在第 4 次翻轉前鍛

鐓粗過程的變形尺寸比較[ 01-03 15:03 ]

鍛件尺寸作為鍛件的形狀的一個重要特征，通過驗證其尺寸的變化一致性可以用來驗證金屬材料的流動性能和力學性能的參數的可靠性。 鐓粗過程的鍛件的尺寸試驗測量值和有限元模擬計算值如圖 3-12 所示。由圖 3-12（a）可見，鐓粗過程鍛件高度尺寸隨著鍛錘次數的增加而逐步減小，在初始階段鍛件高度下降比較快，而在后面階段鍛件高度變化速度減小。這是由于在開始鐓粗時，鍛件變形溫度比較高，變形抗力較小，因此在鐓粗過程的前面階段鍛件高度尺寸下降比較快。而隨著鐓粗的進行，鍛件溫度有所下降，且鍛件與砧的接觸面積增大，變形抗力增大

鐓粗過程的表面溫度對比[ 01-03 14:54 ]

在鍛造過程中，鍛件溫度是作為控制鍛造過程開展的一個重要指標，也是材料熱物理性能的表現，因此通過試驗來驗證有限元模型鍛件表面溫度的分布，可以驗證有限元材料模型的熱物理性能參數的準確性。 鐓粗過程鍛件側表面溫度的試驗測量結果與模擬結果如圖 3-11（a）所示，當打擊錘數初始為 0，即表示鍛造前鍛件側表面的試驗測量值。在整個鐓粗過程，鍛件側表面溫度的試驗值要小于模擬值，并且試驗值與模擬值的差值隨著打擊錘數的增加而增大。 鐓粗過程鍛件端面溫度變化曲線如圖 3-11（b）所示，從鍛錘數 0 到第 3 錘之

第一次拔長鍛造過程的測量[ 01-03 14:39 ]

對于拔長過程數據的測量，本試驗選取鍛件截面尺寸鍛打接近至 200mm×200mm時，開始測量鍛打后鍛件表面溫度和截面尺寸的變化數據。鍛打過程中，采用鍛件翻轉180°－90°交替鍛打的拔長方法（如圖 3-7 所示），即每鍛件鍛打完一趟后，逆時針翻轉180°進行鍛打一趟，然后再逆時針翻轉90°鍛打一趟，接著又繼續循環下去。為了記錄的方便，把最初鍛打鍛件朝向向上的橫截面變長尺寸標記為 a，把朝向向右的橫截面邊長尺寸標記為 b，如圖 3-8 所示。每鍛打完一趟后，測量被鍛打后表面

第一次鐓粗鍛造過程的測量[ 01-02 10:05 ]

在鐓粗過程中，選取每鍛打鍛件 1錘，對鍛件測量一次。測量過程利用紅外測溫儀快速測量鍛件端面中心點的溫度和表面中心點的溫度（如圖 3-6 所示），并用卡鉗和量尺測量鍛件變形的尺寸，包括鍛件中間鼓肚最大直徑 Dmax、及高度 H。當鍛件高度鐓粗至 190mm 時，停止測量數據，測量數據如表 3-5 所示。鳳谷工業爐集設計研發,生產銷售,培訓指導,售后服務一體化,專利節能技術應用,每年為企業節省40%-70%的能源成本,主要產品加熱爐,工業爐,節能爐,蓄熱式爐,垃圾氣化處理設備，歡迎致電咨詢:0510-88818999

鍛造試驗測量方法[ 01-02 09:05 ]

根據表 3-4 所制定的鍛造工藝卡進行鍛造，其試驗過程中鐓粗和拔長工序如圖3-5所示，鍛打過程中通過夾鉗進行手動轉動、翻轉和送進等操作。由于鍛造過程包含了鐓粗和拔長兩種主要鍛造工序，其變形量比較大。因此本試驗選取了第一次鐓粗和第一次拔長過程進行數據的測量。 鳳谷工業爐集設計研發,生產銷售,培訓指導,售后服務一體化,專利節能技術應用,每年為企業節省40%-70%的能源成本,主要產品加熱爐,工業爐,節能爐,蓄熱式爐,垃圾氣化處理設備，歡迎致電咨詢:0510-88818999

試驗鍛造加熱設備—室式鍛造加熱爐[ 01-02 08:05 ]

加熱設備采用 1.5×1M 天然氣加熱爐如圖 3-1 所示，爐子爐膛規格深 1000mm×寬1500mm×高 1700mm，最高加熱溫度 1280℃。加熱爐加熱過程的溫度采用可編程電腦控制系統進行控制，溫度控制精度：±5℃，溫度均勻性≤6℃。 鳳谷工業爐集設計研發,生產銷售,培訓指導,售后服務一體化,專利節能技術應用,每年為企業節省40%-70%的能源成本,主要產品加熱爐,工業爐,節能爐,蓄熱式爐,垃圾氣化處理設備，歡迎致電咨詢:0510-88818