《大型铸锻件》
July 2015
HEAVY CASTING AND FORGING
四砧径向鍛造工艺研究
曹明韩笑宇栗文锋
(中国一重轧辊研究所,天津300457)
摘要;采用四锤头径向锻造附具对轴类锻件进行锻造压实,锻件心部获得的静水压力显著增强,有利于修
复锻件内部疏松、缩孔等原始铸态组织缺陷。同时,改善了锻件表面质量并有效提高锻造效率。通过对附具及
工艺参数进行优化分析,得到了最佳压实工艺方案。
关键词:四锤头径向锻造工艺;中心压实锻造法;附具
中图分类号:TC316文献标志码:A
Research on Four Hammer Radial Forging Process
Cao Ming, Han Xiaoyu, Li Wenfeng
Abstract: By adopting four hammer radial forging auxiliary appliance for shaft forgings, the hydrostatic pressure in
the center of forgings has significantly increased, which is beneficial to repair the original as-cast structure defects of
forgings such as internal porosity, shrinkage cavity e Meanwhile, it has mproved te surface quality of forgings and
effectively increased the forging efficiency. Through the analysis and optimization of auxiliary appliance and process pa
rameters, the optimal compacting process program has been obtained
Key words: four hammer radial forging process; JTS method auxiliary applian
随着我国重型装备制造业的高速发展,对作寸为2350mmx2350mm,砧面长度1500mm。
为重型设备核心零件的大锻件的心部及表面质量
V型砧在锻件心部变形方面优于平面砧,但
都有了更高的要求。传统中心压实锻造法主要是在不断的翻转锻造过程中,V型砧对锻件表面质
通过对锻件进行表面降温(JTIS法)以及大变形量量影响较大,特别是当压下量增大时,这种影响会
的叠加作用(KD法)来达到对锻件心部铸态缺陷更加明显。通过对比分析,最终确定的砧型为平
压实的目的。在KD法压实过程中,锻件变形程面砧型。平砧及V型砧压实过程对锻件表面质
度的增加并未对其心部浄水压应力产生实质性影量的影响如图1、图2所示。
响,变形方向上同时存在着拉压应力,难以对缺陷
2砧宽尺寸分析
的焊合起到决定性作用。同时,对于目前大量塑
性差、锻造过稈中开裂倾向性较高的金属材质,传
附具砧宽是锻造压实过程中关键参数之
统工艺已不再适用,且原有工艺操作复杂、过程时砧宽尺寸过大造成变形过程中变形抗力过大,会
间长、锻件尺寸及表面质量难以有效保证,已不能对设备造成负扭;砧宽过小又会对压实质量造成
满足大锻件生产发展的要求,因此有必要对传统影响。在此特别对附具的砧宽进行研究,以提高
中心压实锻造法进行改进和创新。
锻件压实质量。
四锤头径向锻造附具通过对锻件变形过程中
分别针对1400mm、1500mm、1600mm、
施加位移约東,不仅使得锻件在较小变形量的情1700mm、1800mm共5种砧宽进行分析比较。
况下可获得较好压实效果,同时锻件变形效果均模拟前坯料已进行局部变形,且内部设置有原始
匀一致,为锻件反复旋转锻造创造了有利条件。孔洞缺陷,如图3所示。通过对单次压下后的各
项数据如孔洞尺寸变化、等效应变、静水压应力、
基本尺寸及砧形设计
附具载荷等数据进行比较,获得最佳砧宽尺寸。
通过对我公司近年来主流钢锭的锻造情况进模拟给定的压下量为坯料高度的15%,四锤头压
行统计,压实前最大直径为02400m,压实后锻下速度相同,均为10mm/s。砧宽模拟数据提取
件直径集中在1500mm左右。考虑到压机空
见图4
间尺寸,确定四锤头径向锻造附具的最大开口尺
不同砧宽压实后,锻件内部孔洞尺寸变化如
表1所示。
收稿日期:2015-05-14
由于四锤头径向锻造压实工艺采用的是对称
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变形,所以数据点只选取了位于截面中心的7个
数据点进行分析比较。从图5和表1可以看出:
压实后孔洞截面尺寸随砧宽尺寸的增加而减小;
心部静水压应力均随砧宽尺寸的增加而增加,但
靠近心部区域1700mm砧宽所得到的静水压略
高于1800mm砧宽;压实后孔洞中心截面的等效
应变变化并不是非常明显;在压机压力方面1800
图1平砧锻造压实模拟
Figure I Forging simulation with flat anvil
mm砧宽已超过压机压力范围。
通过分析,确定1700mm砧宽为最佳砧宽
3工艺过程设计
在获得附具基本参数后,还需要有合理的工
艺流程进行支撑。四锤头径向锻造压实工艺重点
要突出锻造压实效果,为此,必须进行严格验证。
两种对比工艺方案如下:
图2V砧锻造压实模拟
Figure 2 Forging simulation with V shape anvil
(1)方案一:反复以45°旋转方式进行锻造压
实,旋转2次锻造压实后,坯料外形为正8变形。
为了保证锻件表面不产生损伤,需对压下量进行
严格控制。
(2)方案二:以45°旋转方式进行锻造压实,
同时保证奇数次旋转压实时,单砧压下量在20%
左右,压实后坯料与附具的横向接触长度基本与
砧面长度一致。偶数次旋转压实时附具只对锻件
图3砧宽模拟坯料设计
进行简单倒角,以保证再次旋转锻件时,附具与锻
igure 3 Forging simulation of blanks
with different widths of anvil
件有足够大的接触面积,而简单倒角部位又不会
在压实过程中产生局部尖角而影响锻件表面质
量
两种工艺方案模拟结果如图6、图7所示,模
拟使用的坯料内置孔洞缺陷,通过比较内置孔洞
缺陷的闭合情况,优选最佳工艺方案。
从两种工艺方案的对比结果看,采用工艺方
案二锻造压实后,锻件心部质量明显优于方案
因此确定方案二为最佳工艺方案。
4新旧压实工艺对比
此次研究的四锤头径向锻造压实工艺及附具
与传统KD压实锻造方法相比较,锻件心部能够
获得更大静水压应力。虽然在等效应变方面KD
图4砧宽模拟数据提取
法略优于新型压实工艺,但是KD法在变形过程
Figure 4 Data extraction of simulation
中,横截面中拉、压应力相互交织,压应变在等效
with differ
