锥形板镦粗在大锻件锻造中的应用

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1、锥形板徹粗在大锻件锻造中的应用锭料傲粗是大锻件锻造中一种重耍的成形力式。由丁钢锭内部不可避免地存在缩孑L、疏松、偏析和夹杂物等缺陷，如果傲粗过程中变形和力学条件不当，在变形初期就很容易发展成为裂纹，导致整个锭料的报废。这是大锻件锻造中出现废品的一个重要原因，给国家带来巨大的经济损失。如何创造有利的力学条件，防止锭料在徹粗过程屮开裂，这是一个既有重大理论意义，又有重大经济价值的课题。不少专家学者作了大量研究工作，提出采用球形板和碟形板徹粗的建议（图1）。V777,7777A图1傲粗板的三种形式（a）平板（b）球形板

2、（c）碟形板作者认为采用球形板和碟形板傲:粗固然可以提高锭料内部的静水压力，提高材料的塑性，防止裂纹的产生，但是靠近球形板和碟形板附近会出现范围较人的难变形区，致使该区域内铸态晶粒的破碎不完全，内部孔隙难以锻合，材料的机械性能无法改善，这同样会使锻件质量不能达标。文献［1］提出采用锥形板徹粗，这是一种新颖的设想。这项新工艺已成功地在生产屮应用，有效地防止裂纹的产生。按传统的观点，锥形板徹粗比平板徼粗更容易使锭料开裂，为什么事实上采用锥形板傲粗又确实能抑制裂纹的产牛呢?木文从理论上对此作以下分析。利用主应力法可以推

3、导出，平板徹粗时（图2）,接触面上的正压力oz为:式中kl=tana+tanPk2=-kls+t（2+tan2a+tan2P）下面列举实例说明Z。例：设臣径为d,高度为h的圆坯料分别在平板和锥形板间徹粗。假设摩擦力t=0.5S,锥角a=f3=2O°,并设h=d/2,将这些数据分别代入（1）、（2）式,知平板徼粗正应力为：(3)其分布曲线如图2,为线性分布。锥形板傲:粗止应力oz为：1+0・555!门10.272+0.728千其分布曲线如图3,按对数曲线分布。比较图2和图3,可知，锥形板徼粗的正应力明显地小于平板徴

4、粗的正应力，因而静水压力也相应地减小，材料塑性因而降低，内部缺陷容易发展，锭料容易开裂。这就是人们不愿采用锥形板做粗的原因。图3锥形板徹粗（后期）为什么文献［1］提出，而H经实践证明，采用锥形板徼粗能抑制锭料内部裂纹的产生呢？比较平板徹粗和锥形板徹粗的区别即可发现，平板徹粗时，圜坯端面与平板同时接触，坯料内外部同时开始徴粗变形。由丁•接触表面的摩擦引起的径向压应力or不是很大。而锥形板傲粗则不同（图4）,锥形板首先是以屮心锥尖与圆坯端面接触，然后接触锥面逐渐扩大，相应地徽粗变形区也是曲内而外逐步扩大。在端面还没有

5、与锥形板接触的外围，并未开始徹粗变形，而是在內部徹粗金属的胀挤下，径向外流。因此，可将整个圆坯分成两区，外区相当受内压的厚壁筒，将内区紧紧箍住。而内区则相当于在很高的侧压力作用下傲粗。设变形过程中某瞬间的接触锥面最人半径为P（图4）,则侧压力为：(6)bln和I■…外区

6、内区内区

7、外区图4锥形板徹粗(前期)而内区的轴向应力oz为:将(6)式代入之，得:山(6)(7)式可知，开始傲粗时，P=0,侧压力q最大，直到圆坯端面全部与锥形板接触，这时P=d/2,侧压力q=0。可见，在P=d/2以前的内部徼粗是带侧压力q的

8、徹粗，其静水压力高,材料塑性好，因此,可抑制内部裂纹的产生,有利丁•内部缺陷的锻合。等到P=d/2以后，傲粗已进入后期，缺陷已有所弥合，材料性能已有所改善，产生裂纹的可能性就大大降低了。当然如果根据锭料的高度和直径，恰当地选定锥形板的角度a、［3,那么，抑制裂纹产生的效果也就会更好。采用锥形板徹粗，方法简单，效果显著，在人锻件锻造行业中将发挥垂要作用。参考文献[1]刘助柏.塑性成形新技术及其力学原理.北京：机械工业出版社，1995.[2]汪大年•金属塑性成形原理•北京：机械工业岀版社，1985・