超大型锻件FM过程中折伤的形成过程分析及砧型优化.pdf

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1、No．3《大型铸锻件》Mav2014HEAVYCASTINGANDF0RGING超大型锻件FM过程中折伤的形成过程分析及砧型优化鞠春利刘建红王敬禹(1．中国第一重型机械股份公司，黑龙江161042；2．天津重型装备工程研究有限公司，天津300457)摘要：针对300t以上超大型锻件FM压实过程中的折伤问题，采用有限元法对折伤区域的形成进行模拟，揭示FM错砧形成的台阶跟部的变形局部化是折伤形成的原因。采用上砧边部倒角的方式对砧型进行了优化，避免了锻造中材料变形的局部化，从而解决了折伤形成问题。关键词：超大型锻件；折伤；有限元法中图分类号：0242．21文献标志码：AA

2、nalysisonGenerationofFoldImprintinFMProcessofSuper—largeForging&DieShapeOptimizationJuChunli，LiuJianhong，WangJingyuAbstract：AimingatthefoldimprintcreatedduringtheFMcompactingofthesuper—largefi)rgingsabove300tons，thefiniteelementmethodisadoptedtosimulatethegenerationoffoldimprintarea，an

3、dthesimulationfindingsindicatethecauseofthefoldimprintisthelocaldistortionatthesteprootcreatedbytransversemovingthedieintheFMprocess．Thedieshapeisoptimizedbychamferingedgesoftheupperdie，localizedmaterialdistortionisavoided，therebythegenerationoffoldimprinthasbeenfixed．Keywords：super—la

4、rgeforging；foldimprint；finiteelementmethod对于300t以上超大型锻件坯料的压实锻造拟结果对FM的上砧砧型进行优化，以减小折伤过程，受到水压机的立柱空间、水压机吨位以及坯的形成倾向。料翻转等多个因素的影响，当前一般采用无中心1平面应变模型拉应力法，~[JFM(FreefromMannesmannEffect)法作为主要的压实锻造方法。根据FM的特点对模型进行简化：采用FM法锻造，上砧采用宽平砧，下砧采用(1)由于FM过程的特点，除了坯料两侧的材大平台。为了保证坯料中心能达到足够的压实效料以外，中间大部分区域基本上处于平面应变状

5、果，需要在每一砧施加较大的压下量。当前多采态，因此将模型按照等效应变简化为二维模型，如用坯料高度日的20％作为单砧压下量，即：△≥图1所示。矩形网格区域代表坯料，宽3500HX20％。这个数值导致的一个直接结果就是压mm，高3000mm。下去的这一区域同相邻区域会存在一个较高的台第2砧阶，这个台阶的高度△受多个因素影响，大致在；第1l砧HX15％～△H之间。当错砧继续压相邻区域的时候，台阶跟部常会形成折伤，这种情况很常见，是300t级以上钢锭FM过程中出伤的一个重要来源。此类折伤横跨整个接触面，且每一道次可能留下2～3条折伤。折伤一旦形成，立刻吹氧清除会影响生产，不

6、清除则可能会加深，导致后续火次表面容易出现横纹伤。本文采用平面应变的方式对折伤的形成进行模拟分析，揭示折伤的形成过程及原因，并根据模收稿日期：20l373图1平面应变模型作者简介：鞠春利(197l一)，男，从事大型锻件生产及科研工作。Figure1Planestrainmodel20《大型铸锻件》No．3HEAVYCASTINGANDF0RGINGMav2014管不在上砧正下方，但是变形受到上砧的影响。局部材料除了一个向下的位移，还存在一个向左的位移，因此实际形成的台阶是一个斜面，台阶跟部还存在一定的圆角。错砧后，为了更好的反映第二砧台阶跟部的折伤形成过程，这里将其

7、过程均匀的分成11个步骤，如图3所示。为了清楚起见，这里将有限元网图2第一砧压下过程及台阶形状格进行剔除，仅保留了台阶部位处坯料和上砧的Figure2Pressingprocesswiththefirstanvilandstepshape轮廓特征。从这11个步骤来看：(1)1—3步属于开始阶段，由于坯料上部和上砧开始未完全接触，因此台阶区域的变形主要集中在上部区域，台阶斜面的形状基本保持不变。(2)在4～6步，台阶斜面的中部逐渐弓起，呈现一个类似镦粗的变形特征。在这一阶段，由于上部材料和上砧已经紧密接触，在摩擦力作用下，变形受到上砧的强烈束缚，因此变形区域逐渐转