大型鋁合金鍛件鍛造工藝

　　大型鍛件一般用于大型機(jī)械的關(guān)鍵部位。由于工作環(huán)境差，力復(fù)雜多變，大型鍛件在生產(chǎn)過(guò)程中的質(zhì)量要求很高。大鍛件由鋼錠直接鍛造而成。在生產(chǎn)大型鍛件時(shí)，即使采用先進(jìn)的冶金技術(shù)，鋼錠內(nèi)部也不可避免地存在微裂紋、松散、收縮、偏析等缺陷，嚴(yán)重影響鍛件的質(zhì)量。為了消除這些缺陷，提高鍛件的質(zhì)量，必須改進(jìn)鍛件工藝，選擇合理的鍛件工藝參數(shù)。

　　大型鍛件鍛造不僅要滿(mǎn)足所需零件的形狀和尺寸，而且要破碎鑄件組織，細(xì)化顆粒，均勻組織，鍛造收縮孔、孔、松動(dòng)等缺陷，提高鍛件的內(nèi)部質(zhì)量。錠的尺寸越大，錠中的缺陷就越嚴(yán)重，鍛造就越難改善缺陷，從而增加鍛造的難度。在鍛造過(guò)程中，滾動(dòng)和拉伸是一個(gè)基本的過(guò)程，也是一個(gè)不可或缺的過(guò)程，對(duì)于具有特殊形狀的鍛件，輪胎模鍛也更常用。

　　一、鐓粗工藝

　　在大型鍛件的自由鍛造生產(chǎn)中，卷頭是一個(gè)非常重要的變形過(guò)程。合理選擇卷頭工藝參數(shù)對(duì)大型鍛件的質(zhì)量起著決定性的作用。反復(fù)卷頭不僅可以提高鋼坯的鍛造比，還可以破碎合金鋼中的碳化物，達(dá)到均勻分布的目的；還可以提高鍛件的水平機(jī)械性能，降低機(jī)械性能的異向性。

　　大型蛋糕鍛件和寬板鍛件主要是頭部變形，頭部變形量很大，但目前超聲波探傷率很高，主要是由于內(nèi)部水平內(nèi)裂紋層缺陷，但目前的工藝?yán)碚摕o(wú)法解釋。為此，自20世紀(jì)90年代以來(lái)，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的認(rèn)真研究，中國(guó)學(xué)者從主變形區(qū)和被動(dòng)變形區(qū)理論開(kāi)始，對(duì)頭部理論進(jìn)行了深入的研究。提出了剛性塑料機(jī)械模型的拉應(yīng)力理論和靜水應(yīng)力機(jī)械模型的切應(yīng)力理論，同時(shí)進(jìn)行了大量的定性物理模擬實(shí)驗(yàn)，利用廣義滑移線法和機(jī)械分塊法分析工件內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)，大量數(shù)據(jù)證明了理論的合理性和正確性，揭示了普通平板圓柱體內(nèi)部應(yīng)力的分布規(guī)律，提出了錐板滾動(dòng)的新工藝，建立了剛性塑料機(jī)械模型。

　　二、拔長(zhǎng)工藝

　　拔長(zhǎng)是大軸鍛件鍛造過(guò)程中必不可少的一道工序，也是影響鍛件質(zhì)量的主要工序。通過(guò)拔長(zhǎng)工藝，可以減少坯料的截面積，增加長(zhǎng)度。同時(shí)還可以破碎粗晶，鍛造內(nèi)部疏松和孔洞，細(xì)化鑄件組織，從而獲得均質(zhì)致密的鍛件。在研究平砧拉長(zhǎng)工藝的同時(shí)，人們逐漸認(rèn)識(shí)到大鍛件內(nèi)部應(yīng)力和應(yīng)變狀態(tài)對(duì)鍛件內(nèi)部缺陷的重要性，從普通上下平砧拉長(zhǎng)到上下平砧下V砧拉長(zhǎng)和上下V砧拉長(zhǎng)。后來(lái)，通過(guò)改變拔長(zhǎng)砧的形狀和工藝條件，提出了WHF鍛造、KD鍛造、FM鍛造、JTS鍛造、FML鍛造、TER鍛造、SUF鍛造和新的FM鍛造。

　　1.WHF鍛造法是一種強(qiáng)力壓下寬平砧的鍛造方法。其鍛造原理是利用上下寬平砧，壓力率大。鍛造過(guò)程中心臟的大變形有利于消除鋼錠內(nèi)部缺陷，廣泛應(yīng)用于大型水壓機(jī)的鍛造中。

　　2.KD鍛造方法是在WHF鍛造方法的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的來(lái)的。其原理是利用鋼錠在長(zhǎng)期高溫條件下具有足夠的塑性，可在有限的設(shè)備上用寬砧大壓下率鍛造。上下V型寬砧鍛造有利于提高鍛件表面的金屬塑性，增加心臟的三向壓應(yīng)力狀態(tài)，有效鍛造鋼錠內(nèi)部缺陷。

　　3.FM鍛造方法是利用上平砧、下平臺(tái)鍛造不對(duì)稱(chēng)變形、下平臺(tái)鍛造摩擦阻力，使鍛件從上到下逐漸變形，使拉應(yīng)力轉(zhuǎn)移到空白與平臺(tái)接觸面，增加中心靜水壓應(yīng)力，改善變形體的應(yīng)力狀態(tài)。

　　4.JTS鍛造方法是在鍛造前將鋼錠加熱到高溫，然后快速冷卻表面，鋼錠表面形成硬殼，心臟仍處于高溫狀態(tài)，硬殼固定鋼坯變形，使變形主要集中在鍛件中心，提高心壓實(shí)效果，提高鍛件合格率。

　　5.FML鍛造法是在FM法的基礎(chǔ)上降低壓力機(jī)負(fù)荷的鍛造方法。砧板的寬度比坯料窄，長(zhǎng)度方向與坯料軸向方向一致。以下輔助工具仍然是一個(gè)大平臺(tái)。在再鍛造過(guò)程中，壓力和鍛造比相對(duì)較小，在保證坯料內(nèi)部孔洞有效鍛造的前提下，在疏松缺陷的前提下。

　　6.TER鍛造法采用寬平砧在一個(gè)方向上拉長(zhǎng)，采用錯(cuò)誤的砧工藝進(jìn)行多次強(qiáng)壓拉長(zhǎng)，使坯料在一個(gè)方向上產(chǎn)生大變形，有效鍛造內(nèi)部孔缺陷。采用該方法鍛造時(shí)，壓力小，鍛造成型周期短，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。

　　7.SUF鍛造法是一種鍛造方法，通過(guò)控制砧寬比，充分降低鋼錠的高度，然后將截面鍛成矩形。它是一種用寬平砧壓扁的鍛造方法。采用寬平砧壓扁，增加了鋼錠軸附近金屬塑性流動(dòng)范圍的寬度，更有利于鍛造鋼坯的心臟缺陷。

　　8.新的FM鍛造方法是在FM鍛造方法的基礎(chǔ)上，根據(jù)鍛件心臟的橫向應(yīng)力與材料寬比之間的關(guān)系，增加對(duì)材料寬比的控制，從而降低心臟的橫向拉應(yīng)力。在采用新的FM鍛造方法原理生產(chǎn)大型鍛件時(shí)，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

　　三、胎模鍛造工藝

　　輪胎模具鍛造是一種直接用坯料或自由鍛造將坯料預(yù)鍛成輪胎鍛造所需的形狀和尺寸，然后在自由鍛造設(shè)備上使用輪胎模具進(jìn)行最終鍛造的鍛造方法。輪胎模具鍛造不固定在鍛造設(shè)備上，使用時(shí)放在設(shè)備下砧上，使用方便，無(wú)需安裝，大大節(jié)省了模具試驗(yàn)時(shí)間，工藝操作靈活多樣；由于金屬變形始終在模具室內(nèi)完成，鍛件的形狀和尺寸主要由輪胎模具保證，可獲得復(fù)雜的形狀和準(zhǔn)確的尺寸要求，加熱火災(zāi)和變形過(guò)程也減少，不僅提高了金屬材料的利用率，而且減少了加工時(shí)間，大大提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。在鍛件質(zhì)量方面，由于模具的作用，金屬變形受到限制，鍛件組織密集，鍛件質(zhì)量較好，表面質(zhì)量好，加工余量小，材料利用率大大提高，生產(chǎn)效率高，鍛件形狀復(fù)雜；也可在小型設(shè)備上生產(chǎn)大型鍛件，局部成型。基于上述優(yōu)點(diǎn)，輪胎模具鍛造受到了許多制造商的關(guān)注和青睞。