船用长轴类大锻件锻造工艺方法研究

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1、船用长轴类大锻件锻造工艺方法研究船用长轴类大锻件锻造工艺方法研究摘要：为提高长轴类大锻件拔长工艺的效率、降低成本、节约能耗、改善锻件成形质量，根据某船用长轴类大锻件的实际尺寸,结合企业实际锻造及加热设备情况制定了锻造工艺，并基于有限元数值模拟软件DEF0RM-3D研究了锻造工艺方法，针对固定上砧宽度而选择宽度相同或宽度史大的下砧，分析了锻件表面温度场、截而应力分布以及锻造力、拔长效率的情况。结果表明，采用等宽(330mm)的上下砧时，锻造效率、温度场分布均优于其它情况，所需的锻造力也较小，有利于实现长轴类大锻件的锻造成形。关键词：长轴类大锻件；锻造工艺；拔长效率；砧

2、宽1引言船用中间轴在工作过程中受旋转产生离心力以及传递扭矩和自重产生的弯曲力作用，所以对其质量提出了较高的要求。锻造加工时,不仅耍选用合理的工艺和参数以获得合格的锻件形状和尺寸，还耍结合长轴类大锻件的加工特点，选择合适的锻造工艺方法，尽量提高拔长工艺的效率。前人已经利用物理模拟或数值模拟的方法对长轴类大锻件锻造工艺路线和参数进行了大量的研究，日本学者中岛等人用塑料泥对平砧拔长、FM法进行了对比研究［1］,研究了两种拔长方法下变形体内的应力应变特性，以及锻造方法、应力应变条件对孔洞压合的影响。清华大学曹起釀等用密栅云纹对FM法［2］、平砧锻造法［3］的应力应变分布进行

3、了对比研究。为了控制坯料截血上横向拉应力的出现，燕山大学刘助柏教授提出了同时控制料宽比及砧宽比的LZ锻造法［4］,DudraandIm［5］>ParkandYang［6］模拟分析了平砧、FM法(宽平台下砧)的拔长过程。然而，这些研究基本上是针对一次压下或者一趟锻打工艺过程得出的。而长轴类大锻件的实际锻造是一个多工序、多次进给和翻转的多工步连续锻造工程，不同工步之间相互影响，如果后续工艺选择不当，有可能使前一工序成形的锻件发生开裂。因此，如何按实际锻造过程进行模拟分析，成为锻造加T的热门研究问题。本文结合现有设备情况，针对固定宽度的上砧，模拟釆用不同下砧宽度时锻件的表

4、面温度分布、锻造力、拔长效率及应力分布，确定合理的锻造工艺方法。2钢锭的选择某船用中间轴锻件图如图1所示（虚线为最终零件轮廓），材料为35CrMo合金结构钢，锻件重量约为5.736吨。由于所用锻造设备为4TSDY3.4自由锻电液锤，考虑到产品的重量和变形量，需采用4火次锻造该产品。按每火的烧损率取2%计算，坯料工艺重量约为6.2吨。考虑到工艺重量和锻造比的因素，选用8吨普通锻造用八角钢锭,长1725mm,如图2所示。钢锭在入炉前需锯去冒口和底部，以保证成品锻件中不会有缩孔或偏析等有害缺陷。钢锭可用的锭身部分的实际重量约为6.6t,符合工艺重量的要求。按上述钢锭大端直

5、径820、小端直径778取平均直径为799,计算锻件的锻造比［1］：中间轴法兰段的总锻造比K1二7992/5402=2.19,轴身段的总锻造比K2=7992/2802=8.14,符合中间轴法兰段总锻造比＞1.5.轴身总锻造比＞3.0的指标要求［9］。3中间轴锻造工艺卡片的指定合理的锻造温度范围应能保证金属在该温度范围内具有较高的塑性和较小的变形抗力，并能使锻制出的锻件获得所希望的组织和性能。在此前提下，锻造温度范围应尽可能取得宽一些，以便减少锻造火次，降低消耗，提高生产效率并方便操作等。按35CrMo合金结构钢选取始锻温度为1150°C,终锻温度为800°Co对于温

6、度头，文献［7］推荐选取20~50°C,由于采用钢锭开坯锻造，过热倾向较小，因此选择温度头为50°Co根据所要成形的锻件形状和火次分配，制定中间轴锻造的工艺卡片，如表1所示。4锻造工艺的有限元模拟由于拔长工艺在整个锻造过程中占有较大的比例，对锻件质量影响也较大，因此本文选择拔长工艺进行研究。根据实际使用设备情况，其上砧固定在动力头上，为不可拆卸宽W二330mm的平砧，下砧可以根据生产需要拆卸替换。本文研究下砧为330nini（普通平砧锻造法）、400mm、500mm和下砧为宽平台（FM锻造法）4种情况下的锻造效率、温度场分布、锻造力和应力分布情况，从而选择适合中间轴

7、成形的工艺方法。4.1有限元模型受设备吨位影响，当坯料截面尺寸较大吋，压方和拔长工序的变形较困难，研究较大尺寸截面时坯料的变形比较有意义。因此本文以第二火中的拔长过程为例，采用DEF0RM-3D有限元软件进行研究。以拔长过程中某一中间尺寸585mmX615mmX2000mni为初始毛坯。参考文献［8］获得该材料在不同温度、应变和应变率下的连续变形的流变应力模型，导入到DEF0RM-3D的预处理模块中。考虑到木文研究对象的变形量大，通过控制网格的最大边长和故大最小网格边长的比例来控制网格总数的生成，当变形量超过设定值时自动进行网格重划,生成新的高质量网格，并对主要