大型铸锻件

大型铸锻件（精选七篇）

大型铸锻件 篇1

一、经济特性分析

作为劳动以及技术密集性较大的行业, 大型铸锻件行业具有其特殊性。其行业的的建设周期较长, 并且需要大规模的投资且高投入带来的产出量却不大, 并且其产品单件是无法形成批量的, 并且由于一些外部的限制, 使得我国在铸锻件行业中的发展同国际发达国家相比, 仍旧较为缓慢。行业所面临的压力不但包括短缺压力还包括过剩压力。在这样复杂的新形势下, 我国的铸锻件行业为了更好的适应时代的要求, 结合市场需求以及国家政策, 做出了一系列的产业调整。通过调整对我国铸锻件行业的产品结构进行了优化, 实现了技术的升级以及产品的更新, 创造了经济增长的新水平, 提高了行业水平。尤其是在进入新世纪后, 我国的国民经济的发展对于行业的整体带动力的提高, 我国的大型铸锻件行业逐步的拜托了亏损的局面, 整体水平得到了良好的发展, 并逐步的缩小了同国际发达国家之间的水平差距。

二、市场现状分析

(一) 国内市场分析

当前在我国的铸锻件行业中, 能够提供优质的行业服务的主要有四家, 分别是一重、二重以及中信和上重。因此我国在大锻件的制造方面必须尽快的突破瓶颈, 从而有效的适应我国重工行业的发展需求, 上述四家企业都已经开始了大规模的行业的改造, 通过新设备的建造以提高行业的竞争力。从而使得我国的大型铸锻件行业的发展更加具有核心竞争力。另外锻件的形状随着操作机的应用, 其精度能够得到有效的控制, 制造节奏也将不断的提升, 无论是加热次数还是锻造次数都能够大大降低, 着对于设别的后续加工质量的提高以及材料的利用率的提高大有裨益, 并且通过这种方式能够避免由于多次加热导致的材料浪费和内部晶粒粗大等问题, 并且对于打赌案件成形工艺的发展, 通过操作机的应用也能得到促进和发展。

(二) 国际市场分析

国际上通过兼并联合以及淘汰等多种模式, 铸锻件厂家的分工逐步的被明确, 而其中主要包含了两种模式。一种是强强联合, 该种模式下的制造能力以及开发能力较强, 其产品主要被应用在先进的设备铸造领域, 综合实力居世界之首;另一种是专业化分工, 各有所长, 发展特色产品的专业化生产厂家。

三、我国大型铸锻件行业面临机遇与挑战

(一) 面临的机遇

1市场前景广阔

在核电领域, 根据尚未颁布的国家发改委《新能源产业振兴规划》, 对核电中长期发展规划作了进一步调整。在电力领域, 预计每年水电锻件年均需求量7000吨左右。火电与水电机组大型铸锻件需求预计在2.7万吨左右。在石化装备领域, 预计每年需锻焊结构的厚壁重型容器30台左右。在煤化工装备方面, 雨季锻焊结构重型容器市场总计需求70台左右。目前国内企业制造能力仍然不足, 市场需求广阔。铸造技术是制造业的重要组成部分, 也是先进制造技术的重要内容。面向21世纪的铸造技术正在朝着更轻、更薄、更精、更强、更韧及质量高、成本低、流程短的方向发展。大型化、轻量化、精确化、高效化、数字化及绿色化将是未来铸造等材料成形加工技术的重要发展方向。此外国家政策支持力度较大, 为行业的发展提供了便利。

(二) 面临的挑战

我国铸锻件行业所面临的挑战主要包括以下几点:首先, 受国内经济形势的变化和国家产业政策变化影响较大;其次, 国际市场需求疲软;最后则是原材料及能源价格波动风险较大。

四、提高行业竞争力的主要措施

我国的大型铸锻件生产技术水平同国际发达技术水平相比还存在着较大的差距, 而要想在这激烈的国际竞争中存活并发展, 必须做到以下几点:首先必须减小同国际发达国家的技术差距。这就要求我国的铸锻件行业需要从相对薄弱的能力入手, 打破工艺材料以及技术研发等方面相对落后的局面, 应用新技术、材料, 加大产品的开发力度, 在应用、开发以及储备方面形成技术梯度, 提高自身的综合竞争能力;很多技术设备目前仍旧依赖于进口, 因此我国铸锻件行业想要发展必须打破这种整体落后的局面。其次, 需要从产品入手减小同国际上同等行业发展的差距。通过合理的设计减小产品分布不均衡的局面, 并通过生产能力以及生产量的平衡, 对结构矛盾予以解决;在这, 提高生产自动化水平, 加大自动化生产的投入, 提高设备更新的频率。并极大规模投入, 正式由于我国铸锻件行业的集中性小, 综合能力被分散化因此缺乏相应的竞争力。最后则是通过质量的提高以及成本的控制, 保证我国铸锻件行业的竞争实力。

摘要：一个国家其综合国力的大小有很多标准来衡量, 而大型铸锻件水平是其中之一。我国改革开放带来了很多的觊觎以及挑战, 由于技术的革新, 我国的大型铸锻件行业在技术上有了很大的创新和进步, 无论是生产质量还是制造形式, 都不同于以往, 制造水平不断的得到完善, 铸造体系不断的向着更加高级的形式发展, 为我国其他工业生产领域提供了大量优质的服务以及产品, 促进国防建设的发展, 满足经济建设的需要, 在我国的社会建设中做出了不可估量的贡献。文章通过对当前铸锻件市场的分析, 结合我国铸锻件行业所面临的现状, 指出只有减小同国际先进国家之间技术上产品上的差距, 并有效提高我国的生产装备自动化水平、扩大规模、控制成本, 才能够增加行业竞争力。

关键词：行业,大型铸锻件,发展

参考文献

[1]任韶安.整合资源是提升大型铸锻件企合优势业竞争力的有效途径[A].中国铸造行业第四届高层论坛论文集[C].2009.

[2]李荣凡.整合资源发挥优势打造世界一流大型铸锻件生产基地[A].2008, 中国铸造活动周论文集[C].2008.

用锻件造句（定稿） 篇2

锻件解释

【意思】：经锻造工序制成的毛坯或工件。

锻件造句：

1、水压机和锻锤已广泛用于生产这类锻件。

2、在汽车变速箱生产中，锻件的正火质量，直接影响着零件后续机加工及最终成品率；

3、赛车的秩和比法是建立在相同的铝质底盘生产XKR，结合冲压件，锻件，以及型材，所有固定的特殊铆钉和高强度粘合剂。

4、在试验研究和多年来生产应用的基础上，就LC9铝合金锻件的等温锻造和热处理工艺对组织与性能的影响进行了分析讨论。

5、对于GH4169合金涡轮盘锻件，采用等温DA锻造工艺可能是最佳的选择。

6、此部分的釉面（由锻件裹住）应当经过热处理，以防止出现切口或划痕。

7、我公司主要经营汽、摩配件、连杆、曲轴、齿轮、球头、工具等锻件。

8、为此，对枝丫类锻件进行工艺改进-两个一连，然后把中间圆棒部分拔出，再用气割的方法将其一分为二。

9、为客户提供各种锻件，各种型号螺栓，来料加工零配件。

10、进行了工艺试验，最终得到了合格的锻件。

11、针对某些锻件的特殊尺寸精度、粗糙度的技术要求，首先选用平面冷精压的工艺。

12、制造良好的锻件必须有合适的滑润剂。

13、航空领域的发动机大量使用铁合金锻件，其中风扇三级工作叶片所用原材料为比较典型的TC6合金。

14、通过进一步优化相关工艺，其结果为生产出高质量的铝合金壳体锻件提供了科学的依据。

15、锻件和板材探伤用换能器频率一般为。

16、结合具体实例，分析了基于成本分析为主的锻件价格计算方法的局限性；

17、裂纹是钢锻件锻压加工中常见的主要缺陷。

18、锻件的物理性能（如强度、延展性和韧性）远好于基础金属，因为基础金属的晶粒是无序排列的。

19、公司现主要经营范围为各类钢锻件和模块的生产、加工。

20、直接时效（DA）锻造工艺已成为生产GH4169合金涡轮盘锻件的基本方法之一。

21、能够满足设计结构要求的锻件性一直是锻件最重要的优点之一，在某种程度上位于上述特性之首。

22、锐角会增加锻件中的应力，同时在使用时削弱锻模。

23、应有较强的质量意识和责任心去分析和解决造成铸件或锻件质量缺陷的根本原因。

24、应用该方法进行预测的结果与试验数据，和GH4169合金涡轮盘锻件的实测晶粒度一致。

25、电站转子锻件的制造工序多、锻后热处理时间长，导致生产周期较长。

26、本文针对现场存在的锻件缺陷问题，研究开发了可用于对锻件缺陷进行诊断的专家系统。

大型铸锻件 篇3

宝鼎重工经营业绩良好，2007-2009年净利润分别为4439.61万元、6181.89万元、6763.97万元，期间即使经历全球金融危机，公司亦实现了稳健成长目标。公司本次拟公开发行2500万股，募资建项以完善产业链，持续提升盈利能力。

下游需求推高行业景气度

宝鼎重工主要为客户提供各类钢种的自由锻件、模锻件及铸钢件，产品作为装备制造业的关键基础部件，广泛应用于船舶、电力、工程机械和石油化工等行业。由于船舶配套大型铸锻件业务占公司主营业务收入七成以上，公司受造船业影响最大。

造船业是船舶配套大型铸锻件的应用终端，它的兴旺直接带动大型铸锻件行业景气攀升。我国船舶工业多年来保持了快速增长势头，2010年前半年我国造船完工量达到2963万载重吨，超过了2009年全国总产量的一半。伴随经济复苏，造船业的上升趋势将得到延续。同时，按照政府规划，到2015年国内生产的船用设备装船率要达到80%以上。目前我国船舶配套国产化率还不足50%，尚有大幅提升空间。

业内资深人士分析，宝鼎重工将直接受益造船业的景气上升以及政府提高船舶配套国产化率的要求，进一步扩大产品销量、提升销售业绩。

除了船舶业，电力、机械制造等行业对大型铸锻件的需求也日渐加大。受益于政府4万亿投资计划、十大产业振兴规划等多项政策，我国电力、工程机械等行业发展迅速，使市场对大型铸锻件的需求持续旺盛。分析师普遍认为，作为行业龙头企业，宝鼎重工将迎来不可多得的市场机遇。

三大优势突显专业竞争力

积极开拓下游市场空间的同时，宝鼎重工也非常注重在技术、产品与品牌等方面形成核心竞争力。经过多年发展，公司形成了生产大型铸锻件的专业优势，确立了在行业的领先地位。

宝鼎重工是高新技术企业，拥有独立研发团队和一整套完整的先进生产设备，具备生产大型铸锻件产品的技术优势。除了国内唯一获得CCS、DNV、NK等全球十大主流船级社认证，宝鼎重工还获得ISO 9001-2000质量管理体系认证等多项资质证书。依托技术优势，公司凭借健全完整的大型铸锻件生产体系，严把质量关，产品在业内中享有很高的美誉度。

公司丰富的产品种类形成了又一竞争优势。除了能满足不同行业的产品需求，宝鼎重工还能够满足“定制”，即客户对产品差异化、特殊化和个性化方面的需求。此外，公司完整的产品线有助于企业快速适应行业新的发展趋势，达到下游装备制造业对大型铸锻件在精度、形状复杂程度、材料、性能等方面提出的更高标准和要求。

稳定的高端客户群则进一步巩固了宝鼎重工在行业的竞争优势。公司客户群体是一些成长性好、实力雄厚的企业，包括MAN Diesel& Turbo SE、National Oilwlell Varco、中国船舶重工集团、武汉船用机械公司、中国长江船运集团、大连重工起重集团等国内外知名企业。宝鼎重工与这些企业建立了长期稳定的合作，保证产品销售量的同时，对于行业新进者形成了较高的竞争壁垒。

募资提升产品附加值

宝鼎重工具有较强的盈利能力，公司2010年上半年综合毛利率达到26.47%，高于国内铸锻件行业平均水平约10个百分点。为进一步提高盈利能力，公司拟募资投入年精加工2万吨大型铸锻件建设项目、年产2000套起重机吊钩总成建设项目。

大型铸锻件 篇4

当中信重工的销售收入在2006年突破50亿元时, 中信重工的干部职工并没有因此而陶醉, 而是冷静地思考着企业下一步的发展方向。铸钢件、铸铁件、锻件、铆焊件的大型化已经成为全球趋势, 并正在成为一种稀缺资源, 如果企业具备了大型铸锻件的生产能力, 也就拥有了提高自身优势、引领未来市场的制胜砝码。

求。形成了一套中、重型汽车用钢质同步环精锻成形的专有技术, 撰写了关于同步环精锻成形的综述及关于工艺、模具设计和制造方面的论文4篇, 其中公开发表两篇, 申请了有关钢质同步环精锻成形技术的专利3项, 实用新型专利2项。

江苏省泰州市科技局会同有关部门认为, 该项目达到国内先进水平, 可以钢代铜, 提高我国中、重型汽车的档次, 填补了江苏省在汽车用钢质同步环精锻成形技术领域的空白, 建议尽快批量投产。

南山铝业投建大型锻件项目 篇5

11月29日, 南山铝业 (600219) 通过了《关于公司投资建设年产14000吨大型精密模锻件项目的议案》。

公告称, 随着我国对航空器、能源装备等的强劲需求, 铝合金锻件市场前景必将更加广阔。该公司为提升产业结构, 决定投资建设年产14000吨大型精密模锻件项目。该项目已经龙口市发展和改革局核准, 总投资150950万元, 项目主导产品主要面对航空、动力机械、矿山设备等市场的铝合金锻件产品, 达产后年生产能力为14000吨。建设期为两年。

公告显示, 该项目建成后, 达产年销售收入133333.20万元, 利润总额为60526.73万元, 年净利润45395.05万元, 年税金31293.59万元。投资回收期5.30年, 总投资收益率为36.72%, 资本金净利润率为27.06%。

大型曲臂锻件模锻成形工艺模拟研究 篇6

近年来,随着世界造船业的快速发展,对大型柴油机曲轴的质量要求越来越高,而且需求量也越来越大[1]。对于特大型船舶用柴油机,无法通过一次成形得到整根曲轴,其生产方法采用半组合法,即先成形出各个曲臂锻件,经机加工后组合成整根曲轴,因此,本文采用DEFORM-3D软件,以某大型柴油机曲轴曲臂锻件成形为例对此工艺方法成形过程进行模拟研究。

1 锻造工艺的制定

图1为某大型柴油机曲轴曲臂锻件尺寸简图。该曲轴属于特大型曲轴,采用半组合式生产方法制造。本文采用全纤维锻造RR法[2](大型曲轴弯曲镦锻法)对大型曲臂锻件的锻造过程进行模拟分析。RR法应用一种特殊的曲轴镦锻装置[3],其工作原理为:冲头垂直下压,使坯料发生弯曲,左右模具相互靠近对坯料进行镦粗,模锻得到一个曲拐,如图2所示。由于RR镦锻法所要求的水平镦粗力太大,本模拟采用两套模具,为预锻和终锻的两步模锻成形方法。预锻成形锻件主体尺寸,终锻采用局部镦粗成形。

2 有限元模型的建立

2.1 预锻及终锻建模

各模具经UG软件造型,导入到DEFORM-3D软件中。图3、图4分别为预锻和终锻模具装配图。在预锻工序中,凹模内部的凹孔用于容纳及定位坯料,凹模两端均开设毛边槽。终锻时,坯料与模具平放,在凹模内插入垫板,将预锻件凹槽填实,模具其余尺寸与预锻凹模一致。

2.2 模拟工艺参数设定

预锻阶段,定义环境温度为20℃,坯料温度为1 150℃,模具温度为300℃;左右模速度为10mm/s,行程均为1 250mm,水平相向运动;上、下冲头速度为9.6 mm/s,行程为1 200 mm,垂直下压;坯料材料为S34MnV,直径为Φ755mm,长度为3 500mm;模具和坯料间的摩擦因数取0.7,传热系数为10J/(mm2·s·℃)。坯料单元网格数为80 000。

终锻阶段,坯料温度为1 000℃,环境和模具温度为300℃;上、下模速度为5mm/s,行程均为200mm,垂直相向运动,垫板静止不动;模具和坯料间的摩擦因数和传热系数都与预锻相同。坯料单元网格数为80 000。

3 大型曲臂锻件模锻成形模拟结果分析

对大型曲臂锻件模型进行模拟计算后,对其成形效果图、应力场、应变场、材料流动趋势及时间-载荷曲线等数据进行了分析。

3.1 大型曲臂锻件成形模拟效果图

图5为大型曲臂锻件的成形模拟效果图。曲臂锻件已饱满成形,成形过程未出现折叠。

3.2 大型曲臂锻件的成形过程

图6为预锻成形过程。首先将加热的坯料放入模具中,在冲头和凹模共同作用下坯料中部因冲头作用向下流动,两端坯料在左、右模作用下向中间流动;随着成形过程的进行,材料与模具接触面积逐渐增大,中部的坯料继续在冲头的作用下向下运动,两侧的坯料在冲头和凹模作用下产生镦粗效果,逐步成形出曲臂;预锻最后阶段,曲臂预锻件下部充满模具型腔,达到预锻尺寸要求,上部型腔未充满,留待终锻成形时由预锻件凸台部分的材料继续填充。

图7为终锻局部镦粗成形过程。成形开始阶段模具仅与预锻件凸台部分接触;随着成形过程的进行,凸台被逐渐压缩,逐渐接近曲臂尺寸;模具与锻件接触面积逐渐增大,金属材料向左流动,充填型腔并开始出现毛边;终锻末期,锻件饱满成形并挤出毛边。

3.3 场量分析

图8为预锻等效应力、等效应变和温度分布云图。由图8(a)可知,锻件内部应力总体分布均匀,最大应力出现在凸台与模具接触部位及锻件尖角处,其最大值为114MPa,该值处在模具能承受的范围内,不会损伤模具,锻件需设计较大的圆角,使材料流动顺畅,避免折叠缺陷。由图8(b)可知,锻件曲臂部位应变较大,为主要变形区,原因是此部位材料受到冲头和左、右模双重作用,材料大变形流动,则应变较大。由图8(c)可知,锻件内部高温区约为1 000℃,低温区约为700℃,总体平均温度约为850℃,此温度在S34MnV的终锻温度以上,能保证大型曲臂锻件获得良好的内部组织和较小的变形抗力;锻件外表面与模具接触部位温度较低,是因为这些接触部位发生热传导,降温幅度较大,但是这些低温部分不会对锻件成形造成影响。

图9为终锻锻件内部应力场和温度场分布图(由于终锻为局部镦粗变形,形变较小,因此不分析应变场)。由图9(a)可知,锻件内部应力分布较为均匀,最大应力出现在凸台与模具接触部位及锻件尖角处,为92.6MPa,该值在模具能承受的范围内。由图9(b)可知,锻件内部高温区约为980℃,低温区约为760℃,平均温度约为870℃,此温度在S34MnV的终锻温度以上,能保证大型曲臂锻件获得良好的内部组织和较小的变形抗力,终锻件表面的低温层不会对成形过程造成影响。

3.4 模具时间-载荷分析

在锻件成形过程中,成形载荷是选择设备吨位的主要依据,也是确定模具结构、校核模具强度和刚度的重要参考依据。

图10为模具时间-载荷曲线。由图10(a)和图10(b)可知,锻造的初始阶段模具和冲头载荷均呈现较缓慢的线性增长趋势,原因是该阶段坯料产生较小的变形,且与冲头和模具接触面积较小,正压力与摩擦力均较小,坯料的温度未出现明显降低,变形抗力较小;随着冲头、模具与坯料之间的接触面积逐渐增加,正压力与摩擦力逐渐增大,变形抗力增大,冲头和模具的载荷增大速度较快;最后阶段,模具和冲头载荷增大较为剧烈,此时模具下部已充满型腔,只有模具上部曲臂处仍未充满,由于模具接近闭合,接触面积大,此时需要很大的载荷才能完成曲臂上部的充填,冲头最大载荷为1.62×108N,模具载荷最大为5.33×108N,处于较合理的范围。

由图10(c)可知,终锻开始阶段模具载荷上升较缓慢,因为此阶段模具只和预锻件凸台部位接触,为局部镦粗成形阶段,载荷较小;在成形后期,模具与锻件接触面积增大较快,载荷以较大的速度增长,模具最大载荷为6.86×108N。

综合分析预锻与终锻的载荷曲线,应用预锻和终锻的两步成形方法,能够在8万吨水压机上模锻成形该大型曲臂锻件。

4 结论

通过对大型曲臂锻件的预锻-终锻两步成形方法进行有限元模拟,得到以下结论:(1)采用预锻-终锻两步成形方法模锻成形大型曲臂锻件,模拟成形饱满,金属流动合理,锻造流线完整,生成毛边量较少;(2)采用该方法生产特大型曲轴,经模拟计算,其曲臂部分在预锻过程中,冲头垂直载荷为1.62万吨,凹模水平合模力为5.33万吨,终锻最大合模力为6.86万吨,因此,能够在8万吨水压机上采用模锻方法对单拐曲臂整体成形;(3)采用预锻-终锻的模锻方法生产大型曲臂锻件,属全纤维锻造,可大幅提高锻件质量和精度,节约材料和机加工工时,缩短生产周期,降低生产成本。此研究为大型曲臂锻件模锻成形工艺的制定提供理论依据。

参考文献

[1]万煦义.大中型曲轴全纤维锻造方法的探讨[J].大型铸锻件,2006(3):45-52.

[2]冯丽魁,左阳春,赵恒义,等.全纤维锻造曲轴中的RR与TR装置特点及比较[J].热加工工艺,2007,36(13):71-73.

核电用大型饼类锻件排砧工艺的研究 篇7

核电大型饼类锻件在实际生产中常用的成形方案主要分为两类:①改变工具形状,包括压窝法[3]和锥形砧镦粗法[4]等,需要特殊的上砧且锻造过程中需要换砧;②改变布砧方式,采用小平砧进行局部成形工艺,包括旋转进砧法和排砧法等,锻造过程不需换砧,操作简便。旋转进砧法和排砧法都属于平砧成形工艺,是整体变形工艺基于局部成形提高锻件变形均匀性的思想,在坯料端面局部压下,上砧与坯料接触面的减小,减小了难变形区域,能够较大地提高变形均匀性。

本文利用有限元软件对大型饼类锻件的排砧工艺进行数值模拟,分析成形工具、错砧方式、进砧量和压下率等锻造工艺参数对排砧工艺的影响,并通过产品试制验证改进工艺方案的合理性。

1 排砧工艺

传统的排砧工艺为上平砧、下平台的锻造方式,但心部大变形量会加剧裂纹的产生[5],同时由于心部变形集中,很难通过错砧来提高其均匀变形率,因此仍需改进。为了增大变形的均匀程度,提高整体机械性能,减小裂纹萌生倾向,提出了类似于平砧拔长,使用上、下对称平砧锻造方式的新型排砧工艺。与传统的排砧工艺不同,由于其成形工具对称,上下端面同时进行局部变形,心部应变不集中,可通过错砧进一步提高锻件的变形均匀性。两种排砧工艺的锻造方式如图1 所示。

不同于旋转压下工艺,排砧工艺特点是相邻两个工步的平砧平行排布,平砧压完一个平面称为一个道次,对于不同坯料直径和进砧量,每道次所需的工步不同,以每个面平砧压下四个工步为例,平砧排布顺序如图2所示。传统排砧工艺其单方向的平砧排布会造成锻件为椭圆形,可使前后道次之间平砧排布方向垂直以保证最终工件为规则圆形从而减少后期整形工序。

(a)对称排砧工艺(b)传统排砧工艺

2 模型建立及模拟参数设置

本文以DEFORM-3D软件作为仿真模拟平台,初始坯料和上、下模的有限元模型如图1 所示,采用自适应四面体网格。初始坯料为18Mn D5[6],主要成分如表1 所示,尺寸为Ø1350mm×800mm;上、下模材料为AISI-H13(H13),平砧砧宽800mm,下平台尺寸为Ø2500mm×500mm。坯料为刚塑性材料模型,上下模为刚性材料模型,具体模拟参数如表2 所示。

3 排砧工艺模拟方案

针对成形工具、平砧排布方式及错砧提出了四种成形工艺方案并进行数值模拟,前三种工艺方案为对称排砧工艺,第四种以传统的排砧工艺作为对比。均采用四道次压下,图3 所示道次间的平砧排布方向分为两类:相邻道次间平砧排布方向平行,只在2、3 道次间坯料旋转90°;间隔道次间平砧排布方向平行,即每道次间的坯料均旋转90°。只有道次间平砧排布方向平行时才能错砧,因此前者对应相邻道次错砧方式即1、2 道次错砧,3、4 道次错砧;后者对应间隔道次错砧方式,即1、3 道次错砧,2、4 道次错砧;错砧量均为进砧量的1/2。四种工艺方案压下率均为15%,每道次的压下量分别为120mm、100mm、90mm、70mm,进砧量为450mm。四种排砧工艺方案如下。

(a)相邻道次平行(b)间隔道次平行

方案1:上、下平砧的排砧工艺方案,有错砧;1、2道次1/2 错砧,3、4 道次1/2 错砧,为保证锻件形状规则,2、3 道次之间锻件沿轴线旋转90°。

方案2:上、下平砧的排砧工艺方案,有错砧;1、3道次1/2 错砧,2、4 道次1/2 错砧,为保证锻件形状规则,每道次之间锻件沿轴线旋转90°。

方案3:上、下平砧的排砧工艺方案,无错砧;每道次之间锻件沿轴线旋转90°。

方案4:上平砧、下平台的排砧工艺方案,无错砧;每道次之间锻件沿轴线旋转90°,2 道次后沿水平方向旋转180°,以相同方式压另一端面。

4 模拟结果及分析

4.1 工艺方案对应变均匀程度的影响

在大型饼类锻件锻造过程中,开坯阶段的多次大比例镦拔已经最大程度上改善了毛坯的质量,因此在成形阶段不需要大的变形程度,此时应尽量提高锻件的应变均匀程度以避免成形过程中形成层状剪切裂纹,从而保证锻件综合机械性能,提高锻件质量。

4.1.1 锻件中心剖面应变分析

图4 为四种工艺方案终锻完成时沿径向中心剖面的等效应变云图,对比发现方案1 的等效应变均匀程度明显大于方案2、方案3 和方案4。在接砧区域,四种方案的锻件表面均存在不同程度的应变集中现象,但方案1和方案2并不明显,而方案3和方案4较为明显。由于方案3无错砧,造成前后两个道次的接砧位置相同,引起大应变区域重合而造成应变集中;在相同压下量下,由于方案4靠近下平台位置锻件几乎不发生变形,锻造过程中变形集中在上平砧压下区域,单面压下量是其他方案的2倍,因此在表面区域会因变形叠加而产生应变集中区域。

图5 给出了各锻件水平中心线上的等效应变分布规律,对比发现方案1 应变最为均匀,方案2 次之,方案3 由于不存在错砧,变形较不均匀,接砧位置中部变形较小。在方案4 中,由于采用上平砧、下平台的锻造方式,上下端面的锻造工具不对称,变形主要集中在上平砧处,同时前两道次的压下量最大,其变形区域主要集中在一侧端面,另一端面变形程度较小,造成变形不均匀;另外,锻件边缘位置应变相对中心区域应变较小,中部应变集中。对比前3 种方案可以发现,错砧能够有效减小心部应变的不均匀性并消除表面应变集中。方案1 等效应变分布较方案2 更为均匀,表明相邻道次间错砧比间隔道次间错砧更为有利。图6 为各锻件沿中心轴线上的等效应变分布图,表明方案1 在轴线上变形最为均匀,能够抑制层状剪切裂纹的产生,方案3 和方案4 轴线上变形不均匀,应变梯度较大,心部易产生裂纹等缺陷。

4.1.2 锻件整体应变分析

为了更全面地判断锻件整体的变形均匀程度,通过DEFORM-3D后处理输出所有单元的等效应变,计算其平均等效应变和等效应变离散系数。对于一个分布不均匀的应变场,中等变形区域占总变形区域的比值为此应变场的均匀变形率,中等变形区域临界值由公式 ε=α(εmax-εmin)决定[7]。ε 为临界值系数因子,定义当0.6<α<0.9 时的应变区域为中等变形区域。表3 给出了4 种方案的平均等效应变、等效应变离散系数及均匀变形率。

在相同压下率和进砧量下,四种工艺方案的平均等效应变都在0.72~0.76 之间,差距较小,但等效应变离散系数和均匀变形率有较大差别。方案1 和方案2 的均匀变形率远大于方案3 和方案4,其中等变形区域所占比例较大,变形较均匀,相应的离散系数也较小,从整体变形上说明了错砧的优点;同时,方案1 的均匀变形率相对于方案2 进一步提高,表明相邻道次错砧更为有利;方案3 比方案4 的均匀变形率有较大提高,表明上、下平砧的成形方式更为有利。

4.1.3 对称排砧工艺提高变形程度的机制分析

在锻造过程中,由于上、下平砧锻造方式的成形工具是对称排布的,锻件变形主要位于中部,相邻工步之间应变叠加极小,在接砧位置心部出现小应变区域,如图7a所示,可通过前后道次之间的错砧来消除内部应变的不均匀性。而在上平砧、下平台的锻造方式中,坯料受到下平台的影响,整体受力,大应变区域集中在中上部导致相邻工步之间应变产生叠加,如图7b所示,经多道次压下后中部出现较大的应变集中(如图4 方案4 所示),因此变形不均匀且无法通过错砧来改善,很难提高变形均匀程度。

(a)对称排砧工艺(b)传统排砧工艺

综上所述,通过对四种工艺方案中心剖面及锻件整体应变分布的对比,可得方案1 相邻道次平砧平行排布且错砧的对称排砧工艺方案的变形均匀程度最大,产生层状剪切裂纹的可能性最小。

4.2 工艺参数对对称排砧工艺的影响

局部锻造过程中存在变形区的自由端和非变形区的刚性端,金属应力状态除了受工具的影响外,还受未变形金属的影响[8]。当平砧压坯料边缘(每一道次的第一工步和最后工步)时,外侧坯料的金属流动未受到阻碍,金属沿径向流动较为明显,对内侧金属产生了拖拽作用,产生径向拉应力;这对锻件的应力状态十分不利,因此主要研究此时进砧量和压下率对锻件的静水应力分布和径向应力状态的影响。

图8 给出了第1 道次、第一工步时锻件沿径向中心剖面上的静水应力分布,随着进砧量的增大,大静水压应力区域比例(-11.2 ~-22.5MPa)逐渐增大。静水拉应力区域则随着进砧量的增大而向另一端移动,同时平砧下的静水压应力区域逐渐增大,心部区域的静水压应力区域也相应扩展,因此可通过增大进砧量使静水拉应力区域偏移心部从而让心部区域进入静水压应力状态,有利于抑制心部裂纹的萌生和扩展。

图9、图10 分别为第一道次、第一工步时不同进砧量下锻件中心点(P1点)的静水应力-压下率曲线和径向应力-压下率曲线。当进砧量大于320mm时且压下率大于10%时,锻件心部处于静水压应力状态,随着进砧量的增大,心部静水压应力(绝对值)增大。当进砧量大于400mm且压下率大于10%时,心部径向应力始终为压应力,且随着进砧量增大,径向压应力(绝对值)增大。分析静水应力和径向应力的变化趋势发现当压下率大于15%时,压应力增大速率变缓,因此压下率宜大于15%。

图11 给出了锻造完成后不同进砧量和压下率下的均匀变形率,此时的压下率为每一道次坯料整体的压下量。对于同一总压下量380mm,当压下率分别取10%、15%、20%、25%时所对应的平砧压下道次分别为6、4、3、2 道次。均匀变形率与压下率呈负相关关系,这是由于压下率小时,单个工步下的应变较小,可通过多次小变形的积累来提高均匀变形率。同时平砧压下道次越多,错砧的次数也越多,进一步消除前后道次之间的应变差。当压下率超过15%时,均匀变形率下降较快,因此压下率不宜大于15%。同理,均匀变形率随进砧量的增大而减小,为了保证较大的均匀变形率,同时考虑锻件心部压应力的影响,进砧量取400mm为宜。

综合分析压下率、进砧量对应力、应变状态的影响规律,对于尺寸为Φ1350 mm×800mm的坯料,压下率选取15%较为适宜,进砧量取400mm较为适宜。

5 产品试制

通过对排砧工艺的数值模拟得到了合理的工艺方案和工艺参数,在60MN锻造设备上采用方案1和15%压下量,400mm进砧量的参数进行饼类锻件的试制,坯料尺寸、温度以及液压机设置均与模拟参数一致。图12 为锻造完成后机械加工至目标尺寸的大型饼类锻件。对于常用的传统排砧工艺方案的管板锻造完成经超声波平面探测后,发现密集缺陷(阴影部分),如图13 所示,最大当量为Φ4mm,单个缺陷最大Φ4mm+13d B,超出标准;缺陷深度为180mm~220mm左右,与方案4 的应变集中区域基本重合。而方案1 未发现有大于Φ4mm的密集缺陷,符合标准。该工艺方案下锻件棒料试样的力学性能和组织性能均能够满足AP1000 核反应堆支承端盖的使用要求。目前该工艺已进入批量生产阶段,产品合格率较传统的排砧工艺提升了50%左右。

6 结论

通过对核电大型饼类锻件排砧工艺的数值模拟,研究了成形工具、平砧排布方式、错砧、进砧量和压下率等工艺参数对锻件应力应变场的影响规律并进行了产品试制,得到如下结论:

(1) 对称排砧工艺比传统的排砧工艺的变形均匀性大;相邻道次平砧平行排布且错砧的对称排砧工艺方案能够极大提高锻件的均匀变形程度,有效降低产生剪切裂纹的可能性。

(2)对于对称排砧工艺,坯料尺寸为Φ1350 mm×800mm、压下率在15%左右、进砧量在400mm左右时较为合理,此时锻件心部有较大的静水压应力且无径向拉应力,同时有相对较大的变形均匀程度。

(3) 通过产品试制和批量生产验证了该工艺方案的合理性,无损检测结果表明该方案可有效抑制裂纹产生,能够提高产品合格率。

摘要：为了解决大型饼类锻件成形过程中因锻件变形不均匀引起的层状裂纹缺陷,通过DEFORM-3D有限元软件建立了排砧工艺的有限元模型,对传统下平台的排砧工艺进行了改进,提出了上下平砧的对称排砧工艺。模拟结果表明使用上下平砧且相邻道次错砧的对称排砧工艺方案能够较大提高锻件的应变均匀程度,减小裂纹倾向;在该工艺方案下采用15%压下率和400mm进砧量的工艺参数可在锻件心部获得稳定的压应力状态,同时具有较高的均匀变形率。通过产品试制和批量生产验证了该工艺方案的合理性。

关键词：大型饼类锻件,对称排砧工艺,数值模拟

参考文献

[1]李向.核电大型锻件技术特点及现状[J].装备机械,2010,(4):49-54.

[2]李学通,张沛,王敏婷,等.大型饼类锻件镦粗夹层裂纹缺陷形成机理研究[J].固体力学学报,2012,33(3):273-278.

[3]任猛,王中安,史翔炜,等.大型圆饼类锻件的锻造工艺及应用[J].大型铸锻件,2013,(6):22-24.

[4]刘助柏,张庆,王连东,等.锻造理论与工艺的进展[J].燕山大学学报,2000,24(4):294-301.

[5]韩静涛,张永军,赵中里,等.控制大型饼类锻件夹杂性缺陷的锻造工艺及应用[J].大型铸锻件,2007,(2):34-36.

[6]门正兴,李其,阳鹤,等.18Mn D5钢动态再结晶模型研究[J].大型铸锻件,2013,(2):4-6.

[7]咸业磊,高锦张,王元华,等。芯轴拔长接砧区域工艺参数的研究[J].机械设计与制造工程,2014,(1):10-14.