一種新的拔長(zhǎng)工藝--圓弧平砧間跳鍛造法
一、引言
拔長(zhǎng)是鍛造生產(chǎn)中應(yīng)用最多的操作。但都是通過(guò)逐次送進(jìn)和反復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)坯料進(jìn)行壓縮變形的赴碘。拔長(zhǎng)效率低社衰，耗費(fèi)工時(shí)多，而且在鍛造過(guò)程中鸡视，只有(0.5～0.8)B［1］［2］［3］的砧寬在參與鍛造桃旷，產(chǎn)生偏載、錯(cuò)砧現(xiàn)象酒半，對(duì)砧子薯舆、壓力機(jī)使用壽命影響極大。針對(duì)現(xiàn)有拔長(zhǎng)操作的不足晨下，本文提出了一種新的拔長(zhǎng)方法—圓弧平砧間跳鍛造法帜贝。
二、圓弧平砧間跳鍛造法的工作原理
圓弧平砧間跳鍛造法實(shí)際上是滿砧鍛造法焊辈，其工作原理是用平面與圓弧柱面組合成的圓弧平砧(如圖1)示谐，采用壓—砧跳—砧的間跳壓法，然后翻轉(zhuǎn)鍛件势送，再采用間跳壓法拔调，使坯料拔長(zhǎng)的方法(如圖2)，序號(hào)1猜谚、2败砂、3、4魏铅、5昌犹、6為不翻轉(zhuǎn)鍛件時(shí)的壓下順序。 每壓下一砧览芳，鍛件受力如圖3所示斜姥。由于有圓弧面參與壓縮變形，因此沧竟，鍛件實(shí)際受力如圖3b所示铸敏。根據(jù)力的分解，F(xiàn)1悟泵、F3在水平方向上的分力的合力同F(xiàn)2杈笔、F4在水平方向上的分力的合力大小相等、方向相反糕非，起拔長(zhǎng)鐓粗作用蒙具，對(duì)拔長(zhǎng)影響最大；而F1进登、F2在垂直方向上的分力的合力同F(xiàn)3勒蜀、F4在垂直方向上的分力的合力大小相等骂间、方向相反，連同N1鉴凸、N2對(duì)鍛件起鐓粗、鐓實(shí)垮软、閉合缺陷的作用驴涡。根據(jù)受力分析，砧子不會(huì)錯(cuò)砧伊屈、偏載觅符。 三、鍛件的相對(duì)拔長(zhǎng)率比較及間跳法變形分析
1.鍛件的相對(duì)拔長(zhǎng)率
δ＝(l-l0)／l0×100%(1)
式中δ——鍛件的相對(duì)拔長(zhǎng)率
l0——拔長(zhǎng)前的鍛件長(zhǎng)度
l——拔長(zhǎng)后的鍛件長(zhǎng)度
為了減少實(shí)驗(yàn)誤差濒勤，壓下量深吠、壓下次數(shù)、壓進(jìn)量均相同屎唠，每組實(shí)驗(yàn)用3個(gè)試件做重復(fù)試驗(yàn)桑孩，壓下順序如圖4所示。 實(shí)驗(yàn)材料：英國(guó)Harbutt's公司生產(chǎn)的黑色塑性泥框冀。
實(shí)驗(yàn)設(shè)備：LJ—500A機(jī)械式壓力試驗(yàn)機(jī)流椒。
試件：30mm×30mm×60mm的長(zhǎng)方柱體，其中用于間跳法的試件在其中心縱剖面上打上3mm×3mm的方網(wǎng)格明也，并打9個(gè)φ2的通孔宣虾，孔位置如圖5所示。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1鹉胖。 由表1可以看出，間跳法相對(duì)拔長(zhǎng)率高于逐次送進(jìn)法够傍，圓弧柱面對(duì)拔長(zhǎng)的效果是顯著的次员。
2.間跳法變形分析
試件內(nèi)部變形如圖6所示。 圖6a為在間跳一砧王带，壓下兩次后試件的變形情況淑蔚，由網(wǎng)格變形可以看出，在砧子壓入部位方網(wǎng)格沿軸向被拉長(zhǎng)铜那，塑性變形區(qū)沿軸向外凸崔捌，孔洞閉合。根據(jù)普蘭特滑移線場(chǎng)的解釋［4］杉抑，當(dāng)砧子逐漸壓入時(shí)榄陆，金屬沿砧子兩側(cè)向上流出而凸起，這時(shí)滑移線場(chǎng)和壓力也隨之改變。由于金屬沿砧子兩側(cè)流出并凸起剧债，因此在砧子繼續(xù)壓入時(shí)帽遏，砧子的圓弧柱面正好壓入抑制凸起，并沿軸向再一次被拉長(zhǎng)昏锨，原來(lái)均勻正交的網(wǎng)格在變形時(shí)發(fā)生畸變祷鼎，應(yīng)變主軸也發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。這時(shí)的應(yīng)變可以用變形后網(wǎng)格內(nèi)接橢圓長(zhǎng)短半軸尺寸與變形前內(nèi)接圓半徑之比來(lái)描述度坞。圖6b為變形后網(wǎng)格內(nèi)接橢圓尺寸圖映僚。 式中r1，r2——變形后內(nèi)接橢圓的長(zhǎng)短半軸尺寸
r0——變形前內(nèi)接圓半徑尺寸
如變形前采用圓形網(wǎng)格点骑，變形后的r1及r2可以直接測(cè)量出酣难，現(xiàn)在變形前采用方網(wǎng)格，變形后可從其邊長(zhǎng)變化由下式算出： 式中φ——角的切變形黑滴，φ＝90°-(α+β)
由圖6c可看出憨募，試件在一個(gè)方向完全被壓一遍之后，方網(wǎng)格變成了長(zhǎng)方形網(wǎng)格袁辈，孔洞閉合率達(dá)到66.6%馋嗜，沒(méi)完全閉合的孔洞閉合率亦達(dá)到50%，相對(duì)拔長(zhǎng)率為23%吵瞻。
四葛菇、圓弧平砧R取不同值時(shí)，對(duì)拔長(zhǎng)率的影響
1.實(shí)驗(yàn)方案
實(shí)驗(yàn)采用上下圓弧平砧橡羞，翻轉(zhuǎn)90°眯停，壓進(jìn)量1，壓下量20%卿泽。
砧寬W＝20mm莺债，圓弧平砧R值分別取5%W、10%W挨究、15%W讼石、20%W，即R＝1mm韵慷、2mm回乞、3mm、4mm蜀契。
試件：30mm×30mm×50mm的長(zhǎng)方柱體夹恨，并在軸向打5個(gè)φ2mm的通孔，孔的位置如圖7所示敏卦。為了消除實(shí)驗(yàn)誤差闰芒，每組實(shí)驗(yàn)用3個(gè)試件做重復(fù)實(shí)驗(yàn)吓篙。 為了評(píng)價(jià)拔長(zhǎng)鍛造質(zhì)量催首，構(gòu)造如下評(píng)價(jià)函數(shù)F： 式中R——試件對(duì)角線一半，mm
rｉ——第i個(gè)孔洞中心至坯料中心的距離头熏，mm
(R-ri)/R——第i個(gè)孔洞的位置因子玄括，其值在0～1之間
Si0——第i個(gè)孔洞的初始面積赵辕，mm2
Sim——第i個(gè)孔洞經(jīng)第m次壓下后的面積菲瓶，mm2
(Si0-Sim)/Si0——第i個(gè)孔洞經(jīng)第m次壓下后的孔洞閉合率躁绸，孔洞面積增大時(shí)為負(fù)，減少時(shí)為正枷莉，其值≤1
n——試件上設(shè)置的孔洞數(shù)目
從(4)式中可以看出，評(píng)價(jià)函數(shù)F是無(wú)量綱量尺迂，其值小于等于1笤妙。F的值不僅與試件截面上各個(gè)孔洞的閉合率有關(guān)，而且與每個(gè)孔洞在試件上的相對(duì)位置有關(guān)噪裕。但與試件的幾何尺寸和孔洞大小無(wú)關(guān)蹲盘。因此幾何尺寸不同和缺陷設(shè)置也不同的試件的F值，可直接進(jìn)行比較膳音。公式中用位置因子來(lái)區(qū)別不同位置孔洞閉合率對(duì)F值的貢獻(xiàn)召衔，試件中心部分孔洞的閉合情況對(duì)F值的影響遠(yuǎn)大于邊緣部分孔洞閉合情況對(duì)F值的影響，這主要是考慮到鋼錠中的孔洞性缺陷集中在靠近鋼錠中心區(qū)域這一事實(shí)祭陷。
如果將(4)式中試件對(duì)角線一半R變?yōu)閳A坯料半徑苍凛，將rｉ變?yōu)榭锥粗行奈恢茫瑒t(4)式也可用于圓截面坯料的實(shí)驗(yàn)結(jié)果評(píng)價(jià)兵志。
2.實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
按給出的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)醇蝴；將每個(gè)試件測(cè)得的數(shù)據(jù)代入(4)式計(jì)算，求出每組試件的評(píng)價(jià)函數(shù)值的平均值萝轰，并根據(jù)(1)式算出每組試件的相對(duì)拔長(zhǎng)率的平均值推吼，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2。 表2中疹咕，S1／S2——圓弧平砧的圓弧柱面積S１與其參與鍛造的平面部分的面積S2之比贮殊。
由表2可以看出，圓弧平砧的圓弧柱面積與其參與鍛造的平面部分的面積比越大铲恃，鍛件鍛造質(zhì)量越好夫咏，相對(duì)拔長(zhǎng)率也越大。因此四雏，圓弧柱面的圓弧半徑R在參與拔長(zhǎng)鍛件的操作中是很重要的一個(gè)因素坝贿。
五、結(jié)論
根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)分析舷咆，用圓弧平砧間跳鍛造法拔長(zhǎng)鍛件：
(1)可顯著提高拔長(zhǎng)率爬搓，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率添镜，降低鍛件成本；(2)由于是滿砧鍛造唠鹅，壓力機(jī)不受額外偏載窿锉，砧子也避免了局部受載，大大提高了壓力機(jī)和砧子的使用壽命膝舅；(3)鍛件內(nèi)部變形均勻嗡载，能很好地閉合鍛件內(nèi)部缺陷；(4)隨圓弧平砧的圓弧柱面與平面部分面積比的增大仍稀，缺陷閉合率提高洼滚，相對(duì)拔長(zhǎng)率亦提高，可實(shí)現(xiàn)窄砧技潘、寬砧鍛造遥巴；(5)砧下鐓粗效果不顯著，可取代拔長(zhǎng)——鐓粗工藝享幽。
參考文獻(xiàn)
1張志文.鍛造工藝學(xué).北京：機(jī)械工業(yè)出版社铲掐，1983.
2呂炎.鍛件質(zhì)量分析.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1988.
3劉光輝.大型鋼錠鍛合壓實(shí)的研究.太原重型機(jī)械學(xué)院碩士學(xué)位論文值桩，1987.
4王仲仁.塑性加工力學(xué)基礎(chǔ).北京：國(guó)防工業(yè)出版社摆霉，1989.
拔長(zhǎng)是鍛造生產(chǎn)中應(yīng)用最多的操作。但都是通過(guò)逐次送進(jìn)和反復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)坯料進(jìn)行壓縮變形的赴碘。拔長(zhǎng)效率低社衰，耗費(fèi)工時(shí)多，而且在鍛造過(guò)程中鸡视，只有(0.5～0.8)B［1］［2］［3］的砧寬在參與鍛造桃旷，產(chǎn)生偏載、錯(cuò)砧現(xiàn)象酒半，對(duì)砧子薯舆、壓力機(jī)使用壽命影響極大。針對(duì)現(xiàn)有拔長(zhǎng)操作的不足晨下，本文提出了一種新的拔長(zhǎng)方法—圓弧平砧間跳鍛造法帜贝。
二、圓弧平砧間跳鍛造法的工作原理
圓弧平砧間跳鍛造法實(shí)際上是滿砧鍛造法焊辈，其工作原理是用平面與圓弧柱面組合成的圓弧平砧(如圖1)示谐，采用壓—砧跳—砧的間跳壓法，然后翻轉(zhuǎn)鍛件势送，再采用間跳壓法拔调，使坯料拔長(zhǎng)的方法(如圖2)，序號(hào)1猜谚、2败砂、3、4魏铅、5昌犹、6為不翻轉(zhuǎn)鍛件時(shí)的壓下順序。 每壓下一砧览芳，鍛件受力如圖3所示斜姥。由于有圓弧面參與壓縮變形，因此沧竟，鍛件實(shí)際受力如圖3b所示铸敏。根據(jù)力的分解，F(xiàn)1悟泵、F3在水平方向上的分力的合力同F(xiàn)2杈笔、F4在水平方向上的分力的合力大小相等、方向相反糕非，起拔長(zhǎng)鐓粗作用蒙具，對(duì)拔長(zhǎng)影響最大；而F1进登、F2在垂直方向上的分力的合力同F(xiàn)3勒蜀、F4在垂直方向上的分力的合力大小相等骂间、方向相反，連同N1鉴凸、N2對(duì)鍛件起鐓粗、鐓實(shí)垮软、閉合缺陷的作用驴涡。根據(jù)受力分析，砧子不會(huì)錯(cuò)砧伊屈、偏載觅符。 三、鍛件的相對(duì)拔長(zhǎng)率比較及間跳法變形分析
1.鍛件的相對(duì)拔長(zhǎng)率
δ＝(l-l0)／l0×100%(1)
式中δ——鍛件的相對(duì)拔長(zhǎng)率
l0——拔長(zhǎng)前的鍛件長(zhǎng)度
l——拔長(zhǎng)后的鍛件長(zhǎng)度
為了減少實(shí)驗(yàn)誤差濒勤，壓下量深吠、壓下次數(shù)、壓進(jìn)量均相同屎唠，每組實(shí)驗(yàn)用3個(gè)試件做重復(fù)試驗(yàn)桑孩，壓下順序如圖4所示。 實(shí)驗(yàn)材料：英國(guó)Harbutt's公司生產(chǎn)的黑色塑性泥框冀。
實(shí)驗(yàn)設(shè)備：LJ—500A機(jī)械式壓力試驗(yàn)機(jī)流椒。
試件：30mm×30mm×60mm的長(zhǎng)方柱體，其中用于間跳法的試件在其中心縱剖面上打上3mm×3mm的方網(wǎng)格明也，并打9個(gè)φ2的通孔宣虾，孔位置如圖5所示。
圖5中心縱剖面網(wǎng)格及孔位置
AB＝BC＝DE＝EF＝GH＝HK＝12mm
AD＝BE＝CF＝10mmDG＝EH＝FK＝6mm
實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1鹉胖。 由表1可以看出，間跳法相對(duì)拔長(zhǎng)率高于逐次送進(jìn)法够傍，圓弧柱面對(duì)拔長(zhǎng)的效果是顯著的次员。
2.間跳法變形分析
試件內(nèi)部變形如圖6所示。 圖6a為在間跳一砧王带，壓下兩次后試件的變形情況淑蔚，由網(wǎng)格變形可以看出，在砧子壓入部位方網(wǎng)格沿軸向被拉長(zhǎng)铜那，塑性變形區(qū)沿軸向外凸崔捌，孔洞閉合。根據(jù)普蘭特滑移線場(chǎng)的解釋［4］杉抑，當(dāng)砧子逐漸壓入時(shí)榄陆，金屬沿砧子兩側(cè)向上流出而凸起，這時(shí)滑移線場(chǎng)和壓力也隨之改變。由于金屬沿砧子兩側(cè)流出并凸起剧债，因此在砧子繼續(xù)壓入時(shí)帽遏，砧子的圓弧柱面正好壓入抑制凸起，并沿軸向再一次被拉長(zhǎng)昏锨，原來(lái)均勻正交的網(wǎng)格在變形時(shí)發(fā)生畸變祷鼎，應(yīng)變主軸也發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。這時(shí)的應(yīng)變可以用變形后網(wǎng)格內(nèi)接橢圓長(zhǎng)短半軸尺寸與變形前內(nèi)接圓半徑之比來(lái)描述度坞。圖6b為變形后網(wǎng)格內(nèi)接橢圓尺寸圖映僚。 式中r1，r2——變形后內(nèi)接橢圓的長(zhǎng)短半軸尺寸
r0——變形前內(nèi)接圓半徑尺寸
如變形前采用圓形網(wǎng)格点骑，變形后的r1及r2可以直接測(cè)量出酣难，現(xiàn)在變形前采用方網(wǎng)格，變形后可從其邊長(zhǎng)變化由下式算出： 式中φ——角的切變形黑滴，φ＝90°-(α+β)
由圖6c可看出憨募，試件在一個(gè)方向完全被壓一遍之后，方網(wǎng)格變成了長(zhǎng)方形網(wǎng)格袁辈，孔洞閉合率達(dá)到66.6%馋嗜，沒(méi)完全閉合的孔洞閉合率亦達(dá)到50%，相對(duì)拔長(zhǎng)率為23%吵瞻。
四葛菇、圓弧平砧R取不同值時(shí)，對(duì)拔長(zhǎng)率的影響
1.實(shí)驗(yàn)方案
實(shí)驗(yàn)采用上下圓弧平砧橡羞，翻轉(zhuǎn)90°眯停，壓進(jìn)量1，壓下量20%卿泽。
砧寬W＝20mm莺债，圓弧平砧R值分別取5%W、10%W挨究、15%W讼石、20%W，即R＝1mm韵慷、2mm回乞、3mm、4mm蜀契。
試件：30mm×30mm×50mm的長(zhǎng)方柱體夹恨，并在軸向打5個(gè)φ2mm的通孔，孔的位置如圖7所示敏卦。為了消除實(shí)驗(yàn)誤差闰芒，每組實(shí)驗(yàn)用3個(gè)試件做重復(fù)實(shí)驗(yàn)吓篙。 為了評(píng)價(jià)拔長(zhǎng)鍛造質(zhì)量催首，構(gòu)造如下評(píng)價(jià)函數(shù)F： 式中R——試件對(duì)角線一半，mm
rｉ——第i個(gè)孔洞中心至坯料中心的距離头熏，mm
(R-ri)/R——第i個(gè)孔洞的位置因子玄括，其值在0～1之間
Si0——第i個(gè)孔洞的初始面積赵辕，mm2
Sim——第i個(gè)孔洞經(jīng)第m次壓下后的面積菲瓶，mm2
(Si0-Sim)/Si0——第i個(gè)孔洞經(jīng)第m次壓下后的孔洞閉合率躁绸，孔洞面積增大時(shí)為負(fù)，減少時(shí)為正枷莉，其值≤1
n——試件上設(shè)置的孔洞數(shù)目
從(4)式中可以看出，評(píng)價(jià)函數(shù)F是無(wú)量綱量尺迂，其值小于等于1笤妙。F的值不僅與試件截面上各個(gè)孔洞的閉合率有關(guān)，而且與每個(gè)孔洞在試件上的相對(duì)位置有關(guān)噪裕。但與試件的幾何尺寸和孔洞大小無(wú)關(guān)蹲盘。因此幾何尺寸不同和缺陷設(shè)置也不同的試件的F值，可直接進(jìn)行比較膳音。公式中用位置因子來(lái)區(qū)別不同位置孔洞閉合率對(duì)F值的貢獻(xiàn)召衔，試件中心部分孔洞的閉合情況對(duì)F值的影響遠(yuǎn)大于邊緣部分孔洞閉合情況對(duì)F值的影響，這主要是考慮到鋼錠中的孔洞性缺陷集中在靠近鋼錠中心區(qū)域這一事實(shí)祭陷。
如果將(4)式中試件對(duì)角線一半R變?yōu)閳A坯料半徑苍凛，將rｉ變?yōu)榭锥粗行奈恢茫瑒t(4)式也可用于圓截面坯料的實(shí)驗(yàn)結(jié)果評(píng)價(jià)兵志。
2.實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
按給出的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)醇蝴；將每個(gè)試件測(cè)得的數(shù)據(jù)代入(4)式計(jì)算，求出每組試件的評(píng)價(jià)函數(shù)值的平均值萝轰，并根據(jù)(1)式算出每組試件的相對(duì)拔長(zhǎng)率的平均值推吼，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2。 表2中疹咕，S1／S2——圓弧平砧的圓弧柱面積S１與其參與鍛造的平面部分的面積S2之比贮殊。
由表2可以看出，圓弧平砧的圓弧柱面積與其參與鍛造的平面部分的面積比越大铲恃，鍛件鍛造質(zhì)量越好夫咏，相對(duì)拔長(zhǎng)率也越大。因此四雏，圓弧柱面的圓弧半徑R在參與拔長(zhǎng)鍛件的操作中是很重要的一個(gè)因素坝贿。
五、結(jié)論
根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)分析舷咆，用圓弧平砧間跳鍛造法拔長(zhǎng)鍛件：
(1)可顯著提高拔長(zhǎng)率爬搓，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率添镜，降低鍛件成本；(2)由于是滿砧鍛造唠鹅，壓力機(jī)不受額外偏載窿锉，砧子也避免了局部受載，大大提高了壓力機(jī)和砧子的使用壽命膝舅；(3)鍛件內(nèi)部變形均勻嗡载，能很好地閉合鍛件內(nèi)部缺陷；(4)隨圓弧平砧的圓弧柱面與平面部分面積比的增大仍稀，缺陷閉合率提高洼滚，相對(duì)拔長(zhǎng)率亦提高，可實(shí)現(xiàn)窄砧技潘、寬砧鍛造遥巴；(5)砧下鐓粗效果不顯著，可取代拔長(zhǎng)——鐓粗工藝享幽。
參考文獻(xiàn)
1張志文.鍛造工藝學(xué).北京：機(jī)械工業(yè)出版社铲掐，1983.
2呂炎.鍛件質(zhì)量分析.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1988.
3劉光輝.大型鋼錠鍛合壓實(shí)的研究.太原重型機(jī)械學(xué)院碩士學(xué)位論文值桩，1987.
4王仲仁.塑性加工力學(xué)基礎(chǔ).北京：國(guó)防工業(yè)出版社摆霉，1989.
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