王煒/天津重型裝備工程研究有限公司

鐓粗工序?qū)Υ笮弯撳V內(nèi)部空洞缺陷影響分析

王煒/天津重型裝備工程研究有限公司

本文采用有限元分析軟件對110噸級鋼錠的鐓粗工藝進行模擬計算，通過在鋼錠內(nèi)部預(yù)置空洞缺陷的方法，分析在變形過程中缺陷的變化，及鐓粗工藝參數(shù)對變形的影響。為工藝方法的選取和制定提供理論及參考依據(jù)。

有限元；預(yù)置缺陷；鐓粗

大鍛件在裝備制造業(yè)中所起到的作用越來越明顯。但由于實際生產(chǎn)條件限制澆鑄鋼錠內(nèi)部很難避免會存在的孔隙性缺陷，如果不被鍛合壓實，則導(dǎo)致鍛件致密性低，力學(xué)性能差，容易產(chǎn)生斷裂等災(zāi)難性事故。因此，在鍛造過程中，是否消除鋼錠內(nèi)部空洞性缺陷是衡量工藝過程優(yōu)劣及產(chǎn)品質(zhì)量高低的重要評價因素，而鐓粗工序作為鍛造工藝的重要一步，其對空洞變形的影響也是研究的重要一環(huán)。

本文采用Deform-3D軟件模擬預(yù)設(shè)圓形空洞缺陷的鋼錠鍛造過程中的鐓粗工序。分析模擬鋼錠鐓粗單步鍛造過程中空洞閉合情況，為工藝方法的選取和制定提供理論及參考依據(jù)。

一、實驗材料及方法

實驗材料是某公司為生產(chǎn)軋輥開發(fā)的Cr5鍛鋼材質(zhì)，選用110T級的上注鋼錠。

根據(jù)實際生產(chǎn)及工裝輔具情況，鐓粗采用上鐓粗板和下漏盤，建立相應(yīng)的DEFORM-3D模型，并在鋼錠模型中截面預(yù)置9個缺陷，對鐓粗工藝進行數(shù)值模擬的模型如圖1所示。

圖1 鐓粗工藝幾何模型

具體實驗參數(shù)如下：鍛造初始溫度為1250℃，輔具預(yù)熱溫度為200℃，環(huán)境溫度為室溫20℃，工件與模具間接觸屬性中換熱系數(shù)設(shè)為5K m/（㎡·℃），在熱變形環(huán)境下模擬，摩擦因子取值0.4，上平砧下壓速度20mm/s，坯料與空氣間對流換熱系數(shù)設(shè)為20 W/（㎡·K）。

二、模擬結(jié)果分析

通過有限元模擬鐓粗過程，分別以壓下量30%、40%為觀察對象，各個缺陷點的變形情況以及鋼錠的應(yīng)變云圖分別如圖2和圖3所示。通過模擬可知空洞缺陷局部范圍內(nèi)應(yīng)力集中，并且隨著壓下量的增大當(dāng)應(yīng)力達到一定值時，空洞開始變形逐漸向壓扁趨勢發(fā)展最終閉合。

圖2 （a）下壓量30%時的缺陷變形情況

圖2 （b）下壓量30%時的等效應(yīng)變云圖

圖3 （b）下壓量40%時的等效應(yīng)變云圖

分別對比圖2和圖3可以看出在鐓粗過程中坯料的心部變形速度快；并且隨著壓下量的不斷增加，坯料心部易變形區(qū)的等效應(yīng)力應(yīng)變不斷增大，最大等效應(yīng)變也出現(xiàn)在心部位置，當(dāng)壓應(yīng)變達到一定值時，空洞就能閉合。等效應(yīng)變在于上鐓粗盤和下漏盤接觸難變形區(qū)最小，且空洞尺寸變化較小。在距離坯料軸心較遠靠外層的位置的空洞也由于壓應(yīng)變較小并未閉合。

三、結(jié)論

在大鍛件的鐓粗變形過程中空洞的閉合和其所受的應(yīng)力應(yīng)變有關(guān)，需要保證足夠的壓下量空洞等缺陷位置產(chǎn)生足夠大的應(yīng)變產(chǎn)生變形，進而鍛合缺陷。

在鋼錠鐓粗過程中心部疏松空洞變形速度較快，較易鍛合，但是水口和冒口難變形區(qū)的缺陷很難鍛合，靠鋼錠外層的缺陷也不容易鍛合，都需要在拔長過程進行進一步的加工。

[1]李劍，蘇會德，等.生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)大截面模塊的鍛造工藝.山東冶金，2000,22（2）：22-23

[2]任廣升，譚紅，李運興.徽粗過程中鍛件內(nèi)孔洞缺陷鄰域應(yīng)變分布的模擬研究[J].塑性工程學(xué)報，1994，l（3）：14一19.