锻造成型技术论文
锻造是一种利用锻压机械对金属坯料施加压力，使其一定形状和尺寸锻件的加工方法，下面是由学习啦小编整理的锻造成型技术论文，谢谢你的阅读。
锻造成型技术论文篇一
GH4169合金涡轮盘锻造成型的数值模拟和分析
摘要： 利用Gleeble3500型热模拟试验机研究GH4169合金在不同温度和变形速度下的热变形行为，建立该合金的高温流变应力模型.用Deform3D对GH4169镍基高温合金涡轮盘锻造成型过程进行数值模拟，比较不同变形速度和不同变形温度下工件的变形行为.结果表明：相对于变形速度，变形温度对锻件性能的影响更加明显;较高的变形温度有利于材料的动态恢复和再结晶，使组织均匀，但过高的终锻温度会使晶粒尺寸变大，进而影响涡轮盘的机械性能.
关键词： 航空发动机; 涡轮盘; 镍基高温合金; 锻造成型; 变形温度; 晶粒尺寸; 数值模拟
中图分类号： V232.3;TB115.1文献标志码： B
Abstract： The thermal deformation of GH4169 alloy is studied by the thermal simulation testing machine of Gleeble3500 under the condition of different temperature and deformation velocity， and the high temperature flow stress model of the alloy is built. The numerical simulation is performed on the forging deforming of GH4169 nickelbase superalloy turbine disc by Deform3D， and the different deformation behaviors of a workpiece are compared under different deformation velocity and temperature. The results show that， comparing with the deformation velocity， the effect of deformation temperature on the performance of the forging piece is more obvious; the higher deformation temperature is helpful for dynamic recovery and recrystallization of the material， which makes the organization more uniform; but the grain size becomes larger if the final forging temperature is too high， which weakens the mechanical performance of the turbine disc.
Key words： aeroengine; turbine disc; nickelbase superalloy; forging deforming; deformation temperature; grain size; numerical simulation
引言
GH4169作为一种常见的航空发动机用镍基高温合金，在-253～650 ℃下具有高强度、高疲劳性能和良好的塑性，是目前应用广泛的一种高温合金，占世界上高温合金产品的35%～40%.[1]但是，GH4169合金在锻造成型时，具有高温塑性低、变形抗力大、可锻温度范围窄、导热性差等缺点，且锻件的晶粒尺寸无法由后期热处理工艺进行改善，主要靠锻造成型工艺进行控制.所以，GH4169合金锻件的成型工艺直接决定锻件的机械性能.[2]
本文利用Deform3D对某型号航空发动机涡轮盘锻造成型过程进行仿真模拟研究，为优化涡轮盘锻造工艺、研究GH4169的热塑性变形行为提供理论依据.
模拟模具的初始温度设置为980 ℃.在变形初始，模具与工件直接存在60 ℃的温度差.在变形过程中，工件不断向模具散热，接触表面温度下降，同时塑性变形使工件的变形功转化为热能.模具和工件之间的摩擦也随着接触面积的增加而不断增大，由摩擦引起的热效应也增强，从而使工件温度不断上升，尤其是飞边和轮缘这些变形最激烈的区域.变形速度的增加，使模具和工件的接触时间缩短，热传递时间也缩短，工件整体温度升高.因此，在实际锻造生产过程中，要合理选择变形速度，避免局部温度过高，从而产生局部粗晶现象，影响涡轮盘的机械性能.
当摩擦因子为0.3，温度为1 040 ℃时不同变形速度对等效应力的影响见图5，可知，随着变形速度的增加，轮盘的等效应力明显增加
由图6可知，随着温度的升高，工件的等效应变不断增加.当变形温度从980 ℃升高到1 100 ℃时，等效应变也从4.55增加到7.21，即材料的流动性得到显著改善.
当摩擦因子为0.3，变形速度为20 mm/s时不同的变形温度对工件等效应力的影响见图7，由图7可知，等效应变随变形温度的升高而显著降低.在变形结束时刻，当变形温度为980，1 000，1 040和1 100 ℃时，工件的最高等效应力分别为496，426，407和370 MPa.等效应变和应力随温度的升高不断发生变化，这些都可以看做是材料变形能力的变化，其原因是：温度的升高增强原子的扩散能力，增加晶界的迁移能力，使材料更容易发生动态回复和再结晶，抵消由位错产生的加工硬化，提高材料的塑性，使变形更容易.
通过对上述不同加工条件的分析可以看出，温度对GH4169合金的变形影响更大.虽然当变形速度不同时，工件的等效应变、等效应力存在差异，但通常造成这种差异的原因除变形速度不同造成的温度降不同以外，则是高应变速率使工件组织的回复和再结晶过程不够充分.在本次模拟过程中，工件与模具都处在较高的温度中，散热很少，导致工件的温度降低和高应变速率的硬化机制不能发挥主导作用，从而显著地影响工件的变形抗力. 因此，在GH4169合金涡轮盘的锻造过程中，首先应考虑合理的锻造温度区间的选择.温度的选择一方面要保证组织能够发生普遍明显的动态再结晶，使组织晶粒度均匀，避免出现混晶现象;另一方面要考虑晶粒的尺寸，避免温度过高，使晶粒过分长大.其次，虽然变形速度对加工过程的影响相对变形温度产生的影响较小，但因变形速率过高而造成工件局部过热，从而产生局部粗晶现象却是GH4169合金涡轮盘加工过程中的常见现象，因此，在合理选择变形温度的基础上，选择适当的变形速度能进一步改善变形的均匀性，提高工件的性能.
4结论
(1)通过GH4169合金的等温恒应变速率压缩试验，确定该合金在高温下的双曲正弦流变应力模型，并通过实例模拟验证该模型在数值模拟过程中能够准确反映GH4169合金在不同加工条件下的变形规律.
(2)较高的变形速度可以减少工件与模具的接触时间，使工件的散热减少，温度场分布更均匀;但过大的变形速度会使工件产生局部温度过高，造成局部粗晶现象.
(3)较高的变形温度使材料的恢复与再结晶变得更容易，使工件塑性更好，变形更均匀充分;但过高的终锻温度会使再结晶后的晶粒增大，影响工件的机械性能.参考文献：
[1]王会阳， 安云岐， 李承宇， 等. 镍基高温合金材料的研究进展[J]. 材料导报， 2011(25)： 482486.
WANG Huiyang， AN Yunqi， LI Chengyu， et al. Research progress of Nibased superalloy[J]. Mat Rev， 2011(25)： 482486.
[2]刘润广， 蒋浩民， 姜勇， 等. GH4169合金超塑性变形及其力学行为的研究[J]. 航空材料工艺， 1998(2)： 3638.
LIU Runguang， JIANG Haomin， JIANG Yong， et al. Study on superplastic deformation and mechanical behavior of alloy GH4169[J]. Aerospace Materials & Technol， 1998(2)： 3638.
[3]SELLARS C M， MCTEGART W J. On the mechanism of hot deformation[J]. Acta Metallurgica， 1966， 14(9)： 11361138.
[4]Mc QUEEN H J， RYAN N D. Constitutive analysis in hot working[J]. Materials Science and Engineering A， 2002(322)： 4363.
锻造成型技术论文篇二
试论自由锻造
【摘要】自由锻造是利用冲击力或压力使金属在上下砧面间各个方向自由变形，不受任何限制而获得所需形状及尺寸和一定机械性能的锻件的一种加工方法，简称自由锻。
自由锻造所用工具和设备简单，通用性好，成本低。同铸造毛坯相比，自由锻消除了缩孔、缩松、气孔等缺陷，使毛坯具有更高的力学性能。锻件形状简单，操作灵活。因此，它在重型机器及重要零件的制造上有特别重要的意义。
【关键词】自由锻，基本工序，特点
【中图分类号】TG316.2 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158(2013)01―0194-02
自由锻造的基本工序
自由锻工序分：基本工序，辅助工序，精整工序。
一、基本工序
主要是使金属产生一定程度的属性变形，以达到所需要的形状及尺寸。
如，镦粗、拔长、冲孔、切割、弯曲、扭转等
二、辅助工序
是为基本工序的操作方便而进行的一些预先变形工序。
如，压钳口、压肩等。
三、精整工序
在终端温度下进行。如清理锻件表面的凸凹不平及整形等，主要用来减
少锻件表面缺陷的工序。
【拔长】也称延伸，它是使坯料横断面积减小、长度增加的锻造工序。拔
长常用于锻造杆、轴类零件。拔长的方法主要有两种：
1、在平砧上拔长。
2、在芯棒上拔长。锻造时，先芯棒插入冲好孔的坯料中，然后当作实心坯料进行拔长。拔长时，一般不是一次拔成，先将坯料拔成六角形，锻到所需长度后，再倒角滚圆，取出芯棒。为便于取出芯棒，芯棒的工作部分应有1：100左右的斜度。这种拔长方法可使空心坯料的长度增加，壁厚减小，而内径不变，常用于锻造套筒类长空心锻件。
镦粗
【镦粗】是使毛坯高度减小，横断面积增大的锻造工序。镦粗工序主要用于锻造齿轮坯、圆饼类锻件。镦粗工序可以有效地改善坯料组织，减小力学性能的异向性。镦粗与拔长的反复进行，可以改善高合金工具钢中碳化
物的形态和分布状态。
镦粗主要有以下三种形式：
1、完全镦粗。完全镦粗是将坯料竖直放在砧面上，在上砧的锤击下，使坯料产生高度减小，横截面积增大的塑性变形。
2、端部镦粗。将坯料加热后，一端放在漏盘或胎模内，限制这一部分的塑性变形，然后锤击坯料的另一端，使之镦粗成形。用漏盘的镦粗方法，多用于小批量生产;胎模镦粗的方法，多用于大批量生产。在单件生产条件下，可将需要镦粗的部分局部加热，或者全部加热后将不需要镦粗的部分在水中激冷，然后进行镦粗。
3、中间镦粗。这种方法用于锻造中间断面大，两端断面小的锻件，例如双面都有凸台的齿轮坯就采用此法锻造。坯料镦粗前，需先将坯料两端拔细，然后使坯料直立在两个漏盘中间进行锤击，使坯料中间部分镦粗。
为了防止镦粗时坯料弯曲，坯料高度h与直径d之比h/d≤2.5。
冲孔
【冲孔】是在坯料上冲出透孔或不透孔的锻造工序。冲孔的方法主要有以下两种：
1、双面冲孔法。用冲头在坯料上冲至2/3-3/4深度时，取出冲头，翻转坯料，再用冲头从反面对准位置，冲出孔来。
2、单面冲孔法。厚度小的坯料可采用单面冲孔法。冲孔时，坯料置于垫环上，一略带锥度的冲头大端对准冲孔位置，用锤击方法打入坯料，直至孔穿透为止。
弯曲
【弯曲】采用一定的工模具将坯料弯成所规定的外形的锻造工序，称为弯曲。
常用的弯曲方法有以下两种：
1、锻锤压紧弯曲法。坯料的一端被上、下砧压紧，用大锤打击或用吊车拉另一端，使其弯曲成形。
2、模弯曲法。在垫模中弯曲能得到形状和尺寸较准确的小型锻件。
切割
【切割】是指将坯料分成几部分或部分地割开，或从坯料的外部割掉一部分，或从内部割出一部分的锻造工序。
错移
【错移】是指将坯料的一部分相对另一部分平行错开一段距离，但仍保持轴心平行的的锻造工序，常用于锻造曲轴零件。错移时，先对坯料进局部切割，然后在切口两侧分别施加大小相等、方法相反且垂直于轴线的冲击力或压力，使坯料实现错移。
锻接
【锻接】是将坯料在炉内加热至高温后，用锤快击，使两者在固态结合的锻造工序。锻接的方法有搭接、对接、咬接等。锻接后的接缝强度可达被
连接材料强度的70%-80%。
扭转
【扭转】是将毛料的一部分相对于另一部分绕其轴线旋转一定角度的锻造工序。该工序多用于锻造多拐曲轴和校正某些锻件。小型坯料扭转角度不大时，可用锤击方法。
自由锻工艺规程的制定
1、分析零件图设计绘制锻件图
锻件图即是在零件图的基础上+锻件余量+锻件公差+余块所组成的图纸
2、坯料质量的计算
锻件坯料体积包括锻件的体积和锻造过程中的各种体积损失，如加热时的表面氧化、烧损等。
锻件坯料质量的计算可以按下公式计算M坯=M锻+M烧损+M切+M芯
3、坯料尺寸计算
根据已算得锻件质量和截面积大小定：坯料质量÷材料的比重=坯料体积。
4、选择锻造工序、确定锻造温度。
5、选择确定锻造设备。
6、规定有关技术要求、编写工艺卡等。
自由锻造特点
1)软件自动计算功能极大地提高工作效率：
软件可自动给出下料重量、锻件重量、及零件重量，十分迅速，使您省
去繁琐的计算和查询手册的工作，极大地提高您的效率，60秒就可以轻松完成一张完整的工艺卡。 软件还具有的锻件锻前加热规范、锻后热处理工艺，给工艺人员在做热处理工艺时一个很好的参考依据。一个工艺工程师可以做几个人的工作量，可以节约很多人力资源成本。
2)特殊图形和工艺：
任何复杂图形及特殊的工艺都可以利用软件的制图功能进行自行制作并可以储存，锻造工艺却可以自动生成，也可以自行修改工艺。
3)准确的材料利用率：
锻前就可以准确地给出热耗和工艺损耗(函数程序准确计算的)，可以使您在锻打产品前就可以给出材料的成本核算，利于您的准确报价。
4)多级台阶轴的优化和法兰胎膜制作功能：
多级台阶轴可以预先模拟出几种各级的锻件图形进行比较，可以很直观地观察出哪一种方案最佳，取最佳方案进行锻打，法兰胎膜制作功能，在实际使用中效果也很显著，锻件还列有锻打工步可作为工人师傅的锻打依据。
5)减少了材料的浪费：
避免新产品的反复试验工艺而造成损失;避免人为因素的失误和错误而造成损失;准确的材料重量计算可以提高材料利用率。
6)强大的自动计算和数据功能：
软件包含的几十类数千种锻件的工艺、数万种材料牌号、各类技术要求、所有吨位的锻锤和水压机、图形的参数化都会给您带来极大的方便(避免繁琐的手册查询工作)。
7)方便管理及有利于提高企业形象：
工艺卡片可以根据您的客户分类而自动存贮在软件里，可以随时调用，不用另存其他地方，便于管理者和工艺人员查看。规范化的设计和管理，也利于提高企业形象。
8)软件具有很强的升级功能：
随着贵公司的工艺水平的改进、或者各个时期不同工艺都可以取精华编制在软件里，使公司里锻造工艺具有连续性和升级性，不至于使工艺人为流失。
9)操作简单：
使用十分方便，即使不熟悉计算机的人，也能很容易掌握;不用另制作工艺卡，可以直接用打印机打出和分类保存在电脑里。
结论
锻造是机械制造中常用的成形方法。通过锻造能消除金属的铸态疏松及焊合孔洞，锻件的机械性能一般优于同样材料的铸件。机械中负载高、工作条件严峻的重要零件，除形状较简单的可用轧制的板材、型材或焊接件外，多采用锻件。
锻造按坯料在加工时的温度可分为冷锻和热锻。冷锻一般是在室温下加工，热锻是在高于坯料金属的再结晶温度上加工。有时还将处于加热状态，但温度不超过再结晶温度时进行的锻造称为温锻。不过这种划分在生产中并不完全统一。
参考文献
[1]刘润广，锻造工艺学，哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2002.
[2]林法禹，特种锻压工艺，北京：机械工业出版社，1991.
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