鍛造成型技術(shù)論文
鍛造是一種利用鍛壓機(jī)械對金屬坯料施加壓力，使其一定形狀和尺寸鍛件的加工方法，下面是由學(xué)習(xí)啦小編整理的鍛造成型技術(shù)論文，謝謝你的閱讀。
鍛造成型技術(shù)論文篇一
GH4169合金渦輪盤鍛造成型的數(shù)值模擬和分析
摘要： 利用Gleeble3500型熱模擬試驗機(jī)研究GH4169合金在不同溫度和變形速度下的熱變形行為，建立該合金的高溫流變應(yīng)力模型.用Deform3D對GH4169鎳基高溫合金渦輪盤鍛造成型過程進(jìn)行數(shù)值模擬，比較不同變形速度和不同變形溫度下工件的變形行為.結(jié)果表明：相對于變形速度，變形溫度對鍛件性能的影響更加明顯;較高的變形溫度有利于材料的動態(tài)恢復(fù)和再結(jié)晶，使組織均勻，但過高的終鍛溫度會使晶粒尺寸變大，進(jìn)而影響渦輪盤的機(jī)械性能.
關(guān)鍵詞： 航空發(fā)動機(jī); 渦輪盤; 鎳基高溫合金; 鍛造成型; 變形溫度; 晶粒尺寸; 數(shù)值模擬
中圖分類號： V232.3;TB115.1文獻(xiàn)標(biāo)志碼： 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作為一種常見的航空發(fā)動機(jī)用鎳基高溫合金，在-253～650 ℃下具有高強(qiáng)度、高疲勞性能和良好的塑性，是目前應(yīng)用廣泛的一種高溫合金，占世界上高溫合金產(chǎn)品的35%～40%.[1]但是，GH4169合金在鍛造成型時，具有高溫塑性低、變形抗力大、可鍛溫度范圍窄、導(dǎo)熱性差等缺點，且鍛件的晶粒尺寸無法由后期熱處理工藝進(jìn)行改善，主要靠鍛造成型工藝進(jìn)行控制.所以，GH4169合金鍛件的成型工藝直接決定鍛件的機(jī)械性能.[2]
本文利用Deform3D對某型號航空發(fā)動機(jī)渦輪盤鍛造成型過程進(jìn)行仿真模擬研究，為優(yōu)化渦輪盤鍛造工藝、研究GH4169的熱塑性變形行為提供理論依據(jù).
模擬模具的初始溫度設(shè)置為980 ℃.在變形初始，模具與工件直接存在60 ℃的溫度差.在變形過程中，工件不斷向模具散熱，接觸表面溫度下降，同時塑性變形使工件的變形功轉(zhuǎn)化為熱能.模具和工件之間的摩擦也隨著接觸面積的增加而不斷增大，由摩擦引起的熱效應(yīng)也增強(qiáng)，從而使工件溫度不斷上升，尤其是飛邊和輪緣這些變形最激烈的區(qū)域.變形速度的增加，使模具和工件的接觸時間縮短，熱傳遞時間也縮短，工件整體溫度升高.因此，在實際鍛造生產(chǎn)過程中，要合理選擇變形速度，避免局部溫度過高，從而產(chǎn)生局部粗晶現(xiàn)象，影響渦輪盤的機(jī)械性能.
當(dāng)摩擦因子為0.3，溫度為1 040 ℃時不同變形速度對等效應(yīng)力的影響見圖5，可知，隨著變形速度的增加，輪盤的等效應(yīng)力明顯增加
由圖6可知，隨著溫度的升高，工件的等效應(yīng)變不斷增加.當(dāng)變形溫度從980 ℃升高到1 100 ℃時，等效應(yīng)變也從4.55增加到7.21，即材料的流動性得到顯著改善.
當(dāng)摩擦因子為0.3，變形速度為20 mm/s時不同的變形溫度對工件等效應(yīng)力的影響見圖7，由圖7可知，等效應(yīng)變隨變形溫度的升高而顯著降低.在變形結(jié)束時刻，當(dāng)變形溫度為980，1 000，1 040和1 100 ℃時，工件的最高等效應(yīng)力分別為496，426，407和370 MPa.等效應(yīng)變和應(yīng)力隨溫度的升高不斷發(fā)生變化，這些都可以看做是材料變形能力的變化，其原因是：溫度的升高增強(qiáng)原子的擴(kuò)散能力，增加晶界的遷移能力，使材料更容易發(fā)生動態(tài)回復(fù)和再結(jié)晶，抵消由位錯產(chǎn)生的加工硬化，提高材料的塑性，使變形更容易.
通過對上述不同加工條件的分析可以看出，溫度對GH4169合金的變形影響更大.雖然當(dāng)變形速度不同時，工件的等效應(yīng)變、等效應(yīng)力存在差異，但通常造成這種差異的原因除變形速度不同造成的溫度降不同以外，則是高應(yīng)變速率使工件組織的回復(fù)和再結(jié)晶過程不夠充分.在本次模擬過程中，工件與模具都處在較高的溫度中，散熱很少，導(dǎo)致工件的溫度降低和高應(yīng)變速率的硬化機(jī)制不能發(fā)揮主導(dǎo)作用，從而顯著地影響工件的變形抗力. 因此，在GH4169合金渦輪盤的鍛造過程中，首先應(yīng)考慮合理的鍛造溫度區(qū)間的選擇.溫度的選擇一方面要保證組織能夠發(fā)生普遍明顯的動態(tài)再結(jié)晶，使組織晶粒度均勻，避免出現(xiàn)混晶現(xiàn)象;另一方面要考慮晶粒的尺寸，避免溫度過高，使晶粒過分長大.其次，雖然變形速度對加工過程的影響相對變形溫度產(chǎn)生的影響較小，但因變形速率過高而造成工件局部過熱，從而產(chǎn)生局部粗晶現(xiàn)象卻是GH4169合金渦輪盤加工過程中的常見現(xiàn)象，因此，在合理選擇變形溫度的基礎(chǔ)上，選擇適當(dāng)?shù)淖冃嗡俣饶苓M(jìn)一步改善變形的均勻性，提高工件的性能.
4結(jié)論
(1)通過GH4169合金的等溫恒應(yīng)變速率壓縮試驗，確定該合金在高溫下的雙曲正弦流變應(yīng)力模型，并通過實例模擬驗證該模型在數(shù)值模擬過程中能夠準(zhǔn)確反映GH4169合金在不同加工條件下的變形規(guī)律.
(2)較高的變形速度可以減少工件與模具的接觸時間，使工件的散熱減少，溫度場分布更均勻;但過大的變形速度會使工件產(chǎn)生局部溫度過高，造成局部粗晶現(xiàn)象.
(3)較高的變形溫度使材料的恢復(fù)與再結(jié)晶變得更容易，使工件塑性更好，變形更均勻充分;但過高的終鍛溫度會使再結(jié)晶后的晶粒增大，影響工件的機(jī)械性能.參考文獻(xiàn)：
[1]王會陽， 安云岐， 李承宇， 等. 鎳基高溫合金材料的研究進(jìn)展[J]. 材料導(dǎo)報， 2011(25)： 482486.
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[2]劉潤廣， 蔣浩民， 姜勇， 等. GH4169合金超塑性變形及其力學(xué)行為的研究[J]. 航空材料工藝， 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.
鍛造成型技術(shù)論文篇二
試論自由鍛造
【摘要】自由鍛造是利用沖擊力或壓力使金屬在上下砧面間各個方向自由變形，不受任何限制而獲得所需形狀及尺寸和一定機(jī)械性能的鍛件的一種加工方法，簡稱自由鍛。
自由鍛造所用工具和設(shè)備簡單，通用性好，成本低。同鑄造毛坯相比，自由鍛消除了縮孔、縮松、氣孔等缺陷，使毛坯具有更高的力學(xué)性能。鍛件形狀簡單，操作靈活。因此，它在重型機(jī)器及重要零件的制造上有特別重要的意義。
【關(guān)鍵詞】自由鍛，基本工序，特點
【中圖分類號】TG316.2 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1672-5158(2013)01―0194-02
自由鍛造的基本工序
自由鍛工序分：基本工序，輔助工序，精整工序。
一、基本工序
主要是使金屬產(chǎn)生一定程度的屬性變形，以達(dá)到所需要的形狀及尺寸。
如，鐓粗、拔長、沖孔、切割、彎曲、扭轉(zhuǎn)等
二、輔助工序
是為基本工序的操作方便而進(jìn)行的一些預(yù)先變形工序。
如，壓鉗口、壓肩等。
三、精整工序
在終端溫度下進(jìn)行。如清理鍛件表面的凸凹不平及整形等，主要用來減
少鍛件表面缺陷的工序。
【拔長】也稱延伸，它是使坯料橫斷面積減小、長度增加的鍛造工序。拔
長常用于鍛造桿、軸類零件。拔長的方法主要有兩種：
1、在平砧上拔長。
2、在芯棒上拔長。鍛造時，先芯棒插入沖好孔的坯料中，然后當(dāng)作實心坯料進(jìn)行拔長。拔長時，一般不是一次拔成，先將坯料拔成六角形，鍛到所需長度后，再倒角滾圓，取出芯棒。為便于取出芯棒，芯棒的工作部分應(yīng)有1：100左右的斜度。這種拔長方法可使空心坯料的長度增加，壁厚減小，而內(nèi)徑不變，常用于鍛造套筒類長空心鍛件。
鐓粗
【鐓粗】是使毛坯高度減小，橫斷面積增大的鍛造工序。鐓粗工序主要用于鍛造齒輪坯、圓餅類鍛件。鐓粗工序可以有效地改善坯料組織，減小力學(xué)性能的異向性。鐓粗與拔長的反復(fù)進(jìn)行，可以改善高合金工具鋼中碳化
物的形態(tài)和分布狀態(tài)。
鐓粗主要有以下三種形式：
1、完全鐓粗。完全鐓粗是將坯料豎直放在砧面上，在上砧的錘擊下，使坯料產(chǎn)生高度減小，橫截面積增大的塑性變形。
2、端部鐓粗。將坯料加熱后，一端放在漏盤或胎模內(nèi)，限制這一部分的塑性變形，然后錘擊坯料的另一端，使之鐓粗成形。用漏盤的鐓粗方法，多用于小批量生產(chǎn);胎模鐓粗的方法，多用于大批量生產(chǎn)。在單件生產(chǎn)條件下，可將需要鐓粗的部分局部加熱，或者全部加熱后將不需要鐓粗的部分在水中激冷，然后進(jìn)行鐓粗。
3、中間鐓粗。這種方法用于鍛造中間斷面大，兩端斷面小的鍛件，例如雙面都有凸臺的齒輪坯就采用此法鍛造。坯料鐓粗前，需先將坯料兩端拔細(xì)，然后使坯料直立在兩個漏盤中間進(jìn)行錘擊，使坯料中間部分鐓粗。
為了防止鐓粗時坯料彎曲，坯料高度h與直徑d之比h/d≤2.5。
沖孔
【沖孔】是在坯料上沖出透孔或不透孔的鍛造工序。沖孔的方法主要有以下兩種：
1、雙面沖孔法。用沖頭在坯料上沖至2/3-3/4深度時，取出沖頭，翻轉(zhuǎn)坯料，再用沖頭從反面對準(zhǔn)位置，沖出孔來。
2、單面沖孔法。厚度小的坯料可采用單面沖孔法。沖孔時，坯料置于墊環(huán)上，一略帶錐度的沖頭大端對準(zhǔn)沖孔位置，用錘擊方法打入坯料，直至孔穿透為止。
彎曲
【彎曲】采用一定的工模具將坯料彎成所規(guī)定的外形的鍛造工序，稱為彎曲。
常用的彎曲方法有以下兩種：
1、鍛錘壓緊彎曲法。坯料的一端被上、下砧壓緊，用大錘打擊或用吊車?yán)硪欢耍蛊鋸澢尚巍?/p>
2、模彎曲法。在墊模中彎曲能得到形狀和尺寸較準(zhǔn)確的小型鍛件。
切割
【切割】是指將坯料分成幾部分或部分地割開，或從坯料的外部割掉一部分，或從內(nèi)部割出一部分的鍛造工序。
錯移
【錯移】是指將坯料的一部分相對另一部分平行錯開一段距離，但仍保持軸心平行的的鍛造工序，常用于鍛造曲軸零件。錯移時，先對坯料進(jìn)局部切割，然后在切口兩側(cè)分別施加大小相等、方法相反且垂直于軸線的沖擊力或壓力，使坯料實現(xiàn)錯移。
鍛接
【鍛接】是將坯料在爐內(nèi)加熱至高溫后，用錘快擊，使兩者在固態(tài)結(jié)合的鍛造工序。鍛接的方法有搭接、對接、咬接等。鍛接后的接縫強(qiáng)度可達(dá)被
連接材料強(qiáng)度的70%-80%。
扭轉(zhuǎn)
【扭轉(zhuǎn)】是將毛料的一部分相對于另一部分繞其軸線旋轉(zhuǎn)一定角度的鍛造工序。該工序多用于鍛造多拐曲軸和校正某些鍛件。小型坯料扭轉(zhuǎn)角度不大時，可用錘擊方法。
自由鍛工藝規(guī)程的制定
1、分析零件圖設(shè)計繪制鍛件圖
鍛件圖即是在零件圖的基礎(chǔ)上+鍛件余量+鍛件公差+余塊所組成的圖紙
2、坯料質(zhì)量的計算
鍛件坯料體積包括鍛件的體積和鍛造過程中的各種體積損失，如加熱時的表面氧化、燒損等。
鍛件坯料質(zhì)量的計算可以按下公式計算M坯=M鍛+M燒損+M切+M芯
3、坯料尺寸計算
根據(jù)已算得鍛件質(zhì)量和截面積大小定：坯料質(zhì)量÷材料的比重=坯料體積。
4、選擇鍛造工序、確定鍛造溫度。
5、選擇確定鍛造設(shè)備。
6、規(guī)定有關(guān)技術(shù)要求、編寫工藝卡等。
自由鍛造特點
1)軟件自動計算功能極大地提高工作效率：
軟件可自動給出下料重量、鍛件重量、及零件重量，十分迅速，使您省
去繁瑣的計算和查詢手冊的工作，極大地提高您的效率，60秒就可以輕松完成一張完整的工藝卡。 軟件還具有的鍛件鍛前加熱規(guī)范、鍛后熱處理工藝，給工藝人員在做熱處理工藝時一個很好的參考依據(jù)。一個工藝工程師可以做幾個人的工作量，可以節(jié)約很多人力資源成本。
2)特殊圖形和工藝：
任何復(fù)雜圖形及特殊的工藝都可以利用軟件的制圖功能進(jìn)行自行制作并可以儲存，鍛造工藝卻可以自動生成，也可以自行修改工藝。
3)準(zhǔn)確的材料利用率：
鍛前就可以準(zhǔn)確地給出熱耗和工藝損耗(函數(shù)程序準(zhǔn)確計算的)，可以使您在鍛打產(chǎn)品前就可以給出材料的成本核算，利于您的準(zhǔn)確報價。
4)多級臺階軸的優(yōu)化和法蘭胎膜制作功能：
多級臺階軸可以預(yù)先模擬出幾種各級的鍛件圖形進(jìn)行比較，可以很直觀地觀察出哪一種方案最佳，取最佳方案進(jìn)行鍛打，法蘭胎膜制作功能，在實際使用中效果也很顯著，鍛件還列有鍛打工步可作為工人師傅的鍛打依據(jù)。
5)減少了材料的浪費：
避免新產(chǎn)品的反復(fù)試驗工藝而造成損失;避免人為因素的失誤和錯誤而造成損失;準(zhǔn)確的材料重量計算可以提高材料利用率。
6)強(qiáng)大的自動計算和數(shù)據(jù)功能：
軟件包含的幾十類數(shù)千種鍛件的工藝、數(shù)萬種材料牌號、各類技術(shù)要求、所有噸位的鍛錘和水壓機(jī)、圖形的參數(shù)化都會給您帶來極大的方便(避免繁瑣的手冊查詢工作)。
7)方便管理及有利于提高企業(yè)形象：
工藝卡片可以根據(jù)您的客戶分類而自動存貯在軟件里，可以隨時調(diào)用，不用另存其他地方，便于管理者和工藝人員查看。規(guī)范化的設(shè)計和管理，也利于提高企業(yè)形象。
8)軟件具有很強(qiáng)的升級功能：
隨著貴公司的工藝水平的改進(jìn)、或者各個時期不同工藝都可以取精華編制在軟件里，使公司里鍛造工藝具有連續(xù)性和升級性，不至于使工藝人為流失。
9)操作簡單：
使用十分方便，即使不熟悉計算機(jī)的人，也能很容易掌握;不用另制作工藝卡，可以直接用打印機(jī)打出和分類保存在電腦里。
結(jié)論
鍛造是機(jī)械制造中常用的成形方法。通過鍛造能消除金屬的鑄態(tài)疏松及焊合孔洞，鍛件的機(jī)械性能一般優(yōu)于同樣材料的鑄件。機(jī)械中負(fù)載高、工作條件嚴(yán)峻的重要零件，除形狀較簡單的可用軋制的板材、型材或焊接件外，多采用鍛件。
鍛造按坯料在加工時的溫度可分為冷鍛和熱鍛。冷鍛一般是在室溫下加工，熱鍛是在高于坯料金屬的再結(jié)晶溫度上加工。有時還將處于加熱狀態(tài)，但溫度不超過再結(jié)晶溫度時進(jìn)行的鍛造稱為溫鍛。不過這種劃分在生產(chǎn)中并不完全統(tǒng)一。
參考文獻(xiàn)
[1]劉潤廣，鍛造工藝學(xué)，哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2002.
[2]林法禹，特種鍛壓工藝，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1991.
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