谈控制轴类锻件拔长过程中组织均匀性的重要性

谈控制轴类锻件拔长过程中组织均匀性的重要性

摘要：随着我国机车制造技术的不断发展，锻造技术作为核心部分，何保证锻

件变形均匀目前已经成为对锻造过程中急需解决的问题。文章主要对多道次拔长

工艺控制方法进行探究，通过翻转和布砧等多项工艺技术来提升锻件变形效果，

使其更符合具体需求，在锻造期间，使用合理的翻转以及布砧等工艺技术可以控

制锻件内部变形分布情况。

关键词：轴类锻件；拔长；均匀性控制

轴类锻件是我国工业化发展的关键部分，随着钢锭自身重量不断增加，锻件

在使用过程中锁孔，疏松等缺陷越发严重。因受到技术因素的限制，目前我国无

法对大型钢锭进行剖析，只能借助工艺技术确保钢锭在成型过程中，充实内部空

间减少存在的空隙，以此来控制锻造组织均匀性，获得更多的晶粒。锻造工艺的

关键在于如何在拔长工艺当中控制轴类锻件内部组织分布情况，解决使用过程中

存在的各项缺陷，例如局部结构微变形、漏砧等，而这些问题都需要根据实际情

况利用翻转或者不砧等工艺技术。

１多道次拔长工艺控制方法

利用单砧压方法可以在某些特定环境下使轴类锻件内部中存在空隙逐渐闭合，并且使动态结晶再次出现在变形结构中，使组织晶粒得到改善，多道次长工艺技

术是单砧压下在实践过程中不断优化而得出的产物，如翻转，不砧等多项工艺技

术工作原理一致，在锻造工艺参数相同的情况下，锻件整体中存在的区域会逐渐

闭合，且内部结构分布均匀，能够对质量进行控制。

1.1有效闭合区域理论计算基础

若长砧比在1.2左右，则实践当中低压转子锻件主拔长与前方截面积之间的

比例大概处于1.2至2之间。如果砧宽比在0.5左右，在ＦＭ法的作用下必须对

锻件变形部分进行考虑。若砧宽比例达到0.6时，则说明锻件当中的变形部位已

经达到中心区域，面积较大。而这种情况有利于锻件中心部位空隙闭合。

1.2有效闭合区域理论计算方法

如果锻件截面经过拔长之后仍旧为类似矩形的截面，则还要利用相同的工艺

技术对再次拔长锻件，而在这一过程中方坯拔长是主要的工艺技术。但对翻转技

术而言，措砧工艺在运用过程当中并不会对锻件的伸长和展宽造成影响，因此可

以看出，如果砧宽比例和压下率与展宽成正比，从而可以得出若长砧比达到确定，每道次的砧数也会随之确定。

在理论层面，可以通过调整压下率，对错砧数数进行调整等多种方式来改变

锻件自身规模，在所有方法中翻转方式产生的效果最佳。在实践当中，为简化操

作流程，最好的方式是保证每次压下率数值相同。例如对FM法而言，压下率最

好处于15%左右，并且因计算流程过于繁琐，因此最好利用计算机编程来设定压

下率的数值。

2多道次拔长工艺参数

2.1 90度翻转工艺参数

翻转工艺和布砧技术在应用过程中最主要的作用是改变锻件内部结构，使空

隙逐渐闭合变形均匀，而没有被压合的区域其比例会逐渐减小至0。翻转过程中

砧宽比，压下率，长砧比主要取决于翻转过程中道次频率，其中奇数道次主要指1、3，而偶数道次主要是指2、4，错砧数中共有数百个工艺参数，并且每个参数

都有与之对应的区域，除了未压合区域中比例为0的参数可用之外，其余参数均

不可用。例如砧宽比为0.5，而这种比例下的压下率为14%，长砧比为2，错砧比

为0.5，工艺参数为偶数，并且每道次的作用区域会因此发生变化，而没有经过

压缩的内部区域其比例大概为13%，由此可以看出工艺参数无法使用；因此结合

实际情况和需求合理使用不砧工艺能够改善闭合区域的分布效果，在砧宽比，压

下率和长砧比等多项外在因素的影响下，锻件内部结构可能会因此改变，其中受

砧宽比影响较小；受压下率和长砧比的影响趋势相同，即压下率或长砧比增大，

需错砧更多以满足全长有效闭合，这是由于压下率或长砧比的增大可增加锻件的

长度，使得第３或第４道次的相对砧宽比降低，从而需要增加错砧来覆盖第１或

第２道次未闭合区域。在实际生产的工艺编制中，可以按照上述布砧规律，根据

不同的工艺参数选择不同的布砧方式。对于常用工艺参数范围，错砧0.8均可以

使锻件全长有效闭合，为最优工艺。针对大型低压转子锻件，第１道次主拔长工

艺参数为，砧宽比0.5，压下率１４％，长砧比2.0。采用不错砧、错砧0.5、错

砧0.8工艺锻造一趟次，即４道次后，锻件的压合道次数表示锻件对应区域内可

以产生压合效果的道次数量。可以看出，不错砧，锻件将在全长0.38～0.45区域

出现压实效果较弱区域；错砧0.5，较弱区域为0.48～0.57区域；错砧0.8，消除

了压实效果较弱区域，方案更优。

2.2 180度翻转工艺

１８０度翻转，道次２、４错砧，奇数道次指道次１、２，偶数道次指道次３、４。不同工艺参数未压合区域比例与９０度翻转工艺不同，采用大错砧工艺

不利于锻件有效闭合，如错砧0.9在任何工艺参数下都不宜采用。这是由翻转方

式所决定的，因为大错砧错过了需要闭合的区域。工艺参数对布砧方案的影响方

式与翻转工艺基本相同。实际生产常用工艺参数范围，一般采用错砧0.7工艺即

可以使锻件全长有效闭合。提出多道次拔长工艺控制方法，通过多参数目标优化

布砧工艺，计算有效闭合区域，从而优化大型转子锻件拔长工艺。锻件拔长可根

据工艺参数按照本文方法选择合理布砧工艺，在常用工艺参数范围内，为操作方便，建议九十度时翻转工艺采用错砧0.8布砧工艺，１８０度时翻转工艺采用错

砧0.7布砧工艺。更优的翻转及布砧工艺可以充分利用每一砧的压实效果，有利

于减小拔长锻比，实现直接拔长工艺。

3结语

综上所述可以看出，控制轴类锻件拔长过程中组织均匀性对我国机械行业发

展来说具有非常重要的意义和作用，故而在实际加工过程中要使用合适的方法，

以保证最终的效果达到预期。只有这样锻件在使用的过程中才不会出现质量方面

的问题，其实用效果也能够在具体应用中得到充分体现，由此可以看出对轴类锻

件拔长过程中组织均匀性进行探究具有非常重要的意义，故而必须对其给予足够

重视.

参考文献：

[1]陈伟，刘建生，党淑娥.轴类大锻件拔长过程中变形与组织均匀性的控制[J].塑性工程学报，2015，22（005）：13-17.

[2]陈飞，刘建生，马越.关于轴类锻件拔长过程中组织均匀性控制的研究[J].机械工程学报，2018，054（010）：110-116.

[3]陈飞，支晨琛，韩帅，等.轴类拔长工艺的研究与展望[J].机械工程与自动化，2016.