大型饼类锻件预镦粗工序的数值模拟研究
                                      丁燕青1，高锦张1，王兴中2，马武江2
                                 (1.东南大学材料科学与工程学院，江苏 南京 211189）
                               （2.上海新闵重型锻造股份有限公司，江苏 东台 224200)
     为了解决镦粗变形缺陷，将饼类锻件的预镦粗工序分为锥台砧镦粗和平砧端面整平两个阶段，利用DEFORM-3D计算平台建立锻造过程的有限元模型并进行仿真分析；分别从锻件内部的应力场和应变场等方面研究了锥台砧锥角和压下率对镦粗过程的影响，平砧旋转锻造方式和下砧砧形对端面整平过程的影响，以获得合理的预镦粗锻造工艺参数，指导实际生产过程。

     管板、封头和端盖等大型饼类锻件是核电装备的重要组成部分，此类锻件长期工作于高温、高压和高放射性的恶劣环境中，且承受着高流速介质所带来的变化冲击荷载，因此对综合机械性能提出了极高的要求［1］。在普通宽平砧镦粗成形过程中，锻件与上下平砧接触的端面区域存在较大的难变形区，此区域的铸态组织不易破碎和再结晶，内部缺陷不能消除，降低了锻件的综合力学性能，严重影响其寿命。当压下量较大时，上下难变形区域发生刚性接触，心部应变集中，易产生层状剪切裂纹［2］，导致锻件报废。
     解决这类问题的主要方法是提高锻件在成形过程中的变形均匀程度，使锻件整体获得均匀且充分的变形，避免锻件内部出现剪切裂纹和端面附近产生难变形区，同时应保证心部处于压应力状态。提高大型饼类锻件变形均匀性的成形方式主要分为两类：1）改变工具形状，采用凸形砧进行整体镦粗，包括压窝法［3］和锥形砧镦粗法［4-5］，有利于促使上下难变形区变形；2）改变平砧布砧方式，采用窄平砧进行局部镦粗，包括排砧法和旋转进砧法［6］，能够减小平砧与端面的接触面积，从而缩小难变形区域，提高锻件变形均匀程度。
     在大型饼类锻件的实际生产中，经过开坯后的坯料一般需要经过预镦粗和终锻成形两道工序以获得目标锻件，其中预镦粗常采用改变工具形状的
方案来提高应变均匀程度。本文主要研究锥台砧镦粗和平砧端面整平对预镦粗工序过程的影响。

1 坯料预镦粗工艺
   饼类锻件的高径比较小，锻造变形程度较大，易产生变形不均匀和心部裂纹，因此应首先进行预镦粗降低坯料高径比，然后进行局部镦粗直至符合目标锻件尺寸，综合使用两种锻造工艺，提高变形均匀程度。坯料预镦粗工序的锻造过程如图1所示，首先对开坯后的坯料进行锥形砧镦粗，然后使用窄平砧进行端面整平。

    本文利用有限元方法对预镦粗过程进行数值模拟，分析砧形设计、压下率和端面整平方案对锻件应力应变状态的影响，以获得合理的锻造工艺方案和参数，为实际锻造过程提供指导。

2预镦粗过程的模拟方案
2.1锥台砧镦粗过程
    在锥形砧镦粗过程中，坯料较难放置平稳，受......


 
基金项目：江苏省科技厅前瞻性联合研究项目（BY2014127-14）；江苏省科技厅重点研发计划-产业前瞻与共性关键技术（BE2015110）
作者简介：丁燕青（1991—），男，河南商丘人，东南大学硕士研究生，主要研究方向为核电大型锻件的锻造工艺。


（文章来源《机械设计与制造工程》杂志如需详细资料请联系江苏机械门户网客服QQ:2980918915,电话025-83726289）