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现行的锻造工艺理论存在着不足，有些论点不完善甚至是错误的。例如：对于平板镦粗，现行的锻造工艺理论认为，在变形体内部总处于三向压缩应力状态，这与作者所做的实验不符；对于平砧拔长与FM(Free from Mannes-mann effect)锻造法，现行的工艺理论只有砧宽比一个工艺参数来控制轴向应力，而忽略了横向应力问题；现行的工艺理论与技术，对于饼类锻件与宽板锻件所形成的内裂缺陷在理论上不能解释等。本文综述了作者在大型锻件锻造新理论与新技术方面，近期所取得的重大进展，纠正与完善了现行锻造工艺理论的不足。

1、平板间镦粗圆柱体及方柱体

在普通平板间镦粗圆柱体，由于毛坯端面摩擦力的作用，在两端形成刚性区(或难变形区)，使得镦粗体内满足塑性条件不一致。

在毛坯高径比H/D大于1的情况下进行镦粗(图1)，某些区域先满足塑性条件，有起始塑性变形的趋势，称该区域为主动塑性变形区；而有些区域不满足塑性变形条件，没有起始塑性变形的趋势，称该区域为被动塑性变形区。由于镦粗体是一个整体，被动塑性变形区要受到主动塑性变形区的牵制，使得在被动塑性变形区内承受着径向和切向(周向)拉伸应力 σr、σθ。这就是圆柱体平板间镦粗刚塑性力学模型拉应力理论的核心。

当毛坯高径比H/D小于1的毛坯进行镦粗(图2)或瞬时高径比小于1的变形体继续镦粗时，由于端部摩擦所形成的难变形区(瞬时的、动态的)，可以认为是静水应力区。那么，静水应力区的变形应是纯剪切变形。当(H/D≤1)时，产生的剪切变形与应力就很强烈，有可能在毛坯上下对称平面附近金属薄弱处产生裂纹型缺陷。这就是圆柱体平板间镦粗静水应力模型切应力理论的核心。

前者打破了镦粗体(不论高径比大小)内三向压应力传统之说，为正确解释镦粗体形成双鼓形(H/D>2)、单鼓形(H/D≤2)及双鼓形转变成单鼓形提供了力学依据，并为轴对称塑性体的广义滑移线解和主应力分块法、数值模拟求其应力场提供了力学模型，后者圆满地解释了大型饼类锻件常出现的“夹馅饼”缺陷问题，也为正确编制大型饼类锻件的工艺提供了理论依据。

平板镦粗圆柱体的新理论已被定性物理模拟及数值模拟、广义滑移线解 、力学分块法”和生产解剖试验所证实。

刚塑性力学模型和静水应力力学模型同样可适用于定性分析方柱体平板间镦粗时其高度大型铸锻件方向对称面上的应力分布。该分析对拔长工序的重新认识与合理应用有重要的理论和实际意义。

2、锥形板镦粗新工艺

平板镦粗有两大缺陷：一是镦粗体内变形不均匀，二是应力状态不佳。要从根本上改善这两种情况，只有从改变毛坯端部的边界条件入手。一条途径是减少毛坯端部接触面应力（ 如采用软金属垫镦粗和加润滑剂镦粗）或改变变形方式（如采用上、下小方砧局部镦粗和叠锻等）；另一条途径是改变镦粗板形状。作者着眼于后者，提出了一种新工艺—锥形板镦粗（图3）。这种工艺改善了变形体内部的应力状态，能迫使平板镦粗的刚性区变形(H/D＞1)，能消除(H/D＜1)或降低(H/D≤1)平板镦粗静水应力区的剪切变形强度。这对锻合毛坯的内部空洞型缺陷、改善毛坯内部金属的组织与性能、防止内部新缺陷（ 如夹杂性裂纹） 的产生起到良好的效果。

3、平砧（或与大平台）间拔长矩形截面毛坯

3.1 平砧拔长矩形截面毛坯的理论及其工艺参数的量值匹配

对于平砧拔长(图4)，前人进行了很多研究。但在诸研究中，只注意到了拔长变形体的轴向应力问题，而忽略了拔长体的横向应力问题。随着平板镦粗圆柱体新理论的建立，发展到平板镦粗方柱体的两个新力学模型的形成，必然促使形成与提出新的拔长工艺理论。该理论论证了只有砧宽比W/H 一个工艺参数的不足，而应补充一个工艺参数—料宽比B/H，才能正确描述拔长毛坯变形中心区域的应力状态与有效地控制锻件质量。同时用料宽比和砧宽比控制锻件内部质量的拔长工艺，简称为LZ锻造法。

根据金属流动的规律，拔长坯料的平均展宽率ψ=(B-B0)/B0与砧宽比L0/H0(当L0≈W时，砧宽比为W/H0）、料宽比B0/H0 和压下率η＝(H0-H )/H0 有关。如假定砧宽比≥0.8～0.9，送进量L0(或W)与坯料宽B0 近似相等，展宽率ψ对应于压下率η的关系如图5曲线1所示。利用曲线1，可进行平砧拔长矩形截面毛坯的截面变换计算。

根据毛坯拔长截面变换与相应工艺参数的计算，可得出如下结论：

（1）拔长方坯，选用压下率ηi＝10.5%，ηi＝20%(I ＝2，3，4，…)，可满足其他工艺参数得到最佳的匹配。

（2）在压下过程中，能满足砧宽比W/H 在0.85～1.06的范围中变化，使之在变形过程中不出现轴向拉应力。

（3）能满足料宽比B/H 在0.85～1.18的范围中变化，可避免在变形过程中出现横向拉应力。

（ 4）正确操作，拔长时较准确地选用变形压下前的砧宽比L0/H0≈0.85，可使得L0≈B0，满足实验初始条件。

3.2 新FM 锻造法

FM锻造法相对于应用最多的平砧拔长而言是一种特殊锻造工艺。该法使用锻造工具的特征是上用普通平砧、下用大平台(图6)。所谓FM 法，原意是毛坯变形区中心不出现轴向拉应力，即免除Mannesmann效应的锻造法。工艺条件是：砧宽比W/H ≥0.4，经证轴向应力是压应力。与上、下平砧拔长轴向不出现拉应力的砧宽比W/H ≥0.8～0.9相比，要小一倍以上。故所需锻压力，前者只为后者的2/3。FM锻造法省力，这是它的优点。与传统的拔长工艺一样，FM锻造法也只注意到了变形体内的轴向应力问题，而忽略了变形体内的横向应力。这里，提出一个既控制毛坯变形区中心不出现轴向拉应力，又控制毛坯变形区中心不出现横向拉应力，上用普通平砧、下用大平台的锻造方法，称之为新FM 法。

新FM锻造法(图6)的实质—增加了料宽比的控制。要实现毛坯中心无横向拉应力作用，以及缓和静水应力区内的剪切变形强度，应控制料宽比B/H 在0.83～1.20的范围内。保证砧宽比和料宽比在较理想的范围中变化，最合适的压下率(双面)应为22%。

应用图5曲线2，可进行新FM锻造法压缩矩形毛坯的截面变换计算。

4、无横向拉应力锻造法

4.1 问题的提出

在液压机上用上、下平砧拔长矩形截面毛坯（LZ 锻造法)或用新FM 锻造法，要在变形区中心无横向拉应力作用，必须控制料宽比B/H在有效的范围内，才有可能实现。这对用于锻造轴类锻件的开坯是可行的，也是很好的工艺方法。但对宽板锻件（ 如锻件宽度与其高度之比大于1.5) ，采用上、下普通平砧进行锻造，当毛坯窄面与压机作用力方向一致时，在变形区中心可能形成两向拉应力；料宽比过小形成横向拉应力是无疑的；还可能砧子的宽度不够，满足不了砧宽比的要求，形成轴向拉应力。在变形区内存在两向拉应力，形成内部裂纹的危险性最大。当毛坯再翻转90°压缩时，由于料宽比B/H 过大，在静水应力区内，产生强烈的剪切应变与应力，这可能在变形区水平对称平面附近萌生裂纹源，尤其在金属薄弱处更加剧烈。

采用新FM法锻造宽板类锻件比用普通平砧拔长法要好，能满足砧宽比的要求，不能形成轴向拉应力。无疑，料宽比不能得到有效控制，但新FM法锻造每次压缩时的压下量，要比平砧拔长时小一倍，故在变形过程中形成横向拉应力裂纹源与萌生剪切裂纹源的可能性要比用平砧拔长法小得多，但后者的隐患没有得到根本的解决。

要想从根本上改善不受料宽比的控制，只有改变砧面的形状才有可能。这里提出一种上、下锥面砧的锻造工艺，能实现无横向拉应力的锻造。

4.2 锥面砧拔长矩形截面毛坯的力学模型

图7为锥面拔长矩形截面毛坯的力学模型。接触面间没有相对滑动。在拔长过程中，与锥面成45°的金属称为刚性区。刚性区Ⅰ直接作用于金属Ⅱ区和Ⅲ区。很明显，忽略轴向应力的影响，Ⅲ区一定受横向压应力作用。

要实现无横向拉应力锻造，锥面砧的α角要设计正确。当α＝0时，即变成平砧拔长。

5、结果与讨论

（1）在大型锻件锻造工艺理论上对平板镦粗圆柱体和平砧拔长矩形截面毛坯提出了新理论，并反复经试验验证。这为建立正确的大型锻件锻造工艺理论奠定了基础。

（2）相应提出的一系列新工艺，诸如锥形板镦粗、LZ 锻造法、新FM 锻造法以及横向无拉应力锻造法等，可以有效地提高大型锻件的质量。

（3）上述结论为研究与建立正确的大型锻件锻造指令专家系统提供了可靠的判据。

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