LZ锻造的砧宽比_料宽比的临界值研究.pdf
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锻 压 技 术 2004 年 第 3 期 LZ锻 造 的 砧 宽 比 、 料 宽 比 的 临 界 值 研 究梁 晨 3 刘 助 柏(燕 山 大 学 锻 压 研 究 所 066004 )摘 要 : 通 过 有 限 元 模 拟 LZ锻 造 , 分 析 锻 件 心 部 一 定 区 域 内 的 应 力 场 分 布 规 律 , 得 到 对 于 不 同压 下 率 , 在 不 同 料 宽 比 条 件 下 , 使 轴 向 应 力 由 拉 应 力 转 变 为 压 应 力 的 临 界 砧 宽 比 (w/ h) cr ; 在 不同 砧 宽 比 条 件 下 , 都 存 在 着 使 横 向 应 力 由 拉 应 力 转 变 为 压 应 力 的 临 界 料 宽 比 ( b/ h) cr 合 理 的 工 艺参 数 应 由 砧 宽 比 、 料 宽 比 及 压 下 率 3 者 匹 配 确 定 关 键 词 : 拔 长 锻 造 临 界 砧 宽 比 临 界 料 宽 比Study on critical value of tool width ratio and blank width ratio of LZ forgingLiang Chen Liu Zhubai( Yanshan University)Abstract : The stress distribution of the blank center is analyzed by finite2element simulating LZ forging. The critical value oftool width ratio when the axial tense stress turns to compressive stress under given reduction ratio and blank width ratio is obtained ;The critical value of blank width ratio when the transverse tense stress turns to compressive stress under given reduction ratio and toolwidth ratio is obtained too. The rational processing parameters of tool width ratio , blank width ratio and reduction ratio must match.Keywords : Stretching Forging Critical tool width ratio Critical blank width ratio3 男 , 33 岁 , 讲 师收 稿 日 期 : 2003209222一 、 引 言大 锻 件 是 冶 金 、 电 力 、 石 油 、 化 工 、 矿 山 、 交通 运 输 行 业 和 原 子 能 工 业 等 大 型 设 备 的 重 要 支 柱 。
因 此 , 提 高 大 锻 件 的 质 量 , 保 证 其 运 行 过 程 中 的 安全 性 和 可 靠 性 , 具 有 十 分 重 要 的 意 义 也 就 要 求 在锻 造 过 程 中 , 使 锻 件 内 塑 性 变 形 区 处 于 三 向 压 应 力状 态 用 平 砧 拔 长 矩 形 截 面 毛 坯 时 , 前 苏 联 学 者 得出 当 砧 宽 比 大 于 015 时 , 砧 子 侧 面 连 线 和 轴 线 交 点处 不 出 现 轴 向 拉 应 力 ; 日 本 学 者 得 出 当 砧 宽 比 大 于019 时 , 拔 长 变 形 区 轴 线 中 心 点 可 避 免 出 现 轴 向 拉应 力 由 此 可 见 , 研 究 变 形 体 的 不 同 位 置 , 得 到 的砧 宽 比 有 较 大 的 差 异 此 外 , 他 们 的 研 究 只 注 意 到了 变 形 体 内 轴 向 应 力 , 而 忽 略 了 横 向 应 力 LZ锻 造法 是 同 时 用 料 宽 比 (L) 和 砧 宽 比 ( Z) 控 制 锻 造 的工 艺 方 法 [1 ] 但 LZ锻 造 法 没 有 指 明 料 宽 比 对 轴 向 应力 的 影 响 以 及 砧 宽 比 对 横 向 应 力 的 影 响 。
本 文 应 用ANSYS有 限 元 软 件 模 拟 LZ 锻 造 法 , 通 过 分 析 锻 件内 部 应 力 的 分 布 , 发 现 变 形 区 内 轴 向 、 横 向 应 力 的最 大 值 并 不 是 在 中 心 点 处 , 同 时 , 压 下 率 对 临 界 砧宽 比 和 临 界 料 宽 比 有 一 定 影 响 , 因 此 得 出 了 不 同 压下 率 时 满 足 锻 件 心 部 一 定 区 域 内 为 三 向 压 应 力 的 临界 砧 宽 比 和 临 界 料 宽 比 二 、 计 算 模 型 建 立用 ANSYS有 限 元 软 件 , 模 拟 LZ锻 造 时 锻 件 中 部进 行 形 变 时 的 情 况 砧 子 与 锻 件 之 间 的 摩 擦 系 数 取015 满 砧 送 进 时 , 砧 宽 比 是 指 砧 宽 w 与 锻 件 变 形 前 高度 h 之 比 ; 非 满 砧 送 进 时 , 砧 宽 比 是 指 相 对 送 进 量 l与 锻 件 变 形 前 高 度 h 之 比 料 宽 比 是 指 料 宽 b 与 锻 件变 形 前 高 度 h 之 比 , 计 算 模 型 如 图 1 所 示 。
本 文 砧 宽41比 w/ h 取 016、 018、 1103组 , 料 宽 比 b/ h 取 016、 018、1103组 , 压 下 率 Δ h/ h 为 1 %～ 22 %图 1 计 算 模 型三 、 LZ锻 造 法 临 界 砧 宽 比 与 料 宽 比11 临 界 砧 宽 比 与 临 界 料 宽 比 确 定 标 准对 应 力 分 布 规 律 研 究 表 明 : 随 着 砧 宽 比 的 增 大 ,锻 件 心 部 区 域 轴 向 应 力 由 拉 应 力 减 少 直 至 为 负 值 ,所 以 存 在 一 个 使 轴 向 拉 应 力 变 为 零 的 临 界 砧 宽 比( w/ h) cr ; 同 理 , 随 着 料 宽 比 的 增 大 , 锻 件 心 部 区域 横 向 应 力 由 拉 应 力 减 少 直 至 为 负 值 , 也 存 在 一 个使 横 向 拉 应 力 变 为 零 的 临 界 料 宽 比 ( b/ h) cr LZ 锻造 法 锻 造 时 , 轴 向 应 力 在 锻 件 中 心 点 处 的 值 小 于 横向 对 称 中 心 线 (即 z 轴 ) 上 的 值 ; 横 向 应 力 在 锻 件中 心 点 处 的 值 小 于 纵 向 对 称 中 心 线 (即 x 轴 ) 上 的值 , 如 图 2 所 示 , 砧 宽 比 为 110 , 料 宽 比 为 110 , 压下 率 为 14 %时 轴 向 、 横 向 应 力 在 z 轴 、 x 轴 上 的 分布 。
以 下 各 图 中 符 号 意 义 如 下 : w 代 表 砧 宽 比 , b代 表 料 宽 比 , y 代 表 压 下 率 , σ a 代 表 轴 向 应 力 , σ c代 表 横 向 应 力 图 2 z、 x 轴 上 应 力 分 布(a) z 轴 上 应 力 分 布 (b) x 轴 上 应 力 分 布因 此 , 以 点 M ( x = 0 , y = 0 , z = 0125b) 处 轴 向应 力 为 零 时 的 砧 宽 比 作 为 临 界 砧 宽 比 , 以 点 P ( x =015w , y = 0 , z = 0) 处 横 向 应 力 为 零 时 的 料 宽 比 作 为临 界 料 宽 比 , 比 较 符 合 实 际 情 况 以 压 下 率 14 %时 为例 , 图 3给 出 了 M 点 处 的 轴 向 应 力 与 砧 宽 比 的 关 系 ,图 4 给 出 了 P点 处 的 横 向 应 力 与 料 宽 比 的 关 系 图 4 P 点 处 横 向 应 力 与 料 宽 比 的 关 系21 临 界 砧 宽 比 确 定由 图 3 可 知 , 料 宽 比 不 同 , 使 M 点 处 的 轴 向 应力 由 拉 应 力 转 变 为 压 应 力 的 砧 宽 比 不 同 , 即 在 不 同料 宽 比 条 件 下 , 都 存 在 着 一 个 使 轴 向 应 力 由 拉 应 力转 变 为 压 应 力 的 临 界 砧 宽 比 ( w/ h) cr。
它 是 料 宽 比和 压 下 率 的 函 数 , 不 同 压 下 率 下 的 临 界 砧 宽 比 与 料宽 比 的 关 系 曲 线 见 图 5a对 于 料 宽 比 b/ h = 016～ 110 , 随 着 料 宽 比 的 增大 , 临 界 砧 宽 比 减 小 , 压 下 率 6 %时 , 临 界 砧 宽 比范 围 在 0195～ 1105 之 间 ; 压 下 率 为 14 %时 , 临 界 砧宽 比 在 0185～ 0192 之 间 ; 压 下 率 为 22 %时 , 临 界 砧宽 比 在 0176～ 0181 之 间 压 下 率 对 临 界 砧 宽 比 有 一 定 影 响 , 随 着 压 下 率的 增 大 , 临 界 砧 宽 比 相 对 减 小 , 如 在 料 宽 比 为 018的 情 况 下 , 压 下 率 为 6 %时 的 临 界 砧 宽 比 为 110 ; 在压 下 率 为 14 %时 的 临 界 砧 宽 比 为 0189 ; 压 下 率 为22 %时 的 临 界 砧 宽 比 为 01831 临 界 料 宽 比 确 定由 图 4 可 知 , 砧 宽 比 不 同 , 使 P 点 处 的 横 向 应力 由 拉 应 力 转 变 为 压 应 力 的 料 宽 比 不 同 , 即 在 不 同砧 宽 比 条 件 下 , 都 存 在 着 使 横 向 应 力 由 拉 应 力 转 变为 压 应 力 的 临 界 料 宽 比 ( b/ h) cr。
它 是 砧 宽 比 和 压下 率 的 函 数 , 不 同 压 下 率 下 的 临 界 料 宽 比 与 砧 宽 比51的 关 系 曲 线 见 图 5b图 5 砧 宽 比 和 料 宽 比 的 临 界 值(a)临 界 砧 宽 比 与 料 宽 比 的 关 系 (b)临 界 料 宽 比 与 砧 宽 比 的 关 系对 于 砧 宽 比 w/ h = 016～ 110 , 随 着 砧 宽 比 的 增大 , 临 界 料 宽 比 也 增 大 , 压 下 率 6 %时 , 临 界 料 宽比 范 围 在 112～ 1135 之 间 ; 压 下 率 14 %时 , 临 界 料宽 比 范 围 在 0198～ 1125 之 间 ; 压 下 率 22 %时 , 临 界料 宽 比 范 围 在 0175～ 1104 之 间 压 下 率 对 临 界 料 宽 比 有 一 定 影 响 , 随 压 下 率 的增 大 临 界 料 宽 比 相 对 减 小 , 如 在 砧 宽 比 为 018 的 情况 下 , 压 下 率 为 6 %时 的 临 界 料 宽 比 为 113 ; 在 压 下率 为 14 %时 的 临 界 料 宽 比 为 1117 ; 压 下 率 为 22 %时的 临 界 料 宽 比 为 0193。
四 、 合 理 的 工 艺 参 数 确 定只 有 使 中 心 一 定 区 域 内 的 轴 向 、 横 向 应 力 都 为压 应 力 , 才 能 保 证 锻 件 质 量 对 应 力 分 布 规 律 的 研究 表 明 , 在 横 向 对 称 中 心 轴 线 上 , 随 着 离 中 心 点 的距 离 增 大 。
