形砧镦粗工艺

为了消除传统平砧镦粗工艺所无法解决的鼓形、难锻合缺陷以及应力应变分布不均匀等问题，我国科学工作者提出了许多新的锻造工艺理论及技术。燕山大学机械工程学院的刘助柏教授以主动塑性变形区和被动塑性变形区的角度考虑，对普通平板间镦粗

圆柱体提出了两个重要的新理论，即当高径比大于1时的刚塑性力学模型的拉应力理论和当高径比小于1时的静水应力力学模型的剪应力理论。同时刘助柏教授还针对传统平砧镦粗的不足，提出了一种形砧镦粗工艺—锥形板镦粗工艺。李锦提出先压凹端面然后再去平板镦粗，李纬民提出锥形板镦粗加局部压平的新锻压工艺等。新的锻压工艺开发被越来越多的专家学者所重视。 

随着形砧镦粗工艺的提出，其理论及形砧的选择日趋成熟，研究者纷纷做了大量的理论研究与实验，分别提出了如图 1.1 所示的平板镦粗、球形板镦粗、碟形板镦粗和锥形板镦粗等多种形砧工艺方案。

平板镦粗主要是从砧宽比的角度考虑，通过调整砧子与锻件接触面的比例来改善锻件质量，但是其对锻件内部的孔洞闭合能力较弱，而且难变形区域较大。球形板和碟形板都是对平板进行了改造，其上下砧凹进去，在镦粗时可以提高锻件内部的静水压力，增强锻件的塑性能力，同时可以有效的防止裂纹的产生。但是对于球形板跟碟形板的上下板来说，由于其是凹形砧，相当于把锻件给包裹起来，然而在镦粗时锻件径向增大，这就与形砧产生了相互作用力，即产生了较大的难变形区域，这些难变形区的铸态组织就无法打碎，而且对于很多缺陷没有办法锻合。 

针对球形板和碟形板的缺陷，锥形板被提出。锥形板先是锥的顶部与锻件的上下面的中心处接触，然后随着压下量的增加，锥面逐渐下压，那么单一的轴向压力就由于锥面的斜度而分解成为轴向与径向两个方向的力，有助于锻件难变形区域的减小。在实际当中运用锥形板明显可以改善钢锭镦粗的开裂，取得了比较好的效果。 

燕山大学机械工程学院的专家学者们在分析了球形、碟形和锥形板各自的优缺点后，综合了它们的优点，从而提出了一种新型的 M 形板镦粗方法，如图 1.2 所示。 

M 形板是在球形板的中间加入一个锥形板，当板与锻件相接触的时候，中间的锥形部分开始挤压锻件的中心难变形区域。两边的球形部分，可以很好的防止由于中心部分的径向力而产生的鼓形现象。M 形板主要需要研究的是中间的锥形部分高度与锥角的大小，选择合适的参数能更进一步优化形砧镦粗工艺。