,1042. 北京科技大学学报 第30卷 1水平V型锥面砧拔长锻造法的构思与砧 要想从根本上改善轴类锻件力学性能的异向性 问题，只有改进锻造工艺，因为在锻件内的组织有 型设计 明显的纤维流向，是锻件出现力学性能异向性的主 轴类锻件塑性加工成型主要靠拔长来完成.目 要原因，如果在锻件中纤维组织的方向性小，杂质分 前拔长有上、下平砧拔长，上、下V型砧拔长，上平、 布均匀，则力学性能均匀，异向性小，所以通过改进 下V型砧拔长以及上用平砧、下用大平台拔长（又称 锻造工艺来控制锻件的纤维流向是改善轴类锻件力 FM锻造法)来完成，应用上述几种拔长工艺来生 学性能异向性的根本措施， 产的大型轴类锻件，其变形特点有：(1)锻件成形后 工具和坯料的关系是影响金属塑性变形流动的 所形成的纤维流向基本上平行于轴的中心线：(2)单 主要因素，水平V型锥面砧锻造法正是通过改变毛 次压下在变形区内其变形是不均匀的，与工具（上、 坯端部的边界条件入手即通过改变工具形状来控制 下砧)相接触处存在难变形区，锻件的这种变形特 锻件的纤维流向，改善轴类锻件力学性能的异向性， 点必然导致以下问题：(1)纵向力学性能要比横向力 水平V型锥面砧锻造工艺的砧子如图1所示，由四 学性高，即存在力学性能异向性.(2)同一部位、同 个外凸锥面组成，前后外凸锥面与水平面夹角α. 一力学性能的不均匀性比较严重；(3)所需锻造比 锥面棱线成V形，其夹角B的取值范围是0~180°. 大 创我长 图1水平V型锥面砧示意图 Fig.I Horizontal V-shaped anvil 当B=0~180°之间变化时，可通过选择适当的 时的难变形区)金属都产生变形 3角来控制锻件的纤维流向，进而调整锻件纵向力 2水平V型锥面砧拔长矩形截面毛坯时的 学性能与横向力学性能的比例，满足锻件在不同方 向上对力学性能的要求， 力学模型 当B=180°时，四个外凸锥面变成两个外凸锥 图2为水平V型锥面砧拔长矩形截面毛坯的 面，砧子成为横向锥面砧，可用于拔长对纵向力学性 俯视图，在水平V型锥面砧拔长矩形截面毛坯时， 能有较高要求的轴类锻件，坯料纵向伸长大，提高拔 长效率 当B=0°时，四个外凸锥而变成两个外凸锥面， 砧子成为纵向锥面砧，可用于拔长对横向力学性能 B 有较高要求的的轴类锻件，坯料横向展宽大，可实现 小锻造比或超小锻造比锻造 上述三种砧型，其上下砧可采用一种外凸锥面 砧，也可以相互交换使用，也可以和普通平砧、普通 V形砧及大平台交换使用， 用水平V形锥面砧进行拔长，一是控制了金属 图2水平V型锥面砧拔长矩形截面坯料俯视图 的流向，二是变形金属与砧子相接触的首先是一条 Fig2 Planform of a forging rectangular billet with a horizontal V- 线，随着压下量的增加，整个变形体（包括平砧拔长 shaped anvil1 水平Ⅴ型锥面砧拔长锻造法的构思与砧 型设计 轴类锻件塑性加工成型主要靠拔长来完成．目 前拔长有上、下平砧拔长‚上、下Ⅴ型砧拔长‚上平、 下Ⅴ型砧拔长以及上用平砧、下用大平台拔长（又称 FM 锻造法）来完成．应用上述几种拔长工艺来生 产的大型轴类锻件‚其变形特点有：（1）锻件成形后 所形成的纤维流向基本上平行于轴的中心线；（2）单 次压下在变形区内其变形是不均匀的‚与工具（上、 下砧）相接触处存在难变形区．锻件的这种变形特 点必然导致以下问题：（1）纵向力学性能要比横向力 学性高‚即存在力学性能异向性．（2）同一部位、同 一力学性能的不均匀性比较严重；（3）所需锻造比 大． 要想从根本上改善轴类锻件力学性能的异向性 问题‚只有改进锻造工艺．因为在锻件内的组织有 明显的纤维流向‚是锻件出现力学性能异向性的主 要原因‚如果在锻件中纤维组织的方向性小‚杂质分 布均匀‚则力学性能均匀‚异向性小‚所以通过改进 锻造工艺来控制锻件的纤维流向是改善轴类锻件力 学性能异向性的根本措施． 工具和坯料的关系是影响金属塑性变形流动的 主要因素．水平Ⅴ型锥面砧锻造法正是通过改变毛 坯端部的边界条件入手即通过改变工具形状来控制 锻件的纤维流向‚改善轴类锻件力学性能的异向性． 水平Ⅴ型锥面砧锻造工艺的砧子如图1所示‚由四 个外凸锥面组成‚前后外凸锥面与水平面夹角 α． 锥面棱线成Ⅴ形‚其夹角 β的取值范围是0～180°． 图1 水平Ⅴ型锥面砧示意图 Fig．1 Horizontal Ⅴ-shaped anvil 当 β＝0～180°之间变化时‚可通过选择适当的 β角来控制锻件的纤维流向‚进而调整锻件纵向力 学性能与横向力学性能的比例‚满足锻件在不同方 向上对力学性能的要求． 当β＝180°时‚四个外凸锥面变成两个外凸锥 面‚砧子成为横向锥面砧‚可用于拔长对纵向力学性 能有较高要求的轴类锻件‚坯料纵向伸长大‚提高拔 长效率． 当β＝0°时‚四个外凸锥而变成两个外凸锥面‚ 砧子成为纵向锥面砧‚可用于拔长对横向力学性能 有较高要求的的轴类锻件‚坯料横向展宽大‚可实现 小锻造比或超小锻造比锻造． 上述三种砧型‚其上下砧可采用一种外凸锥面 砧‚也可以相互交换使用‚也可以和普通平砧、普通 Ⅴ形砧及大平台交换使用． 用水平Ⅴ形锥面砧进行拔长‚一是控制了金属 的流向‚二是变形金属与砧子相接触的首先是一条 线‚随着压下量的增加‚整个变形体（包括平砧拔长 时的难变形区）金属都产生变形． 图2 水平Ⅴ型锥面砧拔长矩形截面坯料俯视图 Fig．2 Plan-form of a forging rectangular billet with a horizontal Ⅴ- shaped anvil 2 水平Ⅴ型锥面砧拔长矩形截面毛坯时的 力学模型 图2为水平Ⅴ型锥面砧拔长矩形截面毛坯的 俯视图．在水平Ⅴ型锥面砧拔长矩形截面毛坯时‚ ·1042· 北 京 科 技 大 学 学 报 第30卷