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自由鍛是采用簡(jiǎn)單的通用工具或鍛造設(shè)備的上、下砧直接對(duì)坯料施加外力，使坯料產(chǎn)生變形而獲得所需幾何形狀及內(nèi)部質(zhì)量的鍛件加工方法，是大型鍛件的主要生產(chǎn)方法。隨著提高材料利用率、縮短產(chǎn)品周期、節(jié)能減排和提高鍛件質(zhì)量等方面要求的提高，自由鍛向著越來越精確的方向發(fā)展，因此要求鍛造工藝的設(shè)計(jì)人員根據(jù)實(shí)際情況，綜合考慮鍛造過程中每一個(gè)因素，設(shè)計(jì)出材料利用率高、火次少、操作簡(jiǎn)單、質(zhì)量可靠的鍛造工藝。
大型T形鍛件截面，由于鍛件長(zhǎng)度是鍛壓設(shè)備鍛造尺寸的數(shù)倍，因此需要多次局部成形才能最終得到合格的鍛件。為了描述方便，將T形截面長(zhǎng)度L較大的一端稱為“大端”，T形長(zhǎng)度L較小的一端稱為“小端”。確定T形截面形狀的尺寸共有四個(gè)，分別是大端長(zhǎng)度L1，大端高度H1，小端長(zhǎng)度L2，小端高度H2。不同的尺寸組合會(huì)使T形截面結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，而不同的比例和尺寸將導(dǎo)致不同的鍛造成形方法。如L1=200mm、H1=100mm情況下，L2為50mm、100mm、150mm和H2為50mm、100mm、150mm九種不同的T形截面形狀。
采用自由鍛方法成形T形截面鍛件的基本過程是：鋼錠壓鉗口、倒棱、錯(cuò)底→鐓粗、拔長(zhǎng)成扁方→成形出T形截面鍛件。T形截面鍛件的成形以鐓粗為主，鍛造工藝方案選擇的基本原則是：1)根據(jù)體積決定成形方式。選擇大端和小端之中體積較大的一端來確定扁方尺寸，體積較小的部分作為主變形區(qū)域；2)根據(jù)比例決定成形方式。對(duì)于L1/L2較大的鍛件，以小端為主變形區(qū)，反之則以大端為主變形區(qū)。對(duì)于H1/H2較大的鍛件，以小端為主變形區(qū)，反之則以大端為主變形區(qū)；3)以下壓量和扁方尺寸決定成形方式。以成形過程中下壓量最少和成形過程中扁方不失穩(wěn)為判斷成形方式好壞的標(biāo)準(zhǔn)之一。
成形T形截面鍛件的方法需要根據(jù)零件特點(diǎn)、現(xiàn)有工裝等方面情況確定，下面就對(duì)可能使用的方法進(jìn)行介紹并進(jìn)行有限元分析，從而確定每種方法的可行性及適用范圍。
局部鐓粗法是將扁方的高度與T形截面鍛件大端長(zhǎng)度L1一致，在鍛造過程中，成形T形小端的金屬放于成形設(shè)備上下砧之間進(jìn)行局部鐓粗成形，大端保持不動(dòng)。從900mm×750mm扁方成形T形截面鍛件的過程可以發(fā)現(xiàn)，T形小端在成形過程中高度H2增大，長(zhǎng)度L2減少。由于成形過程中金屬被擠出上下砧，因此T形大端高度H1在成形過程中增大。而T形大端的長(zhǎng)度L1由于變形區(qū)金屬流動(dòng)的影響，從開始變形的750mm減小為730mm左右。采用該方法成形的T形截面鍛件大端底部斜度較大，需修整后才能得到規(guī)則的鍛件。該方法以T形大端確定扁方尺寸，T形小端為主變形區(qū)域，適于成形T形小端高度H2較大、長(zhǎng)度L2較小的鍛件，不適合成形T形大端長(zhǎng)度L1較大的鍛件。
設(shè)計(jì)與T形截面相同形狀的下模，將寬度與T形小端長(zhǎng)度L2一致的扁方放入下模中，采用平砧鐓粗成形T形大端。值得注意的是，如果采用下模與上砧同寬的模具結(jié)構(gòu)，在上砧下壓過程中，扁方上部分金屬會(huì)流向模具外側(cè)而不是填充 T形截面大端，使得鍛件在軸向上彎曲。這是由于金屬流向鍛件軸向的阻力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于填充T形大端的阻力，因此成形結(jié)果類似于拔長(zhǎng)，而且通過增大扁方高度來提高T形大端填充性的效果也不理想。
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