機械聯接環的鍛壓工藝優化探索

劉寶棟

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2017.14.162

摘 要：機械零件是機械行業發展中的主體，也是促進機械生產力提高的關鍵，機械聯接環作為一種常用且非常重要的機械零部件，理應受到相關制造也及工作人員的重視。對此，該文基于試驗分析法，先簡單概述試驗中必須使用的鍛壓機械，然后選取型號為20CrMnTi的鋼機械聯接環，作為試驗對象，以通過試驗的方式來分析機械聯接環的鍛壓工藝優化。

關鍵詞：鍛壓工藝 機械聯接環 20CrMnTi鋼 力學性能 鍛壓機械

中圖分類號：TG316 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）05（b）-0162-02

機械聯接環零部件已經被廣泛應用于各制造行業中，如煤礦、化工、汽車等制造行業中。但聯接環先有的鍛壓工藝存在產效低、穩定性差、廢品發生率高等缺點，不利于聯接環零件生產企業市場競爭力及市場地位的提高，所以必須進行鍛壓工藝優化。以20CrMnTi鋼機械聯接環為試驗對象，進行了聯接環顯微組織試驗和力學性能試驗，并比較兩組試驗，找出聯接環的鍛壓優化工藝。

1 鍛壓機械

鍛壓機械是指在鍛壓加工中用于成形和分離的機械設備，主要用于金屬成形，所以又稱為金屬成形機床，設備上多設有安全防護裝置，以保障設備和人身安全。其種類有以下幾種：①鍛錘：由重錘落下或強迫高速運動產生的動能對坯料做功，使之塑性變形的機械，是最常見、歷史最悠久的鍛壓機械；②機械壓力機：機械壓力機用曲柄連桿或肘桿機構、凸輪機構、螺桿機構傳動，具有工作平穩、精度高，操作條件好、生產率高等特點，適于在自動線上工作；③液壓機：以高壓液體（油、乳化液等）傳送工作壓力的鍛壓機械，具有工作平穩、震動小、鍛造深度大等特點，適合于大鍛件的鍛造和大規格板料的拉深、打包塊等工作；④旋轉鍛壓機：基本傳動方式與軋機相似，具有質量小、工作平穩、無震動等特點，包括輥鍛機、成形軋制機、卷板機等[1]。

2 試驗材料及方法

2.1 試驗材料

選用型號為20CrMnTi鋼機械聯接環為試驗坯料，試驗坯料的尺寸：長為200 mm、寬為60 mm、高為8 mm；試驗坯料的化學成分：0.17～0.23C、0.17～0.37Si、0.80～1.10Mn、1.00～1.30Cr、0.04～1.10Ti、S≤0.035、P≤0.035、Ni≤0.030、Cu≤0.030、余量為Fe。

聯接環的開口式型號為M14×50，開口的直徑為 14 mm，節距為50 mm，高為89 mm。所有聯接環試驗樣品經鍛壓后都要經過860℃×30 min+680℃×20 min等的溫火處理，空冷為主要冷卻方法。

2.2 試驗方法

優化方法包括鍛壓改進工藝1、2，其中鍛壓改進工藝1（反向終壓）的優化原理為：預熱毛坯時進行鍛壓，此時的金屬流動與凸模運動方向相反，模軸與鍛壓中的聯接環方向也相反，但空心軸進行沖頭工作時不發生轉動，最后通過鍛壓機實現對毛坯的作用力，實現反向終壓。反向終壓過程中還要特別注意不同階段毛料的溫度控制，一般在預熱階段的溫度控制在1100℃左右，最好是1100℃，而在最后的反向終壓階段的毛料溫度應控制在1200℃左右，最為是1200℃，溫度的誤差不能超過2～5℃。

鍛壓改進工藝2（反向鍛壓）的優化原理為：毛坯1180℃預熱后1320℃反向鍛壓，即先對毛坯進行溫度為1180℃的預熱，然后進行溫度標準為1320℃的反向鍛壓。

先用聯接環鍛壓工藝原理：先對準備好的毛料（毛坯）進行溫度標準為1100℃的預熱，然后就信息溫度標準為1250℃的高溫鍛造，待冷卻后將毛坯放入鍛壓機中進行溫度標準為1200℃的預壓，該次預壓稱為一次預壓，最后將鍛壓機的溫度提高至1350℃，進行二次預壓，最終形成博壁零件。

具體優化及試驗：通過鍛壓改進工藝1、2，實現對聯接環式樣的獲取，然后進行經線的切割和金相的拋磨，之后通過型號為PG18的金相顯微鏡和型號為JSM6510的掃面顯微鏡進顯微組織試驗。接著進行力學性試驗——拉伸與沖擊試驗，其中拉伸試驗的標準距離為95 mm、總的長度為195 mm、倒角的半徑為30 mm、寬為10 mm、厚度為5mm，拉伸試驗機的型號為BDL-500 L，室溫為該試驗的測量溫度；沖壓試驗中的樣品長為55 mm、寬為5 mm、高為5 mm，坡口的型號為V，且深度為2 mm。

3 結果與討論

3.1 顯微組織試驗結果及討論

經鍛壓改進工藝1、2獲取的聯接環，在顯微組織試驗下其晶粒和碳化物均得到了細化，尤其是在工藝2中，與現有的鍛壓工藝相比均得到了優化。

3.2 拉伸試驗結果與討論

經鍛壓改進工藝1、2獲取的聯接環，在拉伸試驗下其抗拉和屈服強度都得到提高，不僅如此，相應的伸長率也得到了有效提高，與現有的鍛壓工藝比較，優化工藝1的抗壓強度比原的增加了75MPa，其屈服強度增加了97MPa，伸長率增加了5%。

3.3 沖擊試驗結果與討論

經鍛壓改進工藝1、2獲取的聯接環，在沖擊試驗下其沖擊韌性能得到了有效提高，尤其是鍛壓改進工藝2。與現有的鍛壓工藝相比，鍛壓改進工藝1使機械聯接環的沖擊韌性增加了20J/mm2；而鍛壓改進工藝2則使機械聯接環的沖擊韌性增加了45J/mm2。另外，通過觀察經改進工藝1、2后機械聯接環室溫沖擊斷口的SEM照片，能夠明顯看出與現有的鍛壓工藝相比，改進工藝1、2均使聯接環沖擊斷口中的韌窩得到了有效的細化和深化，使其沖擊性能更好、韌窩數量更多、韌窩深度更深，最終使機械聯接環的拉伸性能達到最佳[4]。

綜上所述，鍛壓改進工藝2的優化效果更優于鍛壓改進工藝1，所以最為有效的機械聯接環鍛壓工藝改進方法為改進工藝2，即先對毛坯進行溫度為1180℃的預熱，然后進行溫度標準為1320℃的反向鍛壓。

4 結語

（1）鍛壓改進工藝1、2經顯微組織試驗后發現，與現有的鍛壓工藝相比具有以下幾點優勢：第一，有效細化了晶粒；第二，有效細化了碳化物，使碳化物轉變了原來的三維網狀分布，變成較為合理的細小顆粒狀散態分布，使機械聯接環組織得到了細化，進而提高其生產力。但改進工藝2比改進工藝的細化效果好。

（2）鍛壓改進工藝1、2經拉伸試驗后發現，與現有的鍛壓工藝相比具有以下幾點優勢：改進工藝1：第一，有效增加了機械聯接環的抗拉強度，其增加值為75MPa；第二，有效增加了機械聯接環的屈服強度，其增加值為97MPa；第三，有效增加了機械聯接環的伸長率，其增加值為5%；改進工藝2：機械聯接環的抗拉強度、屈服強度和伸長率增加值分別為161MPa、201MPa和8%，均高于改進工藝1，故改進工藝2的優化效果優于改進工藝1。

（3）鍛壓改進工藝1、2經拉伸試驗后發現，與現有的鍛壓工藝相比，其沖壓性能都得到了有效優化，但改進工藝2優化效果優于改進工藝1。所以綜合（1）和（2）的結論，最后探討出20CrMnTi鋼機械聯接環的鍛壓優化方法選為：即先對毛坯進行溫度為1180℃的預熱，然后進行溫度標準為1320℃的反向鍛壓。

參考文獻

[1] 唐小潔.機械聯接環的鍛壓工藝優化研究[J].熱加工工藝，2017（5）：151-153.

[2] 周佩秋.常用機械聯接的修復[J].中國新技術新產品，2013（6）：143.

[3] 原紅玲，李柏青.礦用開口式聯接環鍛壓模設計研究[J].煤礦機械，2014，35（3）：108-110.

[4] 蔣莉萍，王軍，肖振宇，等.室溫多向鍛壓 AZ31鎂合金的靜態再結晶行為[J].中國有色金屬學報，2015（11）：3051-3059.

[5] 饒成明，陳玉平，王駿，等.新型凸輪控制器在鍛壓設備中的應用研究[J].機床與液壓，2015（2）：44-46.