某復雜筒類鍛件缺陷修復模擬

文／李行波·一重天津重型裝備工程研究有限公司

展培培·一重大連工程技術有限公司

新世紀以來隨著我國國民經濟和國防建設的迅猛發展，各行業對大型化、高質量鍛件的需求與日俱增。目前大型鍛件主流的生產方式仍是由鋼錠鍛造成形，大型鋼錠中不可避免的存在一定的孔洞、疏松等缺陷。如何采用鍛造方法將鋼錠內部缺陷壓實、焊合，是提高大鍛件質量的重要途徑之一。

中國一重主要產品為大型復雜鍛件，其中某型復雜筒類鍛件在熱處理后探傷過程中發現在壁厚上弧長956mm、高度約1000mm 的范圍內彌散分布有小直徑的缺陷，判定為探傷不合格。如何通過鍛造手段進行返修使鍛件滿足探傷要求，從而挽回巨額經濟損失，是面臨的主要問題。

本文采用DEFORM 軟件，對某復雜筒類鍛件缺陷處的鍛造返修過程進行了不同輔具及參數的數值模擬。通過對鍛造模擬結果的分析，為該鍛件的鍛造返修工藝提供重要參考。

鍛造數值模擬

鍛造模擬方案

對該筒體拔長后擴孔、擴孔后拔長兩種鍛造返修方案進行了數值模擬對比，兩種鍛造方案對比見表1。

為保證較好的壓實效果，布錘位置要求最邊緣一錘砧寬必須覆蓋周向最邊緣缺陷，且讓出半錘，每錘錯半砧搭接，具體布錘位置如圖1 所示，缺陷集中在弧長956mm 范圍內，按此方案布錘，需壓弧長至1500mm，中心角最近至45°，每錘壓下量100mm，共壓5 錘。

鍛造模型及參數

兩種鍛造返修方案模型示意圖見圖2。

返修時使用的輔具為擴孔異形錘頭、φ4300mm下V型砧、φ5100mm下V型砧、φ3100mm套子、馬杠。

表1 兩種鍛造返修方案對比

模擬主要參數：壓下量100mm、摩擦系數0.4、壓5 錘（錯半砧壓下），壓下弧長1500mm，中心角45°。

鍛造模擬結果

圖3 為兩種返修方案鍛造后等效應變分布云圖，由圖中可以看出，兩方案應變區域的大小沒有太大差別。

兩種返修方案缺陷位置鍛后橫截面等效應變云圖分布見圖4。兩種鍛造方案鍛后應變較大的區域都位于坯料與擴孔錘頭接觸的表面附近，等效應變大小也較為一致。

結合圖3 及圖4 的分析結果可知，兩種方案對裂紋閉合產生的效果區別應不大。

兩種鍛造方案鍛后坯料均出現“橢圓”現象，橢圓度對比如圖5 所示，方案一橢圓度163mm，方案二橢圓度104mm。從二者對比來看，擴孔后拔長方案產生橢圓度更小。

點橢圓后坯料與精加工尺寸對比見圖6。圖中上兩張圖為與壓下方向垂直方向截面與該鍛件精加工尺寸對比圖，方案一余量為32mm，方案二余量為38mm，從點橢圓后尺寸可以看出方案二明顯優于方案一。

兩種鍛造返修方案成形力對比見圖7，拔長后擴孔為9560t，擴孔后拔長為10500t，兩方案成形力相差不大。

結論

通過上述對拔長后擴孔與擴孔后拔長兩種返修方法的數值模擬結果可知：

⑴兩種方案等效應變值的區域及大小無明顯差異；

⑵兩種方案鍛造完成后都產生橢圓現象，拔長后擴孔橢圓度163mm，擴孔后拔長橢圓度104mm，拔長后擴孔方案橢圓度更小；

⑶點橢圓后的坯料與該鍛件精加工尺寸對比表明，拔長后擴孔最小余量為32mm，擴孔后拔長最小余量為38mm；

⑷拔長后擴孔成形力為9560t，擴孔后拔長成形力為10500t，相差不大。

綜上所述，擴孔后拔長返修方案在返修后橢圓度及后續加工余量方面均優于拔長后擴孔方案，因此，我公司選擇了先擴孔后拔長的方法對該筒類鍛件進行了修復，使用模擬軟件進行方案的對比，節省了大量時間，很大程度提高了工作效率。