任 猛 王中安 錢莉麗(亞洲重工集團有限公司，江蘇214128)

目前，大多數(shù)企業(yè)的壓機鍛造工藝是缺乏詳細的變形過程參數(shù)的，仍然沿用經(jīng)驗式的鐓粗拔長，兩鐓兩拔、三鐓三拔，甚至更多次的鐓粗拔長。結(jié)果，鍛造效率較低，成本較高，而產(chǎn)品質(zhì)量卻不太穩(wěn)定。

按照有效壓實鍛造法[1]臨界條件來編制工藝和控制操作，可以解決所有鍛造技術(shù)應該解決的問題。那么殘存在鍛件中的內(nèi)部缺陷，基本就是由于冶金質(zhì)量產(chǎn)生的問題了，比如說非金屬夾雜物，或是氣體含量太高等。

采用有效壓實鍛造法編制鍛造工藝，需要一本詳細的變形程序手冊。通常在10 MN以上大型壓機上，總會配備兩至三副砧子。比如原北重的12.5 MN壓機，平砧寬度為320 mm；25 MN壓機有450 mm和600 mm兩副平砧；60 MN壓機有600 mm、900 mm和1 200 mm三副平砧。那么，針對一個具體的鍛件，無論是轉(zhuǎn)子、軋輥、葉輪或模塊等，選擇在哪一臺壓機上生產(chǎn)，除了考慮設(shè)備能力外，還要考慮使用哪副砧子、哪種拔長方法(上下平砧傳統(tǒng)拔長、上下平砧連續(xù)拔長、FM法拔長或超寬砧拔長等)。鍛壓工藝應既能滿足有效壓實工藝準則，又能使工藝路線最簡潔、火次最少、不鐓粗或小鐓粗，并且使操作時間最短、鍛比最小、效率最高。

1 編制工藝手冊的基本原理

由于大型鍛件的壓實鍛造過程，大多是在拔長變形過程中實現(xiàn)的。而大型壓機操作最簡便、最常用的拔長方法主要有：上下平砧傳統(tǒng)拔長、上下平砧連續(xù)拔長、FM法拔長和超寬砧拔長這4種形式。其中，上下平砧傳統(tǒng)拔長是每拔長一趟翻轉(zhuǎn)90°；而上下平砧連續(xù)拔長時，其連續(xù)的趟數(shù)為2、3、2、2、2……；FM法拔長是使用上平砧、下平臺(或轉(zhuǎn)臺)，該方法拔長時的翻轉(zhuǎn)為0°、180°、90°、180°、90°、180°……；超寬砧拔長是用壓機的上砧板、下平臺(或轉(zhuǎn)臺)，每趟按90°翻轉(zhuǎn)。選用超寬砧拔長工藝時要考慮壓機的能力和材料的屈服強度，通常使用的鋼錠或坯料不可能太大，否則會出現(xiàn)壓不動的現(xiàn)象。

編制拔長程序時需要計算坯料的展寬系數(shù)。以下三個公式[4]分別給出了圓、扁圓和矩形截面拔長時的坯料展寬系數(shù)。

(1)圓截面開始第一趟拔長時的坯料展寬系數(shù)可用下式計算，即α1=0.473(W0/D)

(2)翻轉(zhuǎn)90°后的扁圓截面拔長時的坯料展寬系數(shù)可用下式計算，即α2=0.43(W0/H)

(3)矩形及方形截面拔長時的坯料展寬系數(shù)可用下式計算，即α3=0.782-0.182(H/W0)

式中，W0為使用的平砧寬度(FM法為上砧寬度)，D為鋼錠或坯料的平均直徑，H為每趟壓下前的高度。

從鋼錠直接拔長或壓八方后開始的拔長，第一趟的展寬都按圓截面公式α1計算。用α1乘以壓下量，再加上D，就等于翻轉(zhuǎn)90°后，開始壓下前的新高度。對于上下平砧傳統(tǒng)拔長的第二趟、上下平砧連續(xù)拔長的第三趟和FM法拔長的第三趟，都按照扁圓截面的展寬系數(shù)α2計算。其它趟數(shù)則按矩形截面展寬系數(shù)α3計算。

2 典型拔長工藝手冊編制實例

由于每個企業(yè)各臺壓機所匹配的砧子寬度不同，有必要編制一本包含所有砧寬在內(nèi)的工藝手冊以提供使用。下面僅以原北重60 MN壓機的600 mm、900 mm和1 200 mm三副平砧為例，介紹其工藝手冊的編制方法。

從表1的目錄中可以看出，每種砧寬都給出了三種不同拔長方法的程序。對于某一種截面尺寸的鍛件來說，這三種方法在砧寬一定的情況下，對于從同一直徑開始的拔長，F(xiàn)M法的壓實效率最高，其次為上下平砧連續(xù)拔長，最后是上下平砧傳統(tǒng)拔長。所以在筆者了解的企業(yè)中，使用FM法拔長的工藝最為普遍。

對FM法拔長和超寬砧拔長的展寬值計算都統(tǒng)一采用前述的三個公式。在這兩種情況下，按照拔長程序操作后，坯料的截面尺寸會稍微大一點。

下面分別給出目錄中前10項拔長程序的示例。拔長程序采用Excel表格形式編制，對于壓下量的選擇，上下平砧每趟先取20%，整數(shù)化處理后加10；FM法每趟先取11%，整數(shù)化后也加10，所有第一趟都是從圓截面開始，自然都先加10。程序手冊中的第11項大型餅類和板類鍛件成形工藝規(guī)范，將在后續(xù)的文章中專題討論。

在實際的鍛造工藝中，主變形拔長趟數(shù)一般控制在8趟～10趟，通常不會超過12趟，所以只需編出13趟即可。

從600 mm上下平砧的拔長程序中，判斷符合有效壓實鍛造法的有效趟數(shù)，用600 mm×0.8÷0.5=960 mm(考慮有效進砧寬度為80%，有效砧寬比W/H≥0.5)。

表1 北京重型機器廠60 MN水壓機鍛造工藝手冊目錄Table 1 The content of forging process manual for 60 MN hydraulic press in Beijing heavy machinery factory

表2 600 mm上下平砧傳統(tǒng)拔長程序(砧寬=600 mm; 坯料直徑=1 000 mm)Table 2 Traditional stretching process by 600 mm top and bottom flat anvil(anvil width =600 mm; billet diameter =1 000 mm)

表3 600 mm上砧FM法拔長程序(砧寬=600 mm; 坯料直徑=1 000 mm)Table 3 FM method stretching process by 600 mm top anvil(anvil width =600 mm; billet diameter =1 000 mm)

可以看出，從第二趟開始，后續(xù)壓下前直徑≤960 mm的趟數(shù)都為有效趟數(shù)。所以，在這種情況下滿足6個有效趟數(shù)，只要拔長≥7趟即可，因為第1、2兩趟完全可以折合成一個有效趟數(shù)。

在600 mm上砧FM法的拔長程序中，判斷符合有效壓實鍛造法的有效趟數(shù)，用600 mm×0.8÷0.4=1 200 mm(考慮有效進砧寬度為80%，有效砧寬比W/H≥0.4)?？梢钥闯?，所有壓下前直徑≤1 200 mm的趟數(shù)都為有效趟數(shù)。所以，在這種情況下滿足8個有效趟數(shù)，只要拔長≥8趟即可。

表4 900 mm上下平砧連續(xù)拔長程序(砧寬=900 mm; 坯料直徑=1 800 mm)Table 4 Continous stretching process by 900 mm top and bottom flat anvil(anvil width=900 mm; billet diameter=1 800 mm)

表5 900 mm上砧FM法拔長程序(砧寬=900 mm; 坯料直徑=1 800 mm)Table 5 FM method stretching process by 900 mm top anvil(anvil width=900 mm; billet diameter=1 800 mm)

表6 1 200 mm上下平砧傳統(tǒng)拔長程序 (砧寬=1 200 mm; 坯料直徑=2 500 mm)Table 6 Traditional stretching process by 1 200 mm top and bottom flat anvil(anvil width=1 200mm; billet diameter =2 500 mm)

在900 mm上下平砧連續(xù)拔長程序中，所有壓下前直徑≤1 440 mm的趟數(shù)都為有效趟數(shù)。所以，在這種情況下滿足6個有效趟數(shù)，只要拔長≥8趟即可，因為第1、3、4趟至少可以折合成一個有效趟數(shù)。

在900 mm上砧FM法的拔長程序中，所有壓下前直徑≤1 800 mm的趟數(shù)都為有效趟數(shù)。所以，在這種情況下滿足8個有效趟數(shù)，只要拔長≥8趟即可。雖然第3趟稍有不滿足，但該方法比上下平砧效果要好，所以還是比較保險的。

在1 200 mm上下平砧傳統(tǒng)拔長程序中，壓下前直徑≤1 920 mm的趟數(shù)都為有效趟數(shù)。而1 200 mm上砧FM法的拔長程序中，所有壓下前直徑≤2 400 mm的趟數(shù)都為有效趟數(shù)。

由于使用超寬砧拔長的鍛件種類較多，既可以在鐓粗后帶鉗把拔長，也可以在下料后鐓粗拔長，所以在原北重的手冊中給出了從?800 mm～?2 600 mm的范圍。所有程序只要編制出一個，復制修改截面尺寸就可以任意拓展。

表7 1 200 mm上砧FM法拔長程序(砧寬=1 200 mm; 坯料直徑=2 500 mm)Table 7 FM method stretching process by 1 200 mm top anvil(anvil width=1 200 mm; billet diameter=2 500 mm)

表8 ?800 mm截面超寬砧拔長程序 Table 8 Stretching process by ?800 mm ultra-wide anvil

表9 ?1 600 mm超寬砧拔長程序Table 9 Stretching process by ?1 600 mm ultra-wide anvil

在壓機能力許可的情況下，超寬砧拔長效率最高，只需要拔長四趟就能滿足有效壓實臨界條件。并且，在鍛造厚壁筒一類中心帶孔的鍛件時，其心部不用完全壓實鍛透，工藝要求只拔長三趟即可。由于在鍛件成形過程中通常不會使用太寬的砧子，所以對于1 200 mm平砧，只需制作一個上砧即可，因為只在拔長壓實時使用，這樣可以大大減少工裝成本。各臺壓機所需的最寬上砧尺寸應根據(jù)壓機能力和所能生產(chǎn)的最大鍛件的截面尺寸來確定。

將幾種拔長方法靈活使用，根據(jù)有效壓實臨界條件判別，在許多情況下鋼錠是不用鐓粗的，或者只需要鐓粗一點點，能達到滿足有效壓實臨界工藝準則即可，這樣可以大大提高生產(chǎn)效率，降低成本。

在編制《優(yōu)化鍛造工藝手冊》時，除了前述的各種變形程序外，還應包括常用鋼錠截面尺寸、本企業(yè)工裝工具一覽表及壓機凈空距參數(shù)等，這些參數(shù)在編制工藝時會經(jīng)常用到。

3 結(jié)論

3.1 按照有效壓實鍛造法的臨界條件制定鍛造工藝，需要編制一本《優(yōu)化鍛造工藝手冊》。

3.2 本文介紹了大型壓機最常用的上下平砧傳統(tǒng)拔長、上下平砧連續(xù)拔長、FM法拔長和超寬砧拔長四種方法的拔長程序編制，使得工藝制定不再僅僅依靠傳統(tǒng)經(jīng)驗，而是有據(jù)可依、簡明精確，對操作過程的控制也很嚴謹，并且能夠取得較大經(jīng)濟效益。

3.3 四種常用拔長方法中，在條件相等的情況下，超寬砧拔長的壓實效果最好，F(xiàn)M法其次，然后為上下平砧連續(xù)拔長，最后是上下平砧傳統(tǒng)拔長。要根據(jù)壓機的能力合理使用超寬砧拔長方法。

[1] 任猛，王祖唐，劉莊.有效壓實鍛造法.中國發(fā)明專利第10650號.

[2] 任猛,等.拔長程序手冊.北京重型機器廠技術(shù)文件，1987,10.

[3] 任猛,董金雷,王中安.優(yōu)化鍛造工藝手冊.亞洲重工集團有限公司技術(shù)文件，2000.

[4] 任猛,金錫鋼,王祖唐.拔長鍛造時的展寬值計算.鍛壓技術(shù)，1989(2)：8.