劉寶棟

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

摘 要：機械零件是機械行業(yè)發(fā)展中的主體，也是促進機械生產(chǎn)力提高的關(guān)鍵，機械聯(lián)接環(huán)作為一種常用且非常重要的機械零部件，理應(yīng)受到相關(guān)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(lián)接環(huán)，作為試驗對象，以通過試驗的方式來分析機械聯(lián)接環(huán)的鍛壓工藝優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：鍛壓工藝 機械聯(lián)接環(huán) 20CrMnTi鋼 力學(xué)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(lián)接環(huán)零部件已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各制造行業(yè)中，如煤礦、化工、汽車等制造行業(yè)中。但聯(lián)接環(huán)先有的鍛壓工藝存在產(chǎn)效低、穩(wěn)定性差、廢品發(fā)生率高等缺點，不利于聯(lián)接環(huán)零件生產(chǎn)企業(yè)市場競爭力及市場地位的提高，所以必須進行鍛壓工藝優(yōu)化。以20CrMnTi鋼機械聯(lián)接環(huán)為試驗對象，進行了聯(lián)接環(huán)顯微組織試驗和力學(xué)性能試驗，并比較兩組試驗，找出聯(lián)接環(huán)的鍛壓優(yōu)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(shè)備，主要用于金屬成形，所以又稱為金屬成形機床，設(shè)備上多設(shè)有安全防護裝置，以保障設(shè)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(chǎn)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(gòu)、凸輪機構(gòu)、螺桿機構(gòu)傳動，具有工作平穩(wěn)、精度高，操作條件好、生產(chǎn)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(wěn)、震動小、鍛造深度大等特點，適合于大鍛件的鍛造和大規(guī)格板料的拉深、打包塊等工作；④旋轉(zhuǎn)鍛壓機：基本傳動方式與軋機相似，具有質(zhì)量小、工作平穩(wěn)、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(lián)接環(huán)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(xué)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(lián)接環(huán)的開口式型號為M14×50，開口的直徑為 14 mm，節(jié)距為50 mm，高為89 mm。所有聯(lián)接環(huán)試驗樣品經(jīng)鍛壓后都要經(jīng)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(yōu)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(yōu)化原理為：預(yù)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(lián)接環(huán)方向也相反，但空心軸進行沖頭工作時不發(fā)生轉(zhuǎn)動，最后通過鍛壓機實現(xiàn)對毛坯的作用力，實現(xiàn)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(yù)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(yīng)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(yōu)化原理為：毛坯1180℃預(yù)熱后1320℃反向鍛壓，即先對毛坯進行溫度為1180℃的預(yù)熱，然后進行溫度標準為1320℃的反向鍛壓。

先用聯(lián)接環(huán)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(yù)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(yù)壓，該次預(yù)壓稱為一次預(yù)壓，最后將鍛壓機的溫度提高至1350℃，進行二次預(yù)壓，最終形成博壁零件。

具體優(yōu)化及試驗：通過鍛壓改進工藝1、2，實現(xiàn)對聯(lián)接環(huán)式樣的獲取，然后進行經(jīng)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(xué)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(jié)果與討論

3.1 顯微組織試驗結(jié)果及討論

經(jīng)鍛壓改進工藝1、2獲取的聯(lián)接環(huán)，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(xiàn)有的鍛壓工藝相比均得到了優(yōu)化。

3.2 拉伸試驗結(jié)果與討論

經(jīng)鍛壓改進工藝1、2獲取的聯(lián)接環(huán)，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(yīng)的伸長率也得到了有效提高，與現(xiàn)有的鍛壓工藝比較，優(yōu)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(jié)果與討論

經(jīng)鍛壓改進工藝1、2獲取的聯(lián)接環(huán)，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(xiàn)有的鍛壓工藝相比，鍛壓改進工藝1使機械聯(lián)接環(huán)的沖擊韌性增加了20J/mm2；而鍛壓改進工藝2則使機械聯(lián)接環(huán)的沖擊韌性增加了45J/mm2。另外，通過觀察經(jīng)改進工藝1、2后機械聯(lián)接環(huán)室溫沖擊斷口的SEM照片，能夠明顯看出與現(xiàn)有的鍛壓工藝相比，改進工藝1、2均使聯(lián)接環(huán)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(shù)量更多、韌窩深度更深，最終使機械聯(lián)接環(huán)的拉伸性能達到最佳[4]。

綜上所述，鍛壓改進工藝2的優(yōu)化效果更優(yōu)于鍛壓改進工藝1，所以最為有效的機械聯(lián)接環(huán)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(yù)熱，然后進行溫度標準為1320℃的反向鍛壓。

4 結(jié)語

（1）鍛壓改進工藝1、2經(jīng)顯微組織試驗后發(fā)現(xiàn)，與現(xiàn)有的鍛壓工藝相比具有以下幾點優(yōu)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(zhuǎn)變了原來的三維網(wǎng)狀分布，變成較為合理的細小顆粒狀散態(tài)分布，使機械聯(lián)接環(huán)組織得到了細化，進而提高其生產(chǎn)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(jīng)拉伸試驗后發(fā)現(xiàn)，與現(xiàn)有的鍛壓工藝相比具有以下幾點優(yōu)勢：改進工藝1：第一，有效增加了機械聯(lián)接環(huán)的抗拉強度，其增加值為75MPa；第二，有效增加了機械聯(lián)接環(huán)的屈服強度，其增加值為97MPa；第三，有效增加了機械聯(lián)接環(huán)的伸長率，其增加值為5%；改進工藝2：機械聯(lián)接環(huán)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(yōu)化效果優(yōu)于改進工藝1。

（3）鍛壓改進工藝1、2經(jīng)拉伸試驗后發(fā)現(xiàn)，與現(xiàn)有的鍛壓工藝相比，其沖壓性能都得到了有效優(yōu)化，但改進工藝2優(yōu)化效果優(yōu)于改進工藝1。所以綜合（1）和（2）的結(jié)論，最后探討出20CrMnTi鋼機械聯(lián)接環(huán)的鍛壓優(yōu)化方法選為：即先對毛坯進行溫度為1180℃的預(yù)熱，然后進行溫度標準為1320℃的反向鍛壓。

參考文獻

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