（材料加工工程专业论文）新型高强铝合金锻造工艺实验与模拟研究.pdf

jil，jl_】uhl 中文摘要 中文摘要 a 卜z n m g c u 高强铝合金厚板是现代航空、航天及武器装备等领域必不可少的关键 结构材料。但是我国在大规格高强铝合金厚板锻件的加工理论及技术方面的基础研究相 对薄弱，高性能铝合金厚板大部分依赖进口，严重制约了我国航空、航天及国防技术的 发展。因此，深入研究高性能铝合金厚板锻造技术，对我国航空、航天及国防事业的发 展具有重要的意义。 本文针对一种新型a 卜z n m g c u 超高强铝合金，系统研究了该合金的热变形特性及 厚板的多向锻造工艺，具体研究内容及结果有： 1 采用g l e e b l e 一1 5 0 0 d 热力模拟试验机，研究了变形温度2 5 0 。c 4 5 0 。c ，变形速 率0 0 0 1 s 一0 1 s _ 的条件下，a i - z n - m g - c u 合金的热压缩流变应力行为；分析了变形温 度、变形速率对材料流变应力的影响规律，并建立了该合金高温变形时的流变应力本构 方程：通过热拉伸实验，研究了变形温度2 5 0 。c 4 5 0 。c ，变形速率o 1 s q 条件下合金的 拉伸性能。获得材料在2 5 0 4 5 0 的拉伸强度、延伸率及断面收缩率，在此基础上建 立了材料的热加工塑性图，并确定合金的锻造温度范围为4 2 0 。c - - - 3 5 0 。c 。 2 采用热力模拟试验和金相实验方法，分析了该合金热压缩变形的组织演变规律。 结果表明，a 卜z n m g c u 合金是一种动态回复型金属，动态软化机制以动态回复为主。 3 采用d e f o r m - 3 d 模拟了多向锻造工艺中的镦粗、拔长等工序，优化了高径比、 砧宽比及压下量等控制参数。制定了三镦两拔( 方案一) 和四镦三拔( 方案二) 两种多 向锻造工艺方案，并对两种方案缩比件的多工序多向锻造过程进行了数值模拟。模拟结 果表明，方案二总锻比为1 7 8 6 ，锻件内部等效应变达到1 2 6 ，方案一总锻比为1 3 3 4 锻件内部等效应变达到9 2 3 。两套工艺方案缩比件的工艺实验检测结果表明：两种工艺 方案锻件的拉伸强度都超过了5 0 0 m p a ，延伸率、断面收缩率等都达到使用要求。因此， 采用三镦两拔的工艺方案，不仅可以生产合格的a 卜z n _ m g c u 合金厚板锻件，而且可以 简化锻造工序，降低生产成本。 4 生产尺寸铝合金厚板锻造过程模拟结果表明，采用三镦两拔的锻造工艺进行厚。 板锻件的生产，设计总锻比在1 3 1 5 时，锻件内部大部分区域等效应变达到9 9 6 。实 际尺寸铝合金厚板在西南铝成功试制，各项性能均达到使用要求。 i i a b s t r a c t a b s t r a c t t h et h i c kp l a t e so f a i - z n - m g - - c ua l u m i n u ma l l o y sw i t hh i g hs t r e n g t ha r eo f i n d i s p e n s a b l es t r u c t u r a lm a t e r i a l si nt h ei n d u s t r yo fa e r o s p a c ea n da r m o r s h o w e v e r , g i v e nt h ec o n d i t i o no fr e l a t i v e l ys c a n tb a s i cr e s e a r c ho nt h et h e o r ya n d t e c h n o l o g yf o rp r o c e s s i n gt h es p e c i f i c a l l yt h i c k - p l a t ef o r g i n g so fa l u m i n u ma l l o y , m o s t l yc a u s i n gt h em a s s i v ei m p o r t a t i o ni nh i g h - p e r f o r m a n c et h i c kp l a t e so f a l u m i n u ma l l o y , w h i c hr e s t r a i n st h et e c h n i c a ld e v e l o p m e n to fa e r o s p a c ea n d d e f e n s ei no u rc o u n t r yd e f i n i t e l y t h e r e f o r e ，i ti sp r o v i d e n ti nt h em o r ea c c u r a t e r e s e a r c ho nf o r g i n gt e c h n o l o g yo fa l u m i n u ma l l o yt h i c kp l a t e sw i t hh i g h p e r f o r m a n c e ，w h i c hw i l l f a c i l i t a t eo u rn a t i o nd e f e n s ei n c l u d i n ga e r o s p a c e i n d u s t r ya n dm a k es e n s et o t a l l y c o n c e m i n gan e w a l u m i n u m a l l o yo fa 1 一z n - m g c uw i t hh i g hp e r f o r m a n c e ， t h i sp r e s e n tt h e s i si n v o l v e sas c i e n t i f i c a l l yr e s e a r c ho nt h ea l l o y sp r o p e r t yo f t h e r m a ld e f l e c t i o na n dm u l t i - f o r g i n gt e c h n o l o g yo ft h i c kp l a t e s t h ep r o c e d u r e s a n dr e s u l t si nt h er e s e a r c ha r er e p r e s e n t e df o l l o w i n g ： 1 t h ef l o ws t r e s sb e h a v i o ro fh o tc o m p r e s s i o ni na 1 一z n - m g c ua l l o yw a s i n v e s t i g a t e dw i t i lg l e e b l e 一15 0 0 dt h e r m a ls i m u l a t o ru n d e rat e m p e r a t u r er a n g e o f2 5 0 。c 4 5 0 ca n dar a t eo fd e f o r m a t i o nf r o mo 0 0 1 s 一1t oo 1 s 一1 ；t h er e g u l a r i n f l u e n c er e s u l t e df r o mt h ec h a n g eo ff l o ws t r e s sc o n d u c t e db yt e m p e r a t u r ea n d s t a i nr a t e sw a sc o n c l u d e da n dt h e nh e l pf o r mt h ef l o ws t r e s sc o n s t i t u t i v e e q u a t i o n sw h e nt h e r m a ld e f l e c t i o no c c u r r e di nt h i sa l l o y ；t h r o u g ht h eh o t t e n s i l e t e s t ，a l l o y st e n s i l ep r o p e r t yw a sm e a s u r e do nt h et e m p e r a t u r ef r o m2 50 。ct o 4 5 0 a n dr a t ei no 1s 一1o fd e f o r m a t i o n h e n c e ，t h em a t e r i a lt e n s i l es t r e n g t h ， e l o n g a t i o na n da r e ar e d u c t i o nr a t ew h e nw o r k e df r o m2 5 0 。ct o4 5 0 。cf o u n d e d t h em a t e r i a lt h e r m a lp r o c e s s i n gp l a s t i c i t yc h a r ta n de n s u r e dt h ef o r g i n g t e m p e r a t u r er a n g ei nt h er e a lo f4 2 0 * c - 一35 0 c 2 m i c r o s t r u c t u r er e v o l u t i o no fh o tc o m p r e s s i o ni nt h i sa l l o yw a sd e d u c e d b y m e a n so ft h e r m a ls i m u l a t i o na n dm e t a l l o g r a p h i ct e s t t h ec o n c l u s i o n i n d i c a t e st h a tt h ea l l o yo f a l z n - m g - c ub e l o n g st od y n a m i cr e c o v e r ym e t a l ，a n d t h a td y n a m i cr e c o v e r yi so p t i m a li nd y n a m i cr e s t o r a t i o nm e c h a n i s m i i i 新型高强铝合金锻造工艺实验与模拟研究 3 t h eo p t i m i z a t i o no fc o n t r o lp a r a m e t e r ss u c ha sh o d o ，t o o lw i d t hr a t i o a n dr e d u c t i o n ，a sw e l la st h es i m u l a t i o no fm u l t i - d i r e c t i o n a lf o r g i n gp r o c e s s c o n t a i n i n gu p s e t t i n g a n d s t r e t c h i n g w e r e p e r f o r m e db y d e f o r m - 3 d m u l t i - p r o c e s sm u l t i d i r e c t i o n a lf o r g i n gp r o c e s so fs c a l e - - d o w ns t o c ki nt w o p r o p o s a l se m b r a c i n gt h ef i r s to ft h r e e t i m e s - u p s t t i n gw i t ht w i c e - s t r e t c h i n ga n d t h es e c o n do ff o u r t i m e s - u p s t t i n gw i t ht h r e e t i m e s - - s t r e t c h i n gw a ss i m u l a t e d n u m e r i c a l l y t h er e s u l t so fs i m u l a t i o ns h o w st h a t ：t h et o t a lf o r g i n gr a t i oi s17 8 6 ， e q u i v a l e n ts t r a i ni nt h ef o r g i n gr e a c h e su pt o12 6i nt h ef i r s tp r o p o s a l ；w h i l et h e f i g u r ee m e r g e sa t13 3 4a n d9 2 3r e s p e c t i v e l yi nt h es e c o n do n e t h et e s tr e s u l t s o fe x p e r i m e n tf o c u s e di ns c a l e d o w ns t o c ki nb o t ht e c h n i c a lp r o p o s a l ss u g g e s t t h a t ：t e n s i l es t r e n g t ho ff o r g i n gs u r p a s s e s5 0 0m p a ，e l o n g a t i o n sa n dr e d u c t i o n s o fc r o s ss e c t i o n s a t i s f yt h ea p p l i c a t i o n t h u s ，t h et e c h n i c a lp r o p o s a lo f t h r e e t i m e s - u p s t t i n gw i t ht w i c e - s t r e t c h i n g n o to n l ye n a b l e st h eg e n e r a t i o no f a 1 一z n m g c ua l l o yt h i c kp l a t ef o r g i n g ，b u ta l s os i m p l i f i e st h ef o r g i n gp r o c e s s a n dd e c r e a s e st h ec o s t 4 t h es i m u l a t i o no ff o r g i n gp r o c e s so fa l u m i n u ma l l o yt h i c kp l a t ew i t h i n r e a ls i z e si m p l i c a t e st h a t ，d u r i n gt h eg e n e r a t i o no ft h i c kp l a t ef o r g i n g sb yt h e f o r g i n gt e c h n o l o g yo ft h r e e t i m e s u p s t t i n gw i t ht w i c e - s t r e t c h i n gw h e nt h et o t a l f o r g i n gr a t i od e s i g n e di nt h es c o p eo f 13 15 ，f o r g i n ge f f e c t i v es t r a i nw i t h i nm o s t r e g i o n ss t a i n s t o9 9 6 a l u m i n u ma l l o yt h i c kp l a t ew i t h i nr e a l s i z e sw a s s u c c e s s f u l l yf a b r i c a t e di ns o u t h w e s t e r na l u m i n u mf a b r i c a t i o np l a n t ? o fw h i c h a l lt h ep r o p e r t i e sa r ea v a i l a b l ei na p p l i c a t i o n k e yw o r d s ：a i z n - m g c ua l l o y ；f l o ws t r e s s ；m i c r o s t r u c t u r e ；m u l t i d i r e c t i o n a l f o r g i n g ；n u m e r i c a ls i m u l a t i o n i v 目录 目录 第1 章绪论。1 1 1 铝及铝合金概述1 1 1 1 铝的基本特性1 1 1 2 铝合金的应用及分类1 1 2 高强铝合金的发展2 1 2 1 高强铝合金的发展2 1 2 2 铝合金锻造原料及其锻造方法5 1 3 材料成型性能及热加工工艺研究方法7 1 3 1 材料热加工性能的实验研究方法7 1 3 2 有限元数值模拟技术在塑性加工中的应用8 1 4 课题的研究目的、意义及内容1 0 1 4 1 课题的研究目的和意义：l o 1 4 2 课题研究的主要内容1 0 第2 章材料和研究方法。13 2 1 试验材料及设备13 2 2 实验方案1 4 2 2 1 热压缩1 4 2 2 2 热拉伸15 2 2 3 数值模拟1 5 2 。2 。4 缩比件1 2 0 x 3 0 0 工艺实验1 6 2 3 组织及性能检测16 2 3 1 组织观察1 6 2 3 2 性能检测1 6 第3 章热变形行为及组织演变1 9 3 1 变形行为分析1 9 3 1 1a l z n - m g - c u 真应力一真应变曲线19 3 1 2 变形条件对流变应力的影响2 0 3 1 3 锻造温度范围及塑性图的建立2 l 3 2 本构方程的建立2 2 v 新型高强铝合金锻造工艺实验与模拟研究 3 3 组织演变2 4 3 3 1 铝合金热变形的软化机制j 。2 4 3 3 2 变形温度对组织的影响2 5 3 3 3 变形速率对组织的影响2 6 3 3 4 变形量对变形组织的影响芝7 3 4 本章小结2 9 4 章多向锻造工艺分析3l 4 1 坯料高径比的确定3 1 4 1 1 镦粗变形的工艺特点：3 1 4 1 2 平板镦粗圆柱体的有限元分析3 2 4 2 砧宽比与压下量对拔长变形的影响3 8 4 2 1 建立有限元模型3 8 4 2 2 砧宽比的影响3 9 4 2 3 压下量对应力的影响4 2 4 2 4 砧宽比压下率对展宽量的影响4 3 4 2 5 刚端长度的影响4 4 4 3 本章小结4 5 5 章多向锻造工艺过程模拟与实验4 7 5 1 缩比件方案一多向锻造过程模拟与分析2 4 7 5 1 1 缩比件锻造方案一4 7 5 1 2 方案一模拟过程参数分析4 7 5 2 缩比件方案二多向锻造过程模拟与分析4 8 5 2 1 缩比件锻造方案二4 8 5 2 2 方案二模拟过程参数分析4 9 5 3 缩比件多向锻造实验与性能检测5 0 5 3 1 缩比件锻造试验5 0 5 3 2 性能测试结果5 1 5 3 2 组织观察。5 2 5 4 生产尺寸厚板锻件多向锻造模拟5 5 5 5 本章小结5 6 第6 章结论与展望5 9 v i 目录 6 1 结论5 9 6 2 展望：。5 9 参考文献6 1 鸳贮谢6 5 攻读学位期间发表的学术论文目录6 7 i v i i i 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 铝及铝合金概述 1 1 1 铝的基本特性 铝是元素周期表中第三周期的主族元素，呈银白色，晶格结构为面心立方，是地壳 中储量最多、分布最广的金属元素之一，其蕴藏量是铁的1 倍多，比其他有色金属蕴藏 量的总和还要多。此外，铝及其合金具有良好的耐蚀性、导热导电性、热加工性等优异 特性，因此在金属材料的应用中仅次于钢铁而居第二位【1 1 。工业纯铝的常见物理及力学 性质如表1 1 、1 2 所示【2 】。 表1 1 工业纯铝的典型物理性能钉 物理性能数值 物理性能数值 晶格常数( 2 0 ) 1 0 - 1 0 m4 0 4 电导率s m 15 9 ( o 态) 密度( 2 0 ) 蚝m 3 2 7 1 0 电阻率( 2 0 c ) o x 2 m 0 0 2 9 2 2 ( o 态) 熔点 约6 5 0电阻温度系数岬m k 1 0 1 沸点 燃烧热( x1 0 7 j k g - 1 ) 3 1 0 8 比热容( 1 0 0 c ) j ( k g k ) l 9 6 4 7 4 熔解热( x1 0 5 j k g - 1 ) 3 8 9 4 线膨胀系数( 2 0 一1 0 0 c ) ，。 热导率( 2 5 ) w ( m k ) 12 2 2 6 ( o 态) j ) l am ( m k ) 一1 表1 2 工业纯铝的力学性能2 1 t a b 1 2m e c h a n i c a lp r o p e r t i e so fi n d u s t r i a lp u r i t ya l u m i n u m 压力加工 力学性能铸态 退火未退火 抗拉强度m _ p a 9 0 - 1 2 0 8 0 1 1 01 5 0 - 2 5 0 弹性极限m p a3 肌4 0 屈服极限门) a 5 0 - 8 01 2 0 一2 4 0 延伸率 l l 一2 53 2 4 04 8 断面收缩率l 7 0 9 0 5 0 - 6 0 布氏硬度h b s1 0 5 0 02 4 3 21 5 2 5 4 0 5 5 冲击韧度j e m - 23 4 0 抗剪强度瓜但a 4 26 01 0 0 弯曲疲劳强度m p a 5 04 0 1 1 2 铝合金的应用及分类 虽然纯铝具有一些优良的特性，但是由于强度较低，所以纯铝的性能在大多数场合 不能满足使用要求。因此，为了满足不同条件的需要，人们在纯铝中添加一种或多种合 金元素，例如加入锌、镁、铜、锰、锆等来组成各种型号的铝合金，如高强度铝合金、 耐腐蚀铝合金、耐高温铝合金等。图1 1 所示为铝及铝合金的分类。另外，铝合金还可 l 新型高强铝合金锻造工艺实验与模拟研究 以根据需求加工成板、带、条、箔、管、棒、型、线、自由锻件和模锻件等加工材，也 可加工成铸件、压铸件等铸造材。因此，铝材在飞机制造、轨道车辆、汽车、船舶、桥 梁等轻量化要求高的领域获得了十分广泛的应用【3 】。本文主要对a 1 - z n m g c u 系( 7 汊 系) 高强变形铝合金进行研究。 r 纯馁一l x x 系 如1 0 0 0 合金) 一# 热缝理燕食金 a i h 缅系台金_ 3 x x 袈( 如3 0 0 4 台金) ll a l s i 系含金- 4 x x x 系( 如4 0 4 3 台金) 厂加工材一- c u 系舍金一2 x x 蕉( 如2 0 2 4 台金) lll 越m g 系合佥- s x x x 系( 如5 0 8 3 会垒) ll 热处理型台佥 l 时， 在某一压下率之前，中心点应力始终为拉应力，其值随压下率增大而增大，当到达一个 峰值后又随压下率的增大而减小，逐渐变为压应力。当坯料原始高径比h o d o 1 5 时， 在一定压下量范围内p l 点径向应力为正，圆柱体心部存在两向拉应力。对于原始高径 比h o d o = 3 0 的坯料，压下率为5 3 时，心部拉应力转变为压应力。对于原始高径比 h o d o = 2 5 和h o d o = 2 0 的坯料，当压下量分别达到4 8 和3 7 时，可以得到同样的结 论。当原始高径比h o d o = 1 5 时，变形体变形过程中拉应力非常小，最大只有1 m p ，它 虽然不足以对坯料心部造成破坏，但也不能压实疏松、减少铸造缺陷，当压下率为2 0 时，心部拉应力完全消失转变为压应力。原始高径比h o d o = l 时，坯料内部不出现拉应 力。从以上分析可以看出中心点应力由拉应力转变为压应力所对应的压下率，随原始高 径比h o d o 的增大而增大。 h 、。、 - 、 、 、 | ； o 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 压下率 a ) h 0 d 0 = 1 0 3 3 0 2 0 正 罩 r 4 0 遴 足 球 8 0 一一一 一 一- _ 、 1 | | 、 | t t 01 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 压下辜 b ) h o d o = 1 5 o o 0 之 口 乱乏穴疆厦氍 新型高强铝合金锻造工艺实验与模拟研究 o 0 矿。 餐- z 0 霍 搿3 0 - 柏 一 、 ，、 、 + 一。，。j i l 。一 、 l | | | 0 o 加5 0 0 0 7 0 压下宰 c ) h o d o = 2 0 5 o t - 5 笔 謇1 0 皿 掰- 1 5 2 0 5 o 5 叁j o 巷1 5 螽2 0 - 2 5 - 3 0 一 一i 一4 - 、 、 - | l t 、 o1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 7 0 压下事 一 一一一一、 、 j _ i | | f i 01 0 2 0 3 0 4 0 5 0 7 0 压下搴 d ) l i o d o = 2 5 e ) i b d 产3 0 图4 4 不同原始高径比下p l 点径向应力与压下率之间的关系 f i g 4 4r e l a t i o n s h i pb e t w e e nr a d i a ls t r e s sa n d r e d u c t i o nr a t i oo fp o i n t1u n d e rd i f f e r e n th o o o 镦粗过程中圆柱体的瞬时高度与水平对称线上最大瞬时直径之比称为瞬时高径比， 表4 。1 给出了消除各高径比坯料心部拉应力的最小压下量，以及其对应的瞬时高径比( 1 晦 界瞬时高径比) 。可以看出不同原始高径比的坯料，均在瞬时高径比达到1 0 左右时，心 部切向应力和径向应力由拉应力转变为压应力。因此，不管镦粗的目的是为了增加拔长 工序的锻比，还是为了改善锻件的组织，都应使坯料镦粗后的高径比不大于1 ，以使锻 件中心部位处于三向压应力状态，有利于锻合坯料内部的孔洞型缺陷及减少新裂纹的产 生。同时，考虑到坯料镦粗后还要进行拔长，为避免拔长时产生折叠，坯料镦粗后的高 径比必须满足h l d l t 0 5 ( h l ，d 1 分别为坯料镦粗后的高度和直径) ，因为坯料镦粗如果 超过极限高径比，则坯料在拔长时侧面会出现双鼓形，造成坯料心部的拉应力和坯料表 面的折叠。因此坯料镦粗后的最佳高径比为h l d i - - 0 6 - - 0 5 。由此可见坯料原始高径比 不同，坯料镦粗的镦粗比和压下率都不同，根据模拟的结果得到坯料在不同高径比下镦 粗的镦粗比k 和压下率r i ，见表4 2 。 第4 章多向锻造工艺分析 表4 1 心部消除拉应力所对应的最小压下率 原始高径比 3 0 2 52 o1 5 ( 凰d o ) 临界压下率 5 3 4 8 3 7 2 0 临界瞬时高径比 o 9 1o 9 3 o 9 61 0 7 表4 2 坯料不同高径比下镦粗的锻比和压下率 t a b 4 2f o r g i n gr a t i oa n dr e d u c t i o nr a t i oo fu p s e t t i n gu n d e rd i f f e r e n th o d o 原始高径比镦粗后高径比h ，d 。= o 6镦粗后高径比h ，d 。= o 5 h o d o镦粗锻比k压下率r i ( )镦粗锻比k压下率r l ( ) 3 02 9 56 6 13 2 76 9 4 2 52 5 46 0 72 8 8g 5 3 2 02 2 25 52 56 0 1 51 8 44 5 62 0 45 1 1 要得到高质量的锻件不仅要控制锻件内部的受力状况，也要综合考虑锻件各部分的 变形量以及应变的分布情况。图4 5 为不同原始高径比的坯料镦粗过程中，心部应力由 拉应力转变为压应力时等效应变的分布情况。取坯料轴截面的一半进行观察，可以看出 模拟所得坯料内部应变分布与传统镦粗理论基本吻合。坯料内部与上下砧接触部位的难 变形区应变最小，心部应变最大。同时心部等效应变随原始高径比增大而增大。出现这 种现象的原因是原始高径比越大，消除心部拉应力的镦粗压下率越大，心部变形量也就 越大，见表4 3 。 b#01 潞 c = 0 2 1 1 e#0 4 2 2 f # 0 s 2 b 0 =0 羽 h 0 7 3 9 l =0 8 4 鹰 j 0 9 5 0 3 5 b ) 1 0 d o _ 2 5 8 。o 鬻昭 c = 0 4 e 。0 i 耱 f t0 ，5 5 a s * 1 ，“： h = 0 脚 l = 07 j *07 5 0 新型高强铝合金锻造工艺实验与模拟研究 型罴副0 ，敬3 3 1嚣；凑引0 懈1 ：x d 一薹鋈锈 孽。蒯臻黢i 蒜巍藿：翼 ；蚴 蠢；落誉：淄 c ) h o m = 2 0d ) h o d 萨l5 图4 5 心部拉应力消除时的等效应变图 f i g 4 5e q u i v a l e ms t r a i no f u p s e t t i n gw h e ns t r e s sb e l l o w sz e r o 表4 3 不同原始高径比坯料镦粗时消除心部拉应力的压下率及其对应的等效应变 t a b 4 3r e d u c t i o nr a t i oa n de q u i v a l e ms t r a i no fu p s e t t i n gu n d e rd i f f c r e ma o d ow h e ns t r e s sb e l l o w sz e r o 原始高径比吖d o 3 o2 52 o1 5 心部等效应变 0 6 50 4 8o 2 30 7 9 图4 6 为坯料镦粗过程中p 2 点的切向应力分布图，从图中可以直观的看出，在镦 粗的全过程，p 2 点处基本都为拉应力，而且其值随压下量的增大不断增大。只有原始 高径比h o d o = 3 0 ，压下率 o 。4 0 5 时，轴向 不产生拉应力，而采用传统的上下平砧拔长时，砧宽比h 7 0 8 - 0 9 1 6 0 l 。因此，采用 f m 法拔长可使锻压力减小接近一半，为普通拔长的2 3 。f m 法省力，使采用小吨位设 备拔长大钢锭成为可能，是大型模块锻造的重要方法1 6 1 1 。 本文讨论了采用f m 法拔长时砧宽比、压下量、以及刚端长度对坯料内部应力大小 及分布的影响。f m 法的操作程序：压一趟一翻转1 8 0 。一翻转9 0 。一翻转1 8 0 。 4 2 1 建立有限元模型 为研究高径比、压下量等控制参数对f m 法拔长工艺的影响，建立如图4 7 的模型。 取截面积为1 0 0 m m x1 0 0 m m 的坯料进行研究，坯料长度及上下砧尺寸根据不同参数的需 要而设定。相关控制参数的设定如上4 1 节所述。考虑到缺陷区域主要集中在锻件心部， 心部的应力应变分布比较重要，因此将计算模型分割，取其l 4 为研究对象，如图4 8 ， 砧宽为w ，坯料高为h ，宽为b 。经过工件心部o 点做坐标系，研究砧宽比、刚端长度等 对x 、y 轴上纵向横向应力的影响。 3 8 第4 章多向锻造工艺分析 人， y 图4 7f m 法计算模型及其剖视图 f 塘4 7f i n i t ee l e m e n tm o d e la n ds e c t i o n a lv i e wo ft h es t o c ku n d e rf mf o r g i n gm e t h o d f m 法拔长时，满砧送进的砧宽比是w h ，非满砧送进的砧宽比是l h 。为模拟实际 锻造中常用的砧宽比、压下率情况，本次模拟中砧宽比取o 3 、o 4 、o 5 、0 6 、0 7 ，压下 率取1 - - 1 5 。刚端是指拔长时工件不与上砧接触的自由端，如图4 8 中，刚端长度用s 表示。对同一砧宽，刚端长度不同会对材料