【正文】 20mm方坯鍛到直徑140的棒料，從第3道次開始，表面溫度升高40～50℃，為了控制終鍛溫度，需要停留一段時間進行最后道次的變形。正因為徑向鍛造存在溫升的現(xiàn)象，始鍛溫度與終鍛溫度差很小。高合金鋼，尤其是高速工具鋼（W6Mo5Cr4V2）、高合金冷作模具鋼（Cr12Mo1V1）等，因含有大量的合金元素，造成較為嚴重的成分偏析，加之碳含量較高，碳化物偏析嚴重，惡化了熱加工性能，其熱加工只能在較窄的溫度區(qū)間進行。如果加熱溫度過高，容易造成鋼錠偏析區(qū)大量的低熔點碳化物產(chǎn)生過熱和過燒現(xiàn)象；若終鍛溫度過低，則表面塑性變差，容易產(chǎn)生表面開裂現(xiàn)象[9]。該類鋼若采用自由鍛造，錠到才需開中間坯，需多火次才能完成。例如將430mm～430mm的鋼錠鍛到直徑140的圓棒，至少需6火次，而且還需要開中間坯。采用徑向鍛造，則只需一火次即可完成全部變形過程，始鍛溫度與終鍛溫度差僅為40～50K。這樣的結(jié)果是自由鍛無法做到的。因此徑向鍛造變形溫降小的特點尤其適合高速工具鋼、高合金冷作模具鋼、不銹鋼及高溫合金、鈦合金等南變形材料的鍛造。高速鋼鍛后從高溫空冷也會轉(zhuǎn)變馬氏體組織，組織應(yīng)力大而塑性低，很易開裂。高速鋼鍛件鍛后應(yīng)緩冷，可以在爐中冷卻或置于爐口外裝料板上緩冷至室溫后，及時作退火處理。 高速鋼熱處理高速鋼的熱處理工藝較為復(fù)雜，必須經(jīng)過退火、淬火、回火等一系列過程。退火的目的是消除應(yīng)力，降低硬度，使顯微組織均勻，便于淬火。退火溫度一般為860～880℃。淬火時由于它的導(dǎo)熱性差一般分兩階段進行。先在800～850℃預(yù)熱(以免引起大的熱應(yīng)力)，然后迅速加 熱到淬火溫度1190～1290℃（不同牌號實際使用時溫度有區(qū)別），后油冷或空冷或充氣體冷卻。工廠均采用鹽爐加熱，現(xiàn)真空爐使用也相當(dāng)廣泛。淬火后因內(nèi)部組織還保留一部分(約30%)殘余奧氏體沒有轉(zhuǎn)變成馬氏體，影響了高速鋼的性能。為使殘余奧氏體轉(zhuǎn)變，進一步提高硬度和耐磨性，一般要進行2～3次回火，回火溫度560℃，每次保溫1小時[10]。 計算機模擬技術(shù) 計算機模擬技術(shù)不僅是計算機應(yīng)用的一個十分重要而又廣闊的領(lǐng)域，而且也是迅速發(fā)展的一門綜合性很強的新興科學(xué)，是工程分析、研究和設(shè)計的重要工具。許多工程分析問題，都可歸結(jié)為在給定邊界條件夏秋季起控制方程(常微分方程或偏微分方程的問題。但只有方程比較簡單、幾何邊界想到規(guī)則的少數(shù)問題能用解析分法求出精確的解析解。對于大多數(shù)的工程技術(shù)問題，由于物體的幾何形狀比較復(fù)雜或者問題的某些特性是非線性的，則很少有解析解。對于這類問題其解決辦法通常有:一是引入簡化假設(shè)，將方程和邊界條件簡化為能夠處理的問題，得到其在簡化狀態(tài)下的解，這種方法在某些情況下是可行的，但簡化過多又可能導(dǎo)致不正確的甚至是錯誤的解。因此，在利用現(xiàn)代數(shù)學(xué)、力學(xué)理論的基礎(chǔ)上，借助于計算機計算來獲得滿足工程要求的數(shù)值解，這就是數(shù)值模擬技術(shù)，也就是計算機仿真技術(shù)。一般來說，仿真技術(shù)包括物理仿真和模型仿真。模型仿真，即用數(shù)學(xué)模型代替實際系統(tǒng)進行分析、研究或?qū)嶒?。由于計算機仿真技術(shù)能夠非常方便地將世紀工程提供的模型進行各種實驗分析，例如:分析研究材料加工過程的各種力能參數(shù)，為選擇最佳加工方法而改變工藝參數(shù)。為獲得最佳設(shè)計對各種方案進行比較。對一些新產(chǎn)品的方案進行驗證等，廣泛應(yīng)用于航天、冶金、通信、建筑、化工等各個工程領(lǐng)域，在實際應(yīng)用中取得顯著效果。計算機模擬與優(yōu)化在高速鋼鍛造生產(chǎn)中起著越來越重要的作用。利用計算機，一方面可以在設(shè)備制造前或者在高速鋼生產(chǎn)之前模擬鍛造過程的變形和力能參數(shù)，從而優(yōu)化設(shè)備設(shè)計或工藝參數(shù)，以代替物理模擬實驗和現(xiàn)場鍛造，減小物理模擬實驗的經(jīng)費投入和現(xiàn)場鍛造的損失。另一方面可以模高速鋼在鍛造過程中的顯微組織變化，并預(yù)報軋后鋼的性能，從而優(yōu)化工藝參數(shù)，代替大量金相實驗和工藝參數(shù)研究，保證鋼材所要求的組織和性能[11]。 本課題研究內(nèi)容綜上所述，本文的研究以精鍛機結(jié)構(gòu)與高速鋼生產(chǎn)工藝相結(jié)合，主要通過DOFORM軟件對H13高速鋼鍛造過程變形的有限元仿真分析，得到坯料在鍛造變形中的應(yīng)力、應(yīng)變分布，來分析棒料芯部的變形，進而分析該鍛造工藝是否能將坯料鍛透。2 精鍛機設(shè)備特點及結(jié)構(gòu)介紹 精鍛機的特點精鍛機是一種快速精密鍛壓設(shè)備，由2~8個對稱錘頭對金屬坯料進行高頻率鍛打的短沖程壓力機。錘頭有兩種運動：(1)由電動機傳動偏心軸帶動連桿使錘頭往復(fù)運動，進行鍛打；(2)調(diào)節(jié)機構(gòu)通過偏心套調(diào)節(jié)連桿的位置，改變錘頭的開口尺寸，以獲得不同的鍛壓尺寸。鍛壓時坯料由操作機的夾頭送入鍛壓箱進行往復(fù)鍛壓。這類機器多用程序控制、數(shù)字控制或微處理控制系統(tǒng)自動操作，生產(chǎn)效率高，用以建立熱鍛火車軸等自動生產(chǎn)線和冷鍛槍管來復(fù)線等。鍛件的精度：熱鍛的外徑177。 mm，內(nèi)徑177。 mm；冷鍛的外徑177。，內(nèi)徑177。 mm。加工實心或空心長軸類零件鍛造時，分布在棒料圓周方向的錘頭(2～8個)對工件快速和同步鍛打。如工件為圓截面，則一面低速旋轉(zhuǎn)，一面軸向進給移動；如工件為非圓截面，則只軸向進給而不旋轉(zhuǎn)，將鋼錠直接鍛成方鋼、扁鋼等。徑向鍛造的特點是不需要專用模具，能按預(yù)定程序鍛出精密的軸類零件。徑向鍛造每次壓縮量小，每分鐘鍛打次數(shù)高，這種方法可用于熱鍛或冷鍛[12]。精鍛機每分鐘錘擊次數(shù)比快鍛液壓機高一倍，由于錘擊次數(shù)高，坯料形變產(chǎn)生的熱量可抵償坯料散失到環(huán)境中的熱量，因此加工過程中溫度變化較小。這對加工溫度范圍窄的高合金鋼、鈦合金或難變形合金的生產(chǎn)非常合適，保證了產(chǎn)品質(zhì)量。在一次加熱中坯料總變形率的增加，也就提高了生產(chǎn)率和成材率。數(shù)控鍛壓能保證產(chǎn)品有更高的精度,尺寸公差達177。，減少了后續(xù)工序的加工余量。世界上有許多國家在冶金、機械制造、國防工業(yè)上采用了精鍛機來生產(chǎn)合金結(jié)構(gòu)鋼、高強度合金鋼、鈦合金和難變形合金的產(chǎn)品。用不同型號的精鍛機分別將鋼錠或鋼坯鍛成圓形、方形、矩形截面的棒材或鍛成旋轉(zhuǎn)對稱軸、實心軸和空心階梯軸、錐度軸、厚壁管、炮管等。此外，徑向鍛造機自動化程度高，生產(chǎn)的鍛件精度高，表面粗糙度小。但也有不足之處，因為鍛造時，工件表面變形大于中心部位變形，如果鍛比控制不當(dāng)會出現(xiàn)心部鍛不透的現(xiàn)象。另外，由于打擊頻率高，產(chǎn)生變形熱，使鍛件局部溫度上升，導(dǎo)致合金顯微組織不均勻，影響性能。 奧地利GFM是世界知名的徑向鍛機生產(chǎn)公司，可生產(chǎn)3種類型的精鍛機：(1)機械傳動的SX型：(2)液壓傳動的PX型；(3)連續(xù)式SD型。噸位從80～2500T,最大噸位的SX85徑向鍛機，錘頭最大鍛打力為29420 kN，打擊次數(shù)125次/min。此外，德國Eumuco公司生產(chǎn)精鍛機，以液壓傳動為主，如SMX18型，最大打擊力2697 kN，打擊次數(shù)180320次/min[13]。從 20世紀80年代中期至今，我國已從奧地利引進了400T,500T,800T,1000T和1400T,主要用于鍛制特種鋼、工具鋼和鍛件，使用效果比較理想。河北冶金科技公司2004年引進的SX55型即為SX類型。 GFM公司生產(chǎn)的SX55型精鍛機 精鍛機的類型在國內(nèi)外精鍛機產(chǎn)品中，按主機傳動方式分機械式和全液壓兩種形式,并且隨著液壓技術(shù)的快速發(fā)展,與控制系統(tǒng)良好的接口技術(shù),全液壓精鍛機的優(yōu)勢更加明顯。按照控制系統(tǒng)精鍛機可分為三種類型：一種是以繼電器為主控單元的傳統(tǒng)型精鍛機；一種是采用可編程控制器控制的精鍛機；第三種是應(yīng)用高級微處理(或工業(yè)控制計算機)的高性能精鍛機。三種類型功能各有差異，應(yīng)用范圍也不盡相同。但總的發(fā)展趨勢是高速化、智能化[14]。(1)繼電器控制方式是延續(xù)了幾十年的傳統(tǒng)控制方式，其電路結(jié)構(gòu)簡單，技術(shù)要求不高，成本較低，相應(yīng)控制功能簡單，適應(yīng)性不強。繼電器控制方式適用于單機工作、加工產(chǎn)品精度要求不高的大批量生產(chǎn)，也可組成簡單的生產(chǎn)線，但由于電路的限制，穩(wěn)定性、柔性差?，F(xiàn)在，國內(nèi)早期引進許多精鍛機是以這種機型為主。近幾年多進行了技術(shù)改造和升級。(2)可編程控制器是在繼電器控制和計算機控制發(fā)展的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的，并逐漸發(fā)展成以微處理器為核心，把自動化技術(shù)，計算機技術(shù)，通信技術(shù)融為一體的新型工業(yè)自動控制裝置。目前已被廣泛地用于各種生產(chǎn)機械及自動化生產(chǎn)過程種。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，可編程控制器的功能更加豐富。早期的可編程控制器在功能上只能進行簡單的邏輯控制，后來開始采用微電子處理器作為可編程控制器的中央處理單元(CPU)，從而擴大了控制器的功能，使其不僅可以進行邏輯控制，而且還可以對模擬量進行控制。因此，可編程控制器控制方式是介于繼電器方式和工業(yè)控制計算機控制方式之間的一種控制方式?？删幊炭刂破骶哂休^高的穩(wěn)定性和靈活性，但在功能方面與工業(yè)控制計算機相比有一定的差異(3)工業(yè)控制機控制方式是在計算機控制技術(shù)發(fā)展成熟的基礎(chǔ)上采用的一種高技含量的控制方式。這種控制方式以工業(yè)控制機作為主控單元，以CNC控制技術(shù)直接應(yīng)用數(shù)字閥實現(xiàn)對液壓系統(tǒng)的控制、同時利用各種傳感器組成閉合回路的控制系統(tǒng)，達到精確控制的目的，這種控制方式主要有如下特點：①具有友好的人機交互性，操作簡單。②控制精度高。數(shù)字控制的行程長度及工作行程與傳統(tǒng)的機械的行程開關(guān)控制相比，精度有極大的提高。③可順利實現(xiàn)對工作參數(shù)(壓力、速度、行程等