【正文】 分偏析，加之碳含量較高，碳化物偏析嚴(yán)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(jìn)行。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。采用徑向鍛造，則只需一火次即可完成全部變形過(guò)程，始鍛溫度與終鍛溫度差僅為40～50K。因此徑向鍛造變形溫降小的特點(diǎn)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(shí)作退火處理。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。淬火時(shí)由于它的導(dǎo)熱性差一般分兩階段進(jìn)行。工廠均采用鹽爐加熱，現(xiàn)真空爐使用也相當(dāng)廣泛。為使殘余奧氏體轉(zhuǎn)變，進(jìn)一步提高硬度和耐磨性，一般要進(jìn)行2～3次回火，回火溫度560℃，每次保溫1小時(shí)[10]。許多工程分析問(wèn)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(wèn)題。對(duì)于大多數(shù)的工程技術(shù)問(wèn)題，由于物體的幾何形狀比較復(fù)雜或者問(wèn)題的某些特性是非線性的，則很少有解析解。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(jì)算機(jī)計(jì)算來(lái)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(jì)算機(jī)仿真技術(shù)。模型仿真，即用數(shù)學(xué)模型代替實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行分析、研究或?qū)嶒?yàn)。為獲得最佳設(shè)計(jì)對(duì)各種方案進(jìn)行比較。計(jì)算機(jī)模擬與優(yōu)化在高速鋼鍛造生產(chǎn)中起著越來(lái)越重要的作用。另一方面可以模高速鋼在鍛造過(guò)程中的顯微組織變化，并預(yù)報(bào)軋后鋼的性能，從而優(yōu)化工藝參數(shù)，代替大量金相實(shí)驗(yàn)和工藝參數(shù)研究，保證鋼材所要求的組織和性能[11]。2 精鍛機(jī)設(shè)備特點(diǎn)及結(jié)構(gòu)介紹 精鍛機(jī)的特點(diǎn)精鍛機(jī)是一種快速精密鍛壓設(shè)備，由2~8個(gè)對(duì)稱錘頭對(duì)金屬坯料進(jìn)行高頻率鍛打的短沖程壓力機(jī)。鍛壓時(shí)坯料由操作機(jī)的夾頭送入鍛壓箱進(jìn)行往復(fù)鍛壓。鍛件的精度：熱鍛的外徑177。 mm；冷鍛的外徑177。 mm。如工件為圓截面，則一面低速旋轉(zhuǎn)，一面軸向進(jìn)給移動(dòng)；如工件為非圓截面，則只軸向進(jìn)給而不旋轉(zhuǎn)，將鋼錠直接鍛成方鋼、扁鋼等。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]。這對(duì)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。數(shù)控鍛壓能保證產(chǎn)品有更高的精度,尺寸公差達(dá)177。世界上有許多國(guó)家在冶金、機(jī)械制造、國(guó)防工業(yè)上采用了精鍛機(jī)來(lái)生產(chǎn)合金結(jié)構(gòu)鋼、高強(qiáng)度合金鋼、鈦合金和難變形合金的產(chǎn)品。此外，徑向鍛造機(jī)自動(dòng)化程度高，生產(chǎn)的鍛件精度高，表面粗糙度小。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。噸位從80～2500T,最大噸位的SX85徑向鍛機(jī)，錘頭最大鍛打力為29420 kN，打擊次數(shù)125次/min。從 20世紀(jì)80年代中期至今，我國(guó)已從奧地利引進(jìn)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。 GFM公司生產(chǎn)的SX55型精鍛機(jī) 精鍛機(jī)的類型在國(guó)內(nèi)外精鍛機(jī)產(chǎn)品中，按主機(jī)傳動(dòng)方式分機(jī)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(jī)的優(yōu)勢(shì)更加明顯。三種類型功能各有差異，應(yīng)用范圍也不盡相同。(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(jiǎn)單，技術(shù)要求不高，成本較低，相應(yīng)控制功能簡(jiǎn)單，適應(yīng)性不強(qiáng)?，F(xiàn)在，國(guó)內(nèi)早期引進(jìn)許多精鍛機(jī)是以這種機(jī)型為主。(2)可編程控制器是在繼電器控制和計(jì)算機(jī)控制發(fā)展的基礎(chǔ)上開發(fā)出來(lái)的，并逐漸發(fā)展成以微處理器為核心，把自動(dòng)化技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)，通信技術(shù)融為一體的新型工業(yè)自動(dòng)控制裝置。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，可編程控制器的功能更加豐富。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(jì)算機(jī)控制方式之間的一種控制方式。這種控制方式以工業(yè)控制機(jī)作為主控單元，以CNC控制技術(shù)直接應(yīng)用數(shù)字閥實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓系統(tǒng)的控制、同時(shí)利用各種傳感器組成閉合回路的控制系統(tǒng)，達(dá)到精確控制的目的，這種控制方式主要有如下特點(diǎn)：①具有友好的人機(jī)交互性，操作簡(jiǎn)單。數(shù)字控制的行程長(zhǎng)度及工作行程與傳統(tǒng)的機(jī)械的行程開關(guān)控制相比，精度有極大的提高。④預(yù)存工作模式，可對(duì)不同工件的工藝過(guò)程、工藝參數(shù)預(yù)先存儲(chǔ)和重復(fù)調(diào)用，縮短調(diào)整時(shí)間。 ⑥在安全方面，可利用軟件進(jìn)行故障預(yù)診斷，并自動(dòng)修復(fù)故障和顯示錯(cuò)誤。精鍛機(jī)由手動(dòng)、半自動(dòng)發(fā)展到自動(dòng)控制，70年代又發(fā)展到用計(jì)算機(jī)控制。70年代以來(lái),精鍛工藝又發(fā)展為精鍛軋制工藝，并創(chuàng)造了精鍛軋機(jī)組,它由一臺(tái)多錘頭的連續(xù)式精鍛機(jī)后帶若干架軋機(jī)組成，主要用在合金鋼廠生產(chǎn)小型棒材。提高精鍛機(jī)的工作效率，降低生產(chǎn)成本。充分合理地利用機(jī)械和電子方面的先進(jìn)技術(shù)促進(jìn)整個(gè)液壓系統(tǒng)的完善。 微電子技術(shù)的高速發(fā)展為精鍛機(jī)的自動(dòng)化和智能化提供了充分的條件。 (4)液壓元件的集成化，標(biāo)準(zhǔn)化。標(biāo)準(zhǔn)化的元件為機(jī)器的維修帶來(lái)方便。隨著精鍛機(jī)的高速和自動(dòng)化，限制噪聲和震動(dòng)、防止環(huán)境污染、消除人身事故、保證精鍛機(jī)安全可靠地進(jìn)行自動(dòng)化生產(chǎn)就顯得非常重要了[1516]。DEFORM2D ，1998年退出了三維系統(tǒng)DEFORM3D。通過(guò)在計(jì)算機(jī)上模擬整個(gè)加工過(guò)程,幫助工程師和設(shè)計(jì)人員:①設(shè)計(jì)工具和產(chǎn)品工藝流程,減少昂貴的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)成本。③縮短新產(chǎn)品的研究開發(fā)周期。它具有非常友好的圖形用戶界面,可幫助用戶很方便地進(jìn)行準(zhǔn)備數(shù)據(jù)和成形分析。DEFORM專為大變形問(wèn)題設(shè)計(jì)了一個(gè)全自動(dòng)的、優(yōu)化的網(wǎng)格再劃分系統(tǒng)。前處理器處理模具和坯料的材料信息及幾何信息的輸入、成形條件的輸入,建立邊界條件,它還包括有限元網(wǎng)格自動(dòng)生成器。后處理器是將模擬結(jié)果可視化,支持OPGL圖形模式,并輸出用戶所需的模擬數(shù)據(jù)[17]。(2)熱處理：①模擬正火、退火、淬火、回火、滲碳等工藝過(guò)程?；旌喜牧系奶匦匀Q于熱處理模擬中每步各種金屬的百分比。擁有相應(yīng)的模塊之后這些耦合將包括由于塑性變形引起的升溫、加熱軟化、相變控制溫度、相變內(nèi)能、相變塑性、相變應(yīng)變、應(yīng)力對(duì)相變的影響以及含碳量對(duì)各種材料屬性產(chǎn)生的影響等[18]。針對(duì)這種剛塑性材料建立的有限元法就稱為剛塑性有限元法，它是小林史郎（Shiro Kobayshi）和李（）于1973年提出的，二十年來(lái)已得到很大的發(fā)展，廣泛應(yīng)用于分析各種塑性加工問(wèn)題。 拉格朗日乘子法 它所用的變分原理是基于最小勢(shì)能原理的混合變分原理，將不可壓縮約束條件用乘子 λL 相乘代入勢(shì)能中來(lái)修正勢(shì)能。其主要特點(diǎn)是同時(shí)以節(jié)點(diǎn)位移和靜水壓力為基本未知量進(jìn)行聯(lián)立求解。 該方法的優(yōu)點(diǎn)是直觀，且不必對(duì)零體積膨脹約束進(jìn)行特殊處理；缺點(diǎn)是增加了自由度數(shù)目，即拉氏乘子λL的數(shù)目，λL的出現(xiàn)會(huì)增加最后切向剛度方程的帶寬，使運(yùn)算效率降低，另外導(dǎo)致了離散矩陣的非定性，難用一般方法求解。 罰有限元法 將罰函數(shù)的概念引入有限元中，把應(yīng)變能分解成偏應(yīng)力和體應(yīng)力產(chǎn)生的應(yīng)變的疊加形式，通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)膽土P函數(shù)，利用罰因子放松不可壓縮的約束條件，最終得到只含位移未知量的離散方程。對(duì)剛度矩陣中體變部分用低于其他項(xiàng)積分階段的簡(jiǎn)化積分法，由于是有選擇的不同積分階段，所以也稱選擇積分法。優(yōu)點(diǎn)是由于乘法函數(shù)的引入，使得剛度矩陣對(duì)角線上的零元素消失，變得對(duì)稱正定，可以通用的解法進(jìn)行求解；缺點(diǎn)是為了確保迭代過(guò)程的收斂，要適當(dāng)?shù)倪x擇懲罰因子。 雜交應(yīng)力元采用的是基于最小余能原理的Reissner變分原理，以節(jié)點(diǎn)位移和應(yīng)力作為基本未知量，對(duì)于不可壓縮橡膠類材料又引入靜水應(yīng)力作為基本未知量。 雜交應(yīng)力元在單元內(nèi)放松了對(duì)位移的約束，使單元有比較適中的剛度，一般能給出比較準(zhǔn)確的位移解，由于直接假定了單元內(nèi)的應(yīng)力模式，沒(méi)有求導(dǎo)引起的精度損失，而且可以根據(jù)具體問(wèn)題選擇最優(yōu)的應(yīng)力模式，使得單元內(nèi)應(yīng)力值及其分布規(guī)律更為合理。 4 高速鋼精鍛過(guò)程建模 Pro/Engineer簡(jiǎn)介Pro/Engineer是世界上最成功的CAD/CAM軟件之一，它是美國(guó)PTC公司的產(chǎn)品。它的產(chǎn)品功能模塊包括：基本模塊、曲面造型、特征定義、裝配設(shè)計(jì)、組件設(shè)計(jì)、工程制圖、圖表設(shè)計(jì)、電纜制造、模具設(shè)計(jì)、鈑金設(shè)計(jì)、有限元網(wǎng)格等Pro/Engineer軟件具有強(qiáng)大的實(shí)體造型功能。Pro/Engineer能完成任何工業(yè)設(shè)計(jì)，而且任何設(shè)計(jì)思想都能得到體現(xiàn)。設(shè)計(jì)人員可在計(jì)算機(jī)上直接進(jìn)行三維設(shè)計(jì)，在屏幕上能夠見(jiàn)到產(chǎn)品的真實(shí)三維模型，這是工程設(shè)計(jì)方法上的一個(gè)重大的突破。 (2)參數(shù)化設(shè)計(jì)。 (3)特征設(shè)計(jì)。這樣便于實(shí)現(xiàn)并行工程，使得設(shè)計(jì)繪圖、計(jì)算分析、工藝審查等后續(xù)工作都順利的完成。 (5)具有與其它有限元分析軟件無(wú)縫接口功能。 (7)能進(jìn)行二次開發(fā)，完成用戶的特殊要求[20]。錘頭以前視基準(zhǔn)面，坐標(biāo)原點(diǎn)為錘頭下便面中心點(diǎn)建立。將建好的所有模型，具體尺寸見(jiàn)附表1。將建好的模型，保存為STL格式文件。夾持器是用來(lái)夾緊棒料，帶動(dòng)棒料送進(jìn)和旋轉(zhuǎn)的機(jī)械手臂。將建好的模型，保存為STL格式文件。精鍛機(jī)共有四個(gè)錘頭和夾持器，故添加5個(gè)模具。將建好的錘頭、坯料及夾持器模型導(dǎo)入到DEFORM3D中。目的是使各錘頭同軸同心，以保證在鍛造過(guò)程中每個(gè)錘頭的作用效果相同，盡量與實(shí)際生產(chǎn)接近。將導(dǎo)入后的錘頭以X軸旋轉(zhuǎn)90176。將導(dǎo)入的