機(jī)械聯(lián)接環(huán)的鍛壓工藝優(yōu)化探索

劉寶棟

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

摘 要：機(jī)械零件是機(jī)械行業(yè)發(fā)展中的主體，也是促進(jìn)機(jī)械生產(chǎn)力提高的關(guān)鍵，機(jī)械聯(lián)接環(huán)作為一種常用且非常重要的機(jī)械零部件，理應(yīng)受到相關(guān)制造也及工作人員的重視。對(duì)此，該文基于試驗(yàn)分析法，先簡(jiǎn)單概述試驗(yàn)中必須使用的鍛壓機(jī)械，然后選取型號(hào)為20CrMnTi的鋼機(jī)械聯(lián)接環(huán)，作為試驗(yàn)對(duì)象，以通過試驗(yàn)的方式來分析機(jī)械聯(lián)接環(huán)的鍛壓工藝優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：鍛壓工藝 機(jī)械聯(lián)接環(huán) 20CrMnTi鋼 力學(xué)性能 鍛壓機(jī)械

中圖分類號(hào)：TG316 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）05（b）-0162-02

機(jī)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(diǎn)，不利于聯(lián)接環(huán)零件生產(chǎn)企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力及市場(chǎng)地位的提高，所以必須進(jìn)行鍛壓工藝優(yōu)化。以20CrMnTi鋼機(jī)械聯(lián)接環(huán)為試驗(yàn)對(duì)象，進(jìn)行了聯(lián)接環(huán)顯微組織試驗(yàn)和力學(xué)性能試驗(yàn)，并比較兩組試驗(yàn)，找出聯(lián)接環(huán)的鍛壓優(yōu)化工藝。

1 鍛壓機(jī)械

鍛壓機(jī)械是指在鍛壓加工中用于成形和分離的機(jī)械設(shè)備，主要用于金屬成形，所以又稱為金屬成形機(jī)床，設(shè)備上多設(shè)有安全防護(hù)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(qiáng)迫高速運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的動(dòng)能對(duì)坯料做功，使之塑性變形的機(jī)械，是最常見、歷史最悠久的鍛壓機(jī)械；②機(jī)械壓力機(jī)：機(jī)械壓力機(jī)用曲柄連桿或肘桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、螺桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)，具有工作平穩(wěn)、精度高，操作條件好、生產(chǎn)率高等特點(diǎn)，適于在自動(dòng)線上工作；③液壓機(jī)：以高壓液體（油、乳化液等）傳送工作壓力的鍛壓機(jī)械，具有工作平穩(wěn)、震動(dòng)小、鍛造深度大等特點(diǎn)，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(jī)：基本傳動(dòng)方式與軋機(jī)相似，具有質(zhì)量小、工作平穩(wěn)、無震動(dòng)等特點(diǎn)，包括輥鍛機(jī)、成形軋制機(jī)、卷板機(jī)等[1]。

2 試驗(yàn)材料及方法

2.1 試驗(yàn)材料

選用型號(hào)為20CrMnTi鋼機(jī)械聯(lián)接環(huán)為試驗(yàn)坯料，試驗(yàn)坯料的尺寸：長(zhǎng)為200 mm、寬為60 mm、高為8 mm；試驗(yàn)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(hào)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(yàn)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(yàn)方法

優(yōu)化方法包括鍛壓改進(jìn)工藝1、2，其中鍛壓改進(jìn)工藝1（反向終壓）的優(yōu)化原理為：預(yù)熱毛坯時(shí)進(jìn)行鍛壓，此時(shí)的金屬流動(dòng)與凸模運(yùn)動(dòng)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(jìn)行沖頭工作時(shí)不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，最后通過鍛壓機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)毛坯的作用力，實(shí)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(jìn)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(duì)毛坯進(jìn)行溫度為1180℃的預(yù)熱，然后進(jìn)行溫度標(biāo)準(zhǔn)為1320℃的反向鍛壓。

先用聯(lián)接環(huán)鍛壓工藝原理：先對(duì)準(zhǔn)備好的毛料（毛坯）進(jìn)行溫度標(biāo)準(zhǔn)為1100℃的預(yù)熱，然后就信息溫度標(biāo)準(zhǔn)為1250℃的高溫鍛造，待冷卻后將毛坯放入鍛壓機(jī)中進(jìn)行溫度標(biāo)準(zhǔn)為1200℃的預(yù)壓，該次預(yù)壓稱為一次預(yù)壓，最后將鍛壓機(jī)的溫度提高至1350℃，進(jìn)行二次預(yù)壓，最終形成博壁零件。

具體優(yōu)化及試驗(yàn)：通過鍛壓改進(jìn)工藝1、2，實(shí)現(xiàn)對(duì)聯(lián)接環(huán)式樣的獲取，然后進(jìn)行經(jīng)線的切割和金相的拋磨，之后通過型號(hào)為PG18的金相顯微鏡和型號(hào)為JSM6510的掃面顯微鏡進(jìn)顯微組織試驗(yàn)。接著進(jìn)行力學(xué)性試驗(yàn)——拉伸與沖擊試驗(yàn)，其中拉伸試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)距離為95 mm、總的長(zhǎng)度為195 mm、倒角的半徑為30 mm、寬為10 mm、厚度為5mm，拉伸試驗(yàn)機(jī)的型號(hào)為BDL-500 L，室溫為該試驗(yàn)的測(cè)量溫度；沖壓試驗(yàn)中的樣品長(zhǎng)為55 mm、寬為5 mm、高為5 mm，坡口的型號(hào)為V，且深度為2 mm。

3 結(jié)果與討論

3.1 顯微組織試驗(yàn)結(jié)果及討論

經(jīng)鍛壓改進(jìn)工藝1、2獲取的聯(lián)接環(huán)，在顯微組織試驗(yàn)下其晶粒和碳化物均得到了細(xì)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(yàn)結(jié)果與討論

經(jīng)鍛壓改進(jìn)工藝1、2獲取的聯(lián)接環(huán)，在拉伸試驗(yàn)下其抗拉和屈服強(qiáng)度都得到提高，不僅如此，相應(yīng)的伸長(zhǎng)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(qiáng)度比原的增加了75MPa，其屈服強(qiáng)度增加了97MPa，伸長(zhǎng)率增加了5%。

3.3 沖擊試驗(yàn)結(jié)果與討論

經(jīng)鍛壓改進(jìn)工藝1、2獲取的聯(lián)接環(huán)，在沖擊試驗(yàn)下其沖擊韌性能得到了有效提高，尤其是鍛壓改進(jìn)工藝2。與現(xiàn)有的鍛壓工藝相比，鍛壓改進(jìn)工藝1使機(jī)械聯(lián)接環(huán)的沖擊韌性增加了20J/mm2；而鍛壓改進(jìn)工藝2則使機(jī)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(jìn)工藝1、2后機(jī)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(jìn)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(xì)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(jī)械聯(lián)接環(huán)的拉伸性能達(dá)到最佳[4]。

綜上所述，鍛壓改進(jìn)工藝2的優(yōu)化效果更優(yōu)于鍛壓改進(jìn)工藝1，所以最為有效的機(jī)械聯(lián)接環(huán)鍛壓工藝改進(jìn)方法為改進(jìn)工藝2，即先對(duì)毛坯進(jìn)行溫度為1180℃的預(yù)熱，然后進(jìn)行溫度標(biāo)準(zhǔn)為1320℃的反向鍛壓。

4 結(jié)語

（1）鍛壓改進(jìn)工藝1、2經(jīng)顯微組織試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，與現(xiàn)有的鍛壓工藝相比具有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：第一，有效細(xì)化了晶粒；第二，有效細(xì)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(xì)小顆粒狀散態(tài)分布，使機(jī)械聯(lián)接環(huán)組織得到了細(xì)化，進(jìn)而提高其生產(chǎn)力。但改進(jìn)工藝2比改進(jìn)工藝的細(xì)化效果好。

（2）鍛壓改進(jìn)工藝1、2經(jīng)拉伸試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，與現(xiàn)有的鍛壓工藝相比具有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：改進(jìn)工藝1：第一，有效增加了機(jī)械聯(lián)接環(huán)的抗拉強(qiáng)度，其增加值為75MPa；第二，有效增加了機(jī)械聯(lián)接環(huán)的屈服強(qiáng)度，其增加值為97MPa；第三，有效增加了機(jī)械聯(lián)接環(huán)的伸長(zhǎng)率，其增加值為5%；改進(jìn)工藝2：機(jī)械聯(lián)接環(huán)的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率增加值分別為161MPa、201MPa和8%，均高于改進(jìn)工藝1，故改進(jìn)工藝2的優(yōu)化效果優(yōu)于改進(jìn)工藝1。

（3）鍛壓改進(jìn)工藝1、2經(jīng)拉伸試驗(yàn)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(jìn)工藝2優(yōu)化效果優(yōu)于改進(jìn)工藝1。所以綜合（1）和（2）的結(jié)論，最后探討出20CrMnTi鋼機(jī)械聯(lián)接環(huán)的鍛壓優(yōu)化方法選為：即先對(duì)毛坯進(jìn)行溫度為1180℃的預(yù)熱，然后進(jìn)行溫度標(biāo)準(zhǔn)為1320℃的反向鍛壓。

參考文獻(xiàn)

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