鐓粗是最基本的鍛造變形方式,可以使毛坯高度減少而橫截面積增大。在許多鍛造工藝方法中都不同程度地存在著鐓粗變形的過程。同時(shí),鐓粗也是實(shí)際的鍛造工序(工步),一般用于短軸類(餅塊類)鍛件的誠信個(gè);鍛造空心鍛件時(shí),利用鐓粗為沖孔做準(zhǔn)備;交替進(jìn)行鐓粗和拔長可以增加變形程度,充分改善鍛件組織性能。
圓柱毛坯鐓粗時(shí),隨著高度的減小,金屬向四周擴(kuò)張流動。由于毛坯端面和模具之間存在摩擦,毛坯內(nèi)部變形是不均勻的。通過網(wǎng)格法的試驗(yàn)觀察到,沿軸線徑向變形r分布和沿直徑上高度變形z的分布。根據(jù)鐓粗后變形程度大小,沿毛坯對稱面可分為三個(gè)變形區(qū):Ⅰ 區(qū)在毛坯端面附近,摩擦造成質(zhì)點(diǎn)向外流動的阻力。越靠近端面中心摩擦阻力越大。此外,熱鐓粗時(shí),上下端面由于與工具接觸,溫度降低很快,變形抗力大。因此此區(qū)變形程度最小,稱為“難變形區(qū)”;Ⅱ區(qū)在毛坯中部,受端面摩擦的影響較小,應(yīng)力狀態(tài)有利于變形,變形程度最大,稱為“大變形區(qū)”;Ⅲ區(qū)處于毛坯的外周,收到Ⅱ區(qū)金屬徑向流動擴(kuò)張的作用,承受周向拉應(yīng)力,并產(chǎn)生鼓性,稱為“周向受拉區(qū)”。
鐓粗時(shí)的變形不均勻?qū)﹀懠|(zhì)量很不利。毛坯側(cè)面受周向拉應(yīng)力作用,可能引起測表面縱向開裂;還容易引起鍛件晶粒大小不均勻,從而導(dǎo)致鍛件的性能不均勻,特別是在困難變形區(qū),可能因變形不足引起晶粒粗大。這對晶粒度要求嚴(yán)格的高合金鋼、高溫合金、一些有色金屬鍛件的質(zhì)量影響極大。因此在生產(chǎn)中,應(yīng)該采用模具預(yù)熱、選擇合適潤滑劑等措施,對于塑性很低的金屬材料,還可以采用軟墊鐓粗、疊起鐓粗、套環(huán)內(nèi)鐓粗等方法來提高變形均勻性。
對于低塑性材料,將毛坯放在兩個(gè)軟金屬墊(一般采用碳素鋼)之間進(jìn)行鐓粗,軟金屬墊先變形,對毛坯產(chǎn)生向外的主動摩擦力,帶動毛坯端部的金屬向四周流動,測表面發(fā)生內(nèi)凹。由于毛坯沿測表面的壓應(yīng)力分量產(chǎn)生,并且端面沒有難變形區(qū),變形均勻,產(chǎn)生裂紋的傾向顯著降低。繼續(xù)鐓粗時(shí),軟墊變薄,溫度降低,變形抗力增大,毛坯明顯鐓粗,側(cè)面內(nèi)凹消失,呈現(xiàn)圓柱形。
鐓粗薄餅類鍛件時(shí),可將兩個(gè)毛坯疊起來鐓粗,到側(cè)面出現(xiàn)鼓形后,把毛坯翻轉(zhuǎn)180℃再疊起鐓粗,鐓到側(cè)面為圓柱面止,這種方法可以獲得沒有鼓形的鍛件,由于上下端部先后均位于Ⅱ區(qū)變形,因此消除了難變形區(qū)而使變形均勻。
在毛坯的外圈加一個(gè)碳鋼的外套,靠套環(huán)的徑向壓力來減小由于變形不均勻引起的周向附加拉應(yīng)力,鐓粗后將外套去掉。主要用于鐓粗低塑性的高合金鋼。
高徑比(Ho/Do)≤0.5毛坯鐓粗時(shí),由于Ⅱ區(qū)體積小,在壓力作用下,難變形的Ⅰ區(qū)近于互相接觸,也要產(chǎn)出較大的變形流動,與模具接觸的表面向外流動的摩擦阻力大,而且毛坯薄,溫度下降快。鐓粗所需的變形里也很大。因此一般不應(yīng)鍛擊太扁的毛坯,以免損害設(shè)備。
高徑比(Ho/Do)>3的毛坯鐓粗時(shí),容易產(chǎn)生失穩(wěn)彎曲,尤其當(dāng)毛坯端面與軸線不垂直、毛坯各處溫度不均勻時(shí)更是如此。因此采用鐓粗變形方式時(shí)對毛坯的高徑比有較嚴(yán)格的限制。通常,圓形截面坯料的高徑比(Ho/Do)<3,矩形截面坯料的高寬比(Ho/Bo)<4。
為了鍛合毛坯內(nèi)部缺陷和減小鐓粗的變形力,在鐓粗時(shí)應(yīng)將毛坯加熱到最高允許的加熱溫度。