某复杂筒类锻件缺陷修复模拟

文／李行波·一重天津重型装备工程研究有限公司

展培培·一重大连工程技术有限公司

新世纪以来随着我国国民经济和国防建设的迅猛发展，各行业对大型化、高质量锻件的需求与日俱增。目前大型锻件主流的生产方式仍是由钢锭锻造成形，大型钢锭中不可避免的存在一定的孔洞、疏松等缺陷。如何采用锻造方法将钢锭内部缺陷压实、焊合，是提高大锻件质量的重要途径之一。

中国一重主要产品为大型复杂锻件，其中某型复杂筒类锻件在热处理后探伤过程中发现在壁厚上弧长956mm、高度约1000mm 的范围内弥散分布有小直径的缺陷，判定为探伤不合格。如何通过锻造手段进行返修使锻件满足探伤要求，从而挽回巨额经济损失，是面临的主要问题。

本文采用DEFORM 软件，对某复杂筒类锻件缺陷处的锻造返修过程进行了不同辅具及参数的数值模拟。通过对锻造模拟结果的分析，为该锻件的锻造返修工艺提供重要参考。

锻造数值模拟

锻造模拟方案

对该筒体拔长后扩孔、扩孔后拔长两种锻造返修方案进行了数值模拟对比，两种锻造方案对比见表1。

为保证较好的压实效果，布锤位置要求最边缘一锤砧宽必须覆盖周向最边缘缺陷，且让出半锤，每锤错半砧搭接，具体布锤位置如图1 所示，缺陷集中在弧长956mm 范围内，按此方案布锤，需压弧长至1500mm，中心角最近至45°，每锤压下量100mm，共压5 锤。

锻造模型及参数

两种锻造返修方案模型示意图见图2。

返修时使用的辅具为扩孔异形锤头、φ4300mm下V型砧、φ5100mm下V型砧、φ3100mm套子、马杠。

表1 两种锻造返修方案对比

模拟主要参数：压下量100mm、摩擦系数0.4、压5 锤（错半砧压下），压下弧长1500mm，中心角45°。

锻造模拟结果

图3 为两种返修方案锻造后等效应变分布云图，由图中可以看出，两方案应变区域的大小没有太大差别。

两种返修方案缺陷位置锻后横截面等效应变云图分布见图4。两种锻造方案锻后应变较大的区域都位于坯料与扩孔锤头接触的表面附近，等效应变大小也较为一致。

结合图3 及图4 的分析结果可知，两种方案对裂纹闭合产生的效果区别应不大。

两种锻造方案锻后坯料均出现“椭圆”现象，椭圆度对比如图5 所示，方案一椭圆度163mm，方案二椭圆度104mm。从二者对比来看，扩孔后拔长方案产生椭圆度更小。

点椭圆后坯料与精加工尺寸对比见图6。图中上两张图为与压下方向垂直方向截面与该锻件精加工尺寸对比图，方案一余量为32mm，方案二余量为38mm，从点椭圆后尺寸可以看出方案二明显优于方案一。

两种锻造返修方案成形力对比见图7，拔长后扩孔为9560t，扩孔后拔长为10500t，两方案成形力相差不大。

结论

通过上述对拔长后扩孔与扩孔后拔长两种返修方法的数值模拟结果可知：

⑴两种方案等效应变值的区域及大小无明显差异；

⑵两种方案锻造完成后都产生椭圆现象，拔长后扩孔椭圆度163mm，扩孔后拔长椭圆度104mm，拔长后扩孔方案椭圆度更小；

⑶点椭圆后的坯料与该锻件精加工尺寸对比表明，拔长后扩孔最小余量为32mm，扩孔后拔长最小余量为38mm；

⑷拔长后扩孔成形力为9560t，扩孔后拔长成形力为10500t，相差不大。

综上所述，扩孔后拔长返修方案在返修后椭圆度及后续加工余量方面均优于拔长后扩孔方案，因此，我公司选择了先扩孔后拔长的方法对该筒类锻件进行了修复，使用模拟软件进行方案的对比，节省了大量时间，很大程度提高了工作效率。