V型砧锻造园轴时变形状态的摸拟〔苏〕H.A.萨切科等重量达数十吨的汽轮发电机轴是在巨大的交变动载条件FT作的。这就对金属质a和截面上机械性能的均匀性提出了特别严格的要求。为了保证这些要求，制造轴坯的传统方法是在水压机上用复合或V型砧进行自由锻造。用V型砧能保证更可靠地锻透钢锭内部金属，并使轴的截面上变形分布均匀〔1〕。直接研究轴截面变形分布情况是困难的，且要消耗大量材料。所以为了确定抽的变形情况而达到选择最合理的工具形状和锻压方法的目的.用小模型模拟法是合理的。为了可靠的模拟工艺过程，应利用同一材质的模型或具备以下流变特点的其他材质:模型和原型(在此情况下就是轴、在上艺过程的各阶段必须保持几何形状相似。模型和原型变形时的边界条件相似，即符合等式。/r.、IT_\吐一袱==性一月屠、盯:一毛尺、叮s，闭、式中、—模型和压型相应点的接触应力:。:—材料的屈服点。如模型的变形场认为和金属原型的变型场相同，则可以确定原型内产生的应力。在这种情况下，要*11用模型和原型在《应力强度—变m度》座标系内变形曲线的相似和原型热力学状态的应力和变形关系方程。中央重型机器制造科学研究院(QHHHTMaUu)进行了研究〔2、4〕，在研究中，把确定金属中的应力和变形的可能性建立在利Ffl充敏聚合材料的模似方法上。在这种情况下，最先进的是《冻结》变形法。《冻结》变形的物理实质是，由固相和液相组成的聚合材料当m度提高到110-130℃时，也即达到高弹性状态温度，液相部分熔化，同时模型呈现裂边界条件确定的形状。在受载菏情况下将模型温度降到do-80*C,液相部分凝固，并结成分子链。当再次将模型加热到高弹性状态温度时.液相部分熔化，对己实现的变形《解冻》，而模型仍具有原始形状。这样就有可能按级段研究工艺过程并利用叠加原理确定累计变形。应当指出，光敏聚合物的泊桑系数Y=0.5，也就是与热塑性变形金属的泊桑系数相同.在此必须注意，这里所指的聚合模型的《塑性》变形是假塑性变形，是一种在变形各阶段与原型塑性变形保持并满足相似条件的A弹性变形。试验研究(3，4)指出了以环氧树脂为基体的聚合物模型在变形量小于43肠的悄况F光效应与变形之Ei1的线性关系。用于模拟的材料必领具备以·下基本条件:工.在大变形情况下，光效应和变形特性之间存在着线性关系。2.在受载荷《冻结》和切片情况‘下，光效应和力学特性应长时间稳定。3卜有合适的光灵敏度以保证在大、小不同变形In情况下，有可能按条纹图进行高情度测Mo4.具有受大变形而不破坏的能力。在环氧树脂SA-20的基础_L.，中央重型机器制造科学研究院研制出了能嘴足条件的光敏材料。间时利用网格法(5〕能够计算模型体内任意截面的准主变形场。亩于变形结果，正方形网格变成了平行四边形，面与其内切的园变成了椭园。主对数变形可以用文献(5〕所描述的方法按所得椭园轴的大小确定。主对数变形可由以下公式得出:’‘一，nPiro￡’一，·会式中P:和Pi—所褥椭园的半轴，:。—原始网格内切园半径，等于划分的网格间距。文中利用了光教材料制做的园柱形模型在顶部园角半径为Imnm，角度为120。的VV砧内径向压缩时变形状态的研究结果，这样的V型砧子在锻压生产实践中是经常采用的。考虑到当锻造远离袖端的m身时，其变形状态接近于平面变形，试样〔样板)在保证平面变形的装置内进行变形(图1)总'tz缩形后内切园直径。压缩率取e二10帕。图I试样平面交形装置。组合的试样由一个直径50mm,·厚度2mm,带2mm网格的试片和接在其两侧的两_个同样直径的挡片组合面成。在试样压缩和《冻结》变形后.摄‘下干涉条纹，并测量试片上网裕的歪曲情况。侧量结果用电算机进行处理。由计算得出主变形值和试片平面_七主平面方位，以及变形强度值ei。对处于高弹性状态的材料而言.条纹图p是准主变形差的等值线，它定性地绘出了E1的分布图。试骏数据与在同样砧子上压缩铅试样所得结果进行了比较。但为了保证相似的边界条件.砧子工作面的粗糙度不相同。试样由内表面刻有网格的两半组成。应当指出.像龙敏聚合物和铅这样流变性很j厂1na的物质，被压缩A`试样孔变形T;网格的形状是相{司的。图2描绘了V型砧上压缩园柱试样横截面的千涉条纹。注意到在照片的垂直对称轴上存在着两个特殊的或各向同性的点。在这两个点上变形强度等于零。在这种情况下，两个主变形不等于零，并且符号相反。在上部标6部分形成拉变形区，在单纯压缩时，在坯料表面能产生.拉裂，同样在翻转之后能产生金属变形不足的环形区。图3列出了沿试样对称轴，也就是通过特殊点at的截面上变形强度‘的分布图。所得的分布图指出，所选用变形工具的几何形状使试样横截面上的变形明显地不均匀。用其他参数的砧子进行的试验指出，V型角越小.6区越大，变形强度为零的点离坯料中心越近。因此.坯料中心区变形不足，同时增大了在金属表面出现开裂的危险。根据作者的意见，出现a拉变形区和特殊点的原因应归结于园弧半径不够大，使金属不能流入V型砧的顶部。为了避免这种现象，应当增大v型砧顶部的园弧半径.直至保证出现压缩变形，也就是说，使砧子的表面与坯料的园弧表面相接触。这样的半径就是园坯料开始锻造时的半径R.。用顶部园弧半径等于压缩光敏聚合材料试样半径的砧予所做的进一步试验，完全证实了作者的论点。在图4上可以看到，特殊点消除了.其变形分布图见图5变形更均匀了，同时砧角顶附进的拉变形区也没有了。最后必须指出，用光弹塔冻结》法和网格法所得的结果可互为补充。根据干涉条纹图显示出拉变形区，并定性地确定变形场的分布。网格法能够计算9-料断面变形情况，但是确定坯料外缘附近的变形是困难的，火为在计算过程中边缘点除外。结论:1.借助光弹《冻结》法和网格法的相互配合提出了确定金属变形状态的方法。2.用网格法得到的变形场与从(冻结》模型切下试片上观察到的干涉条纹完全一致。当变形量小于30呱的情况下，以环氧树脂为基础并加专用添加剂而制成的光敏材料模型所做的试验结果与铅试样所得结果是相符合的。3.变形分布图指出，用顶部园弧半径不够大的V型砧，变形是不均匀的。用1200的V型砧压缩坯料压缩率为10fo时.变形强度由。到0.3范围内变化。4.试验数据对比指出.用t顶部带园弧的砧子压的坯料心部变形是满意的。芯部中心的最大变形强度Ei=0.45.5.利用该方法对于给定的加载方式选择变形工具的合理几何形状，以及确定锻件不同截面的变形深透程度所作的工程计算有足够的精确度。6.研制的方法也能够用来分析其他压力加工工艺过程中金属的变形状态。

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