机械联接环的锻压工艺优化探索

刘宝栋

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

摘 要：机械零件是机械行业发展中的主体，也是促进机械生产力提高的关键，机械联接环作为一种常用且非常重要的机械零部件，理应受到相关制造也及工作人员的重视。对此，该文基于试验分析法，先简单概述试验中必须使用的锻压机械，然后选取型号为20CrMnTi的钢机械联接环，作为试验对象，以通过试验的方式来分析机械联接环的锻压工艺优化。

关键词：锻压工艺 机械联接环 20CrMnTi钢 力学性能 锻压机械

中图分类号：TG316 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）05（b）-0162-02

机械联接环零部件已经被广泛应用于各制造行业中，如煤矿、化工、汽车等制造行业中。但联接环先有的锻压工艺存在产效低、稳定性差、废品发生率高等缺点，不利于联接环零件生产企业市场竞争力及市场地位的提高，所以必须进行锻压工艺优化。以20CrMnTi钢机械联接环为试验对象，进行了联接环显微组织试验和力学性能试验，并比较两组试验，找出联接环的锻压优化工艺。

1 锻压机械

锻压机械是指在锻压加工中用于成形和分离的机械设备，主要用于金属成形，所以又称为金属成形机床，设备上多设有安全防护装置，以保障设备和人身安全。其种类有以下几种：①锻锤：由重锤落下或强迫高速运动产生的动能对坯料做功，使之塑性变形的机械，是最常见、历史最悠久的锻压机械；②机械压力机：机械压力机用曲柄连杆或肘杆机构、凸轮机构、螺杆机构传动，具有工作平稳、精度高，操作条件好、生产率高等特点，适于在自动线上工作；③液压机：以高压液体（油、乳化液等）传送工作压力的锻压机械，具有工作平稳、震动小、锻造深度大等特点，适合于大锻件的锻造和大规格板料的拉深、打包块等工作；④旋转锻压机：基本传动方式与轧机相似，具有质量小、工作平稳、无震动等特点，包括辊锻机、成形轧制机、卷板机等[1]。

2 试验材料及方法

2.1 试验材料

选用型号为20CrMnTi钢机械联接环为试验坯料，试验坯料的尺寸：长为200 mm、宽为60 mm、高为8 mm；试验坯料的化学成分：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、余量为Fe。

联接环的开口式型号为M14×50，开口的直径为 14 mm，节距为50 mm，高为89 mm。所有联接环试验样品经锻压后都要经过860℃×30 min+680℃×20 min等的温火处理，空冷为主要冷却方法。

2.2 试验方法

优化方法包括锻压改进工艺1、2，其中锻压改进工艺1（反向终压）的优化原理为：预热毛坯时进行锻压，此时的金属流动与凸模运动方向相反，模轴与锻压中的联接环方向也相反，但空心轴进行冲头工作时不发生转动，最后通过锻压机实现对毛坯的作用力，实现反向终压。反向终压过程中还要特别注意不同阶段毛料的温度控制，一般在预热阶段的温度控制在1100℃左右，最好是1100℃，而在最后的反向终压阶段的毛料温度应控制在1200℃左右，最为是1200℃，温度的误差不能超过2～5℃。

锻压改进工艺2（反向锻压）的优化原理为：毛坯1180℃预热后1320℃反向锻压，即先对毛坯进行温度为1180℃的预热，然后进行温度标准为1320℃的反向锻压。

先用联接环锻压工艺原理：先对准备好的毛料（毛坯）进行温度标准为1100℃的预热，然后就信息温度标准为1250℃的高温锻造，待冷却后将毛坯放入锻压机中进行温度标准为1200℃的预压，该次预压称为一次预压，最后将锻压机的温度提高至1350℃，进行二次预压，最终形成博壁零件。

具体优化及试验：通过锻压改进工艺1、2，实现对联接环式样的获取，然后进行经线的切割和金相的抛磨，之后通过型号为PG18的金相显微镜和型号为JSM6510的扫面显微镜进显微组织试验。接着进行力学性试验——拉伸与冲击试验，其中拉伸试验的标准距离为95 mm、总的长度为195 mm、倒角的半径为30 mm、宽为10 mm、厚度为5mm，拉伸试验机的型号为BDL-500 L，室温为该试验的测量温度；冲压试验中的样品长为55 mm、宽为5 mm、高为5 mm，坡口的型号为V，且深度为2 mm。

3 结果与讨论

3.1 显微组织试验结果及讨论

经锻压改进工艺1、2获取的联接环，在显微组织试验下其晶粒和碳化物均得到了细化，尤其是在工艺2中，与现有的锻压工艺相比均得到了优化。

3.2 拉伸试验结果与讨论

经锻压改进工艺1、2获取的联接环，在拉伸试验下其抗拉和屈服强度都得到提高，不仅如此，相应的伸长率也得到了有效提高，与现有的锻压工艺比较，优化工艺1的抗压强度比原的增加了75MPa，其屈服强度增加了97MPa，伸长率增加了5%。

3.3 冲击试验结果与讨论

经锻压改进工艺1、2获取的联接环，在冲击试验下其冲击韧性能得到了有效提高，尤其是锻压改进工艺2。与现有的锻压工艺相比，锻压改进工艺1使机械联接环的冲击韧性增加了20J/mm2；而锻压改进工艺2则使机械联接环的冲击韧性增加了45J/mm2。另外，通过观察经改进工艺1、2后机械联接环室温冲击断口的SEM照片，能够明显看出与现有的锻压工艺相比，改进工艺1、2均使联接环冲击断口中的韧窝得到了有效的细化和深化，使其冲击性能更好、韧窝数量更多、韧窝深度更深，最终使机械联接环的拉伸性能达到最佳[4]。

综上所述，锻压改进工艺2的优化效果更优于锻压改进工艺1，所以最为有效的机械联接环锻压工艺改进方法为改进工艺2，即先对毛坯进行温度为1180℃的预热，然后进行温度标准为1320℃的反向锻压。

4 结语

（1）锻压改进工艺1、2经显微组织试验后发现，与现有的锻压工艺相比具有以下几点优势：第一，有效细化了晶粒；第二，有效细化了碳化物，使碳化物转变了原来的三维网状分布，变成较为合理的细小颗粒状散态分布，使机械联接环组织得到了细化，进而提高其生产力。但改进工艺2比改进工艺的细化效果好。

（2）锻压改进工艺1、2经拉伸试验后发现，与现有的锻压工艺相比具有以下几点优势：改进工艺1：第一，有效增加了机械联接环的抗拉强度，其增加值为75MPa；第二，有效增加了机械联接环的屈服强度，其增加值为97MPa；第三，有效增加了机械联接环的伸长率，其增加值为5%；改进工艺2：机械联接环的抗拉强度、屈服强度和伸长率增加值分别为161MPa、201MPa和8%，均高于改进工艺1，故改进工艺2的优化效果优于改进工艺1。

（3）锻压改进工艺1、2经拉伸试验后发现，与现有的锻压工艺相比，其冲压性能都得到了有效优化，但改进工艺2优化效果优于改进工艺1。所以综合（1）和（2）的结论，最后探讨出20CrMnTi钢机械联接环的锻压优化方法选为：即先对毛坯进行温度为1180℃的预热，然后进行温度标准为1320℃的反向锻压。

参考文献

[1] 唐小洁.机械联接环的锻压工艺优化研究[J].热加工工艺，2017（5）：151-153.

[2] 周佩秋.常用机械联接的修复[J].中国新技术新产品，2013（6）：143.

[3] 原红玲，李柏青.矿用开口式联接环锻压模设计研究[J].煤矿机械，2014，35（3）：108-110.

[4] 蔣莉萍，王军，肖振宇，等.室温多向锻压 AZ31镁合金的静态再结晶行为[J].中国有色金属学报，2015（11）：3051-3059.

[5] 饶成明，陈玉平，王骏，等.新型凸轮控制器在锻压设备中的应用研究[J].机床与液压，2015（2）：44-46.