关于 机械联接环的锻压工艺优化探究

周改丽

摘要：联接环是一个重要的机械零部件，应用于煤矿、化工、轮船、汽车、家用电器等各行业。原有的锻压工艺生产效率低、质量稳定性差、废品率高，使得联接环生产企业在激烈的市场竞争中难以获得有利位置。为此，对机械联接环锻压工艺进行优化，是一个迫在眉睫的问题。为此，本文在某联接环生产企业生产线上对锻压工艺进行优化，并进行了联接环显微组织、力学性能的对比分析，优化出联接环锻压工艺。

关键词：锻压工艺；机械联接环；锻压机械

引言

近年来，我国经济突飞猛进，汽车、建筑、化工等机械制造业也得到了较快的发展，对机械联接环的需求愈来愈多。由于机械联接环工作环境恶劣，易磨损、腐蚀，因而对力学、磨损等综合性能要求较高。将钢应用于机械联接环，能使其强度高、韧性佳、性能优，但随着对精密机械件的质量、性能的提升，传统钢已不能满足高性能机械联接环件的需求。机械联接环的生产工艺常采用锻造工艺，能够有效避免铸造缺陷，但是传统的锻造工艺也存在稳定性不佳、效率低等问题。V、Ni、Mo等元素的加入，能够阻碍晶粒长大，细化晶粒，减少碳元素，优化晶粒、碳化物、组织分布，增加硬度、强度、耐磨性和韧性。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机械压力机工作原理

是用曲柄连杆或肘杆机构、凸轮机构、螺杆机构传动，工作平稳、工作精度高、操作条件好、生产率高，易于实现机械化、自动化，适于在自动线上工作。机械压力机在数量上居各类锻压机械之首。冷镦机等各种线材成形自动机、平锻机、螺旋压力机、径向锻造机、大多数弯曲机、矫正机和剪切机等，也具有与机械压力机相似的传动机构，可以说是机械压力机的派生系列。行程是可变的，能够在任意位置发出最大的工作力。液压机工作平稳，没有震动，容易达到较大的锻造深度，最适合于大锻件的锻造和大规格板料的拉深、打包和压块等工作。液压机主要包括水压机和油压机。某些弯曲、矫正、剪切机械也属于液压机一类。

2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。锻压机械包括成形用的锻锤、机械压力机、液压机、螺旋压力机和平锻机，以及开卷机、矫正机、剪切机、锻造操作机等辅助机械。锻压机械主要用于金属成形，所以又称为金属成形机床。锻压机械是通过对金属施加压力使之成形的，力大是其基本特点，故多为重型设备，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机械压力机用曲柄连杆或肘杆机构、凸轮机构、螺杆机构传动，工作平稳，工作精度高，操作条件好，生产率高，易于实现机械化、自动化，适于在自动线上工作。机械压力机在数量上居各类锻压机械之首。冷镦机等各种线材成形自动机、平锻机、螺旋压力机、径向锻造机、大多数弯曲机、矫正机和剪切机也具有与机械压力机相似的传动机构，可以说是机械压力机的派生系列。③以高压液体(油、乳化液等)传送工作压力的锻压机械。液压机的行程是可变的，能够在任意位置发出最大的工作力。液压机工作平稳，没有震动，容易达到较大的锻造深度，最适合于大锻件的锻造和大规格板料的拉深、打包和压块等工作。液压机主要包括水压机和油压机。某些弯曲、矫正、剪切机械也属于液压机一类。④锻造与轧制相结合的锻压机械。旋转锻压机的基本传动方式与轧机相似。在旋转锻压机上，变形过程是由局部变形逐渐扩展而完成的,所以变形抗力小，机器质量小，工作平稳、无震动，易实现自动化生产。辊锻机、成形轧制机、卷板机、多辊矫直机、辗扩机、旋压机等都属于旋转锻压机。

3试验材料及方法

3.1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200mm、宽为60mm、高为8mm；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14mm，节距为50mm，高为89mm。所有联接环试验样品经锻压后都要经过860℃×30min+680℃×20min等的温火处理，空冷为主要冷却方法。

3.2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95mm、总的长度为195mm、倒角的半径为30mm、宽为10mm、厚度为5mm，拉伸试验机的型号为BDL-500L，室温为该试验的测量温度；冲压试验中的样品长为55mm、宽为5mm、高为5mm，坡口的型号为V，且深度为2mm。

4结果与讨论

(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。(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)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。

总之，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。

5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]刘宝栋.机械联接环的锻压工艺优化探索[J].科技创新导报,2017,14(14):162-163.