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摘要：针对目前护环质量及其热锻工艺中存在的问题，通过对热成形技术的分析，提出了护环扩挤复合成形新工艺。并经过理论分析(FEM)和模拟试验，证明了新工艺的先进性和可行性。

关键词：护环；热成形；扩挤复合成形 

一、引言 
护环是发电机上关键的大锻件，由于其工作环境特殊，受力情况复杂，技术要求十分严格，其制造技术一直是国内外学者关注的焦点。目前，大型护环生产的诸环节中，形变强化技术进展较快，其中液压胀形技术经济水平较高。新材料应用也有所发展，Mn18Cr18N抗应力腐蚀钢的选用，大大延长了护环的服役寿命。但是，热锻制坯这一中间环节，仍沿用半经验型操作，工艺参数不够科学，工艺过程和产品质量的可控性差，以致造成较多的废次品以及能源、原材料的浪费。因此，分析护环热成形机制，研究新的热成形方法，对提高护环锻件质量和生产水平有一定的意义。 

二、现有护环热成形方案的分析 

1.钢锭锻造法［1］ 

如图1所示，用普通钢锭锻造护环的主变形工序为：拔长下料—镦粗冲孔—芯轴拔长—芯轴扩孔。该工艺火次多，操作复杂，材料利用率低；而且工艺过程冗长，不易监控，质量不稳定，技术经济效益的提高受到一定的制约。

图1护环常规锻造工艺

2.模内冲孔法［2］ 
为了改善护环常规锻造工艺，曾试验了一种模内冲孔方法(图2)。该方法取消了芯轴拔长与扩孔等工序，只需将坯料放在模内镦粗冲孔，全部操作可在一火内完成，大大简化了工艺过程。模内冲孔的锻件表面质量好，尺寸准确，机械性能良好。但需要专用模具和大吨位的设备，而且所需坯料直径较大。试验后未能得到推广应用。 

3.空心铸坯锻造法［3］ 
用电渣重熔(ESR)熔铸成空心环坯，然后锻压成形。该工艺采用电渣重熔环坯，提高了坯料的冶金质量，缩短了热锻周期，但限于条件，生产试验中仍采用了芯轴扩孔，锻造难以实现控制成形。虽然成功地生产出了3MW的合格护环，但制件微观组织并不理想(晶粒度1～3级)。这是因为Mn-Cr系护环钢，属奥氏体本质粗晶钢。再加上电渣重熔环坯内树枝晶较为发达、顽固，其铸态结构用芯轴扩孔很难有效地破碎。

图2环坯模内冲孔装置

综上所述，如何提高热锻技术，改善制件质量，实施可控成形和短流程工艺，便成为亟待研究的课题。 

三、扩挤复合成形工艺的开发 

由塑性力学可知，引入有限的剪变形或复合变形机制不仅能使变形体率先进入塑性状态；而且能使变形区扩大，难变形区缩小，变形均匀且流向合理。其中复合流动不仅可以大幅度降低变形力，增加内部的等效应变，而且能有效控制金属的塑流矢量，改善变形不均匀性，提高锻件内在质量。研究表明［4］，剪切变形可有效地破碎铸态结构和粗晶，改善变形体的组织性能。俄罗斯学者格纳高O.A.对锻压剪变形进行的系统定量的研究，秋林B.A.教授等在多向反复变形，控制塑性流动，改变边界条件等方面的研究，都证明了新的热成形机制对改善锻件质量，提高锻造技术经济水平具有重要的意义［6］。

图3扩挤复合成形原理图
1.环坯2.凸模3.凹模4、5.漏盘

针对原护环热成形中存在的问题，引入复合变形、控制塑流和有限剪变形机制，研究开发了护环扩挤复合成形工艺。其原理如图3所示，首先将环坯置于筒形凹模内，球面凸模向下压入，环坯产生自由扩孔变形；凸模继续下压，环坯外壁与凹模接触，扩挤复合变形开始，随着接触区域的扩大，挤压变形逐渐显著；当完全接触后，环坯又产生反挤压变形。最后凸模通过环坯，变形过程结束。变形后，环坯内外径扩大，壁厚减薄，内外径尺寸完全靠凸凹模控制，故能很好地满足设计。因此可以大幅度减小加工余量，提高生产
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