1.3 大高径比试样的镦粗变形理论

镦粗是在压力作用下增大坯料高度，增大毛坯直径（或横向尺寸）的过程[10]。如果在实际镦粗过程中，如果坯料的高径比大于3,如果在镦粗过程中没有及时校直或采取相应的补救措施而选择继续进行镦粗的话，那么毫无疑问会加剧坯料的弯曲，严重的话甚至导致坯料产生裂纹直至断裂，最终无法获得所需的零件。若镦粗后再进行校直的话就会在弯曲的地方产生严重拉裂，从而在表面产生裂纹，导致坯料报废。镦粗同样也是模锻的基本变形方式之一，因此在许多模锻工艺中都涉及有和镦粗变形相关的变形，所以在对近等截面长轴件试样进行镦粗时，在外加载荷的作用下，随着坯料的高度在不停地减小，坯料的直径大小也在不断增大的过程中，金属逐渐开始向着阻力相对较小的四周扩张流动，并且因为毛坯两端面和模具接触之间必定存在着摩擦，所以零件内部也是发生不均匀变形的，并且由于坯料变形的不均匀性同样也会对锻件质量产生不利影响：毛坯的侧面在受到较大的周向拉应力时，很可能引起坯料在镦粗过程中侧表面沿着纵向产生裂纹，特别是一些塑性较差的金属对该现象会更加敏感，因此在镦粗时应该最好选择一些塑性和延展性较好的金属来作为镦粗时用的坯料。如果在镦粗变形时，金属在各个方向流动不均匀也可能是由金属的外部受载不均匀而影响的，在外观上表现为金属的变形不均匀，金属的变形不均匀同样也会造成锻件内部的晶粒大小不一，从而使锻件的各个部位的性能也不同，特别是一些变形度较小的区域，就会因为变形度过小而导致晶粒非常粗大，从而使锻件的性能变差。通常在模锻生产过程中会使模具预先加热以及选择合适的润滑剂等方法来提高锻件变形的均匀性，从而提高零件的性能。

一般来说，对于高径比H0 / D0 > 3的坯料进行镦粗时，坯料通常会发生弯曲甚至会发生断裂，从而使镦粗失败，导致得不到所需的零件。此外，长轴件镦粗经常会容易产生纵向弯曲而发生失稳现象，而使镦粗失败。所以，在镦粗时我们通常会将坯料的高径比限制在一定的范围内。通常将等截面长轴件试样在镦粗时的高径比限制在0.5-3范围内，一旦毛坯的高径比超过这个范围后，对于大高径比的毛坯会因为多种原因在镦粗过程中发生失稳，从而得不到想要得到的零件，所以在本次毕业设计的主要目的是设计出一套简单实用的模具来使一些高径比大于3的长轴件也能够成功镦粗得到所需结构的零件而不发生失稳现象。

1.4 镦粗变形曲线

在本次的毕业设计中，对于长轴件的镦粗过程中防失稳的措施，采取的方案是在镦粗过程中，在坯料的外部增加四个支撑滑块，那么在有外部支撑的条件下，可以把坯料在镦粗过程中看作是近似等截面变化的。假设在镦粗过程中，坯料的周围有几个支撑滑块对坯料起到限制作用，就可以避免坯料在镦粗过程中发生弯曲而失稳，随着坯料高度的减小，坯料的直径在不断增大，随着镦粗的进行，坯料的高度不断减小，直径则不断增加，则由体积不变原则得：

πr2h=V

h =V/(πr2)=4224/r2

因此由上可得到镦粗过程中的近似函数方程为：h=4224/r2

图1-1 理想镦粗坯料变形图

通过在坯料四周设置滑块在镦粗过程中对其起限制作用，将滑块的外围按照该曲线的变化而设计成一个曲面，假使坯料在镦粗过程中能够沿着曲线的变化而变化，并且将滑块边缘上的点的行进路径和镦粗时坯料的横截面变化保持一致，在镦粗过程中使坯料在达到临界高度之前镦粗时沿着曲线上的各个点进行，在到达临界高度之后则剩下的部分的坯料的高径比已经小于3，剩下的部分便可以按照自由镦粗的方式进行镦粗，通过这个方法则可以达到避免长轴件失稳的目的。