引言

大型環(huán)鍛件[1]作為一種大型無(wú)縫環(huán)件，是大型機(jī)械設(shè)備[2]的重要組成部分，被廣泛應(yīng)用于航空機(jī)匣、風(fēng)電法蘭、軸承外圈及齒輪環(huán)、核反應(yīng)堆加強(qiáng)圈等關(guān)鍵部位，這種大型零件工作環(huán)境惡劣，常要求具有耐高溫、耐腐蝕、高強(qiáng)韌性等優(yōu)良性能[3（] 如圖1）。隨著環(huán)鍛行業(yè)的發(fā)展，環(huán)鍛件種類越來(lái)越多，尺寸也趨于大型化，逐漸滿足了行業(yè)發(fā)展的需求。近年來(lái)，隨著環(huán)件軋制水平的提高，大型矩形截面環(huán)鍛件的研制已經(jīng)達(dá)到了國(guó)際水平，2018 年首都航天機(jī)械有限公司在國(guó)內(nèi)成功軋制出φ9m 薄壁鋁合金大型環(huán)件[4]，2019 年由中科院金屬研究所與伊萊特重工研制出φ15.6m 奧氏體不銹鋼超大型環(huán)鍛件，解決了眾多行業(yè)領(lǐng)域“卡脖子”的難題[5]。

但是，當(dāng)下大型異形截面環(huán)件仍存在難成形的問(wèn)題，諸多學(xué)者為解決大型異形截面環(huán)件難成形的問(wèn)題，對(duì)其制坯工藝進(jìn)行了大量的研究。本文以解決大型異形截面環(huán)件難成形和成形精度低的問(wèn)題為前提，闡述了國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)環(huán)件軋制有限元模擬、大型異形截面環(huán)件制坯優(yōu)化和軋制方法方面的理論分析及研究成果，并介紹了大型環(huán)件常見(jiàn)內(nèi)、外部缺陷，以期為大型環(huán)鍛件的成形成性一體化發(fā)展提供經(jīng)驗(yàn)。

1、 環(huán)件軋制有限元模擬

環(huán)件軋制是一個(gè)熱力耦合的非線性過(guò)程，僅采用理論分析的方法來(lái)指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)勢(shì)必會(huì)造成資源的浪費(fèi)和成本的提高。20 世紀(jì)90 年代末，有限元軟件在我國(guó)興起，以CAE 為代表的有限元模擬軟件在模擬精確度、用戶界面、后處理等方面逐漸完善，為環(huán)件的有限元模擬奠定了基礎(chǔ)。

近年來(lái)，諸多學(xué)者通過(guò)有限元軟件歸納出環(huán)軋理論和環(huán)件塑性變形規(guī)律，為現(xiàn)實(shí)中環(huán)鍛件的生產(chǎn)提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。潘剡等[6]與張家港海陸環(huán)形鍛件有限公司合作，對(duì)φ9m 超大型環(huán)件設(shè)計(jì)了軋制工藝參數(shù)和新的芯輥進(jìn)給方式，對(duì)其進(jìn)行徑軸向軋制（Radial- Axial Ring Rolling，RARR）有限元模擬并在RAM9000 數(shù)控軋制機(jī)上成功軋制出成形精度和組織性能滿足要求的超大型鈦法蘭環(huán)件。Han 等人[7]提出了一種能實(shí)現(xiàn)環(huán)件的壁厚減少、內(nèi)直徑擴(kuò)大、高度減少的RARR 新工藝，該工藝驅(qū)動(dòng)輥起約束作用，并通過(guò)ABAQUS 對(duì)矩形截面毛坯進(jìn)行約束軋制模擬，最終能夠有效控制環(huán)件成形的尺寸精度。Zhou[8]針對(duì)大型L 形環(huán)件建立了異形錐輥徑軸向軋制數(shù)學(xué)模型，通過(guò)Deform-3D 有限元軟件進(jìn)行仿真模擬，將模擬的有限元結(jié)果與數(shù)學(xué)預(yù)測(cè)的外徑、外徑增長(zhǎng)率、驅(qū)動(dòng)輥轉(zhuǎn)速等參數(shù)進(jìn)行了比較，模擬參數(shù)與預(yù)測(cè)參數(shù)吻合較好。田笑[9]對(duì)2Al4 鋁合金薄壁異形環(huán)件宏觀力學(xué)性能及微觀組織模擬，研究表明環(huán)件在170～400℃范圍內(nèi)，溫度越高環(huán)件晶粒分布越均勻，并從環(huán)件的金屬流動(dòng)方面進(jìn)行軋制孔型優(yōu)化，提出了環(huán)件近凈成形工藝。Liang 等[10]針對(duì)異形截面環(huán)件直徑達(dá)到要求值時(shí)輪廓不能填充的問(wèn)題，提出了拉拔系數(shù)的影響，即主動(dòng)變形區(qū)對(duì)被動(dòng)變形區(qū)的牽拉作用，建立了外凹槽截面環(huán)件熱力耦合模型，進(jìn)行了環(huán)件毛坯尺寸設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)公式，運(yùn)用響應(yīng)面法（Response surface method，RSM）建立了拉拔系數(shù)與其影響因子之間的關(guān)系，擬合出具體的環(huán)件毛坯尺寸計(jì)算公式。Meng 等[11]利用ANSYS 有限元軟件對(duì)大型環(huán)件鐓粗過(guò)程中棒料高徑比、液壓機(jī)鐓粗力對(duì)應(yīng)變、鼓形、切向應(yīng)力的影響，通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比基本吻合，為大型環(huán)件鐓粗工藝提供了基本的指導(dǎo)。

有限元模擬為環(huán)件軋制提供了可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，促進(jìn)了環(huán)件軋制理論的建立，為后期大型、復(fù)雜截面環(huán)鍛件的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，企業(yè)或?qū)嶒?yàn)者可預(yù)先在環(huán)件生產(chǎn)前進(jìn)行有限元分析，借此優(yōu)化實(shí)際生產(chǎn)方法或參數(shù)。隨著研究的深入，學(xué)者們發(fā)現(xiàn)在異形截面環(huán)件成形過(guò)程中，環(huán)件制坯與軋制同樣重要，對(duì)環(huán)件成形都有重要的影響，隨后促使大量學(xué)者對(duì)制坯工藝進(jìn)行研究。

2 、大型異形截面環(huán)鍛件制坯工藝

目前，大型矩形截面環(huán)鍛件軋制技術(shù)已比較成熟，大型異形截面環(huán)鍛件成形工藝仍有待優(yōu)化，諸多研究表明并非所有的輪廓都能由矩形截面的毛坯形成，但是毛坯的預(yù)軋制會(huì)對(duì)環(huán)件的成形帶來(lái)一定的成效。而且，大型異形截面環(huán)鍛件生產(chǎn)是高成本、高能耗的復(fù)雜過(guò)程，對(duì)環(huán)軋過(guò)程中制坯工藝的優(yōu)化有利于節(jié)省能源和減少成本的消耗，對(duì)響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排的號(hào)召有重要的推動(dòng)作用。

傳統(tǒng)的大型異形截面環(huán)件軋制工藝流程為鐓粗→沖孔→環(huán)軋→機(jī)加工，工藝流程如圖2。受現(xiàn)存成形技術(shù)制約，在大型異形截面環(huán)件成形過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)魚(yú)尾、填充不滿、余量過(guò)多等缺陷，大大降低了成形精度，提高了生產(chǎn)成本。經(jīng)長(zhǎng)期試驗(yàn)及理論研究發(fā)現(xiàn)優(yōu)化毛坯可解決上述問(wèn)題，武漢理工大學(xué)胡博奎[12]設(shè)計(jì)了三種不同形狀的環(huán)坯軋制雙列圓錐滾子軸承，經(jīng)成形實(shí)驗(yàn)獲得了高精度的軸承外圈鍛件，驗(yàn)證了預(yù)鍛、終鍛制坯的可行性和外單錐度型毛坯的軋制優(yōu)越性。何松等[13]針對(duì)錐臺(tái)復(fù)合截面環(huán)件提出了“等壁厚型”和“變壁厚型”兩種環(huán)坯設(shè)計(jì)方法，通過(guò)添加尺寸修正系數(shù)η 規(guī)范了最優(yōu)環(huán)軋制坯范圍，實(shí)驗(yàn)和模擬都獲得了截面填充效果好、成形精度高的錐臺(tái)復(fù)合截面環(huán)件。陳孝慶[14]針對(duì)大型內(nèi)臺(tái)階環(huán)鍛件設(shè)計(jì)了梯形截面和矩形截面兩種毛坯，并對(duì)兩種不同截面的環(huán)坯設(shè)計(jì)了不同形狀的芯輥，研究發(fā)現(xiàn)梯形截面毛坯在軋制過(guò)程中溫度和應(yīng)變分布較為均勻。

王清等[15]通過(guò)胎膜制坯+ 異形環(huán)件軋制成形工藝獲得了2m 級(jí)大型高溫合金機(jī)匣，在保證了組織和性能優(yōu)良的基礎(chǔ)上，提高了材料的利用率。鄧加?xùn)|等[16]針對(duì)大型外臺(tái)階環(huán)件提出近凈成形工藝，如圖3，通過(guò)研究模鍛坯料的內(nèi)、外斜度對(duì)環(huán)件金屬流動(dòng)和填充能力的影響，確定出最佳參數(shù)方案，經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證內(nèi)臺(tái)階環(huán)件成形效果良好，在減少環(huán)件坯料的同時(shí)提高了環(huán)件最終截面的填充效果。

3 、環(huán)件軋制方法研究

選擇合適的鈦環(huán)件軋制方法可以有效的提高環(huán)件軋制的成形精度與組織性能，在節(jié)省軋制成本的同時(shí)獲得合格的環(huán)件。在目前的研究中，常用的環(huán)件軋制方法有馬架擴(kuò)孔、徑向軋制、徑軸向軋制和脹形工藝。

3.1 馬架擴(kuò)孔成形

馬架擴(kuò)孔是使環(huán)件直徑增大、壁厚減薄、軸向略增長(zhǎng)的工藝，在工作時(shí)環(huán)件受三向壓應(yīng)力狀態(tài)，使得裂紋難以在環(huán)件內(nèi)部產(chǎn)生，故有較好的成形質(zhì)量[17]。其成形原理如圖4 所示。砧板連續(xù)下壓環(huán)件，環(huán)件被芯軸所支撐住，同時(shí)環(huán)件在砧板每壓下一次后，轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度，該過(guò)程往復(fù)循環(huán)，以此實(shí)現(xiàn)環(huán)件直徑壁厚減薄、軸向略增長(zhǎng)。劉紅艷等[18] 將馬架設(shè)置為可分離式，設(shè)計(jì)了可以調(diào)節(jié)寬度和高度的馬架，增加了馬架的適用性。王曉娟等[19]將馬架和芯軸進(jìn)行改進(jìn)，解決了工作時(shí)不穩(wěn)定而發(fā)生晃動(dòng)的問(wèn)題。曹繁、藍(lán)箭等[20]針對(duì)傳統(tǒng)的馬架擴(kuò)孔需要人力操控芯軸及環(huán)件轉(zhuǎn)動(dòng)的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了新的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了馬架擴(kuò)孔自動(dòng)進(jìn)給，提高了其自動(dòng)化程度。

雖然諸多學(xué)者對(duì)馬架擴(kuò)孔裝置進(jìn)行了研究和改進(jìn)，但是大型環(huán)件因體積大、成形直徑大，選用馬架擴(kuò)孔成形還是會(huì)有所受限，馬架擴(kuò)孔作為一種傳統(tǒng)的環(huán)件輾擴(kuò)工藝，對(duì)于小型環(huán)件的輾擴(kuò)有一定的優(yōu)勢(shì)，但是對(duì)于大型環(huán)件的輾擴(kuò)，與徑軸向軋制工藝相比在成本、精度和效率方面都有不足之處，目前馬架擴(kuò)孔常用于大型環(huán)件制坯過(guò)程中，在制坯方面成效頗豐。

3.2 徑向軋制和徑軸向軋制

徑向軋制是環(huán)件預(yù)制坯運(yùn)用輾環(huán)機(jī)，使環(huán)件直徑增大、截面輪廓成形的塑性成形工藝[21]，其成形原理如圖5。徑向軋制設(shè)備由徑向軋輥和導(dǎo)向輥組成，徑向軋輥包括驅(qū)動(dòng)輥和芯輥，其中驅(qū)動(dòng)輥主動(dòng)旋轉(zhuǎn)并通過(guò)摩擦力帶動(dòng)環(huán)件旋轉(zhuǎn)，芯輥?zhàn)鰪较蜻M(jìn)給運(yùn)動(dòng)，并在環(huán)件摩擦力的作用下被動(dòng)旋轉(zhuǎn)；導(dǎo)向輥用于環(huán)件外輪廓的整圓，在工作時(shí)抱住環(huán)件，隨著環(huán)件直徑擴(kuò)大的方向移動(dòng)，起輔助作用。

與徑向軋制相比，徑軸向軋制多了一對(duì)錐輥，即上、下錐輥，其工作原理如圖6，上、下錐輥繞自身軸線旋轉(zhuǎn)，同時(shí)，上錐輥邊向后退邊向軸向進(jìn)給，上、下錐輥用于消除環(huán)件的軸向?qū)捳梗谌绱送鶑?fù)循環(huán)的過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)了環(huán)件的直徑增大、壁厚減薄、高度減小、輪廓成形。

徑軸向軋制是當(dāng)前使用最廣泛的大型環(huán)件軋制工藝，早期，華林教授[22]根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)條件和靜力學(xué)條件推導(dǎo)出環(huán)件軋制的咬入條件和鍛透條件，并給出各軋輥運(yùn)動(dòng)參數(shù)的取值范圍和計(jì)算方法，為國(guó)內(nèi)環(huán)鍛件的研究奠定了理論基礎(chǔ)。耿劍等[23]對(duì)環(huán)鍛件徑軸向軋制力和軋制力矩進(jìn)行推導(dǎo)，并發(fā)現(xiàn)在環(huán)坯高度相同的情況下，環(huán)坯壁厚和芯輥尺寸越大，軋制過(guò)程中需要的徑向軋制力越大。

劉東[24]根據(jù)軋制曲線建立環(huán)件徑軸向軋制過(guò)程中徑、軸向進(jìn)給量之間的關(guān)系，通過(guò)建立運(yùn)動(dòng)學(xué)方程精確描述徑軸向軋制過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。郭良剛等[25]根據(jù)環(huán)件徑軸向軋制體積不變?cè)硖岢隽艘环N對(duì)矩形截面環(huán)件毛坯尺寸設(shè)計(jì)的方法，該設(shè)計(jì)方法基于環(huán)件軋制比k 和變形量分配比tanα，并給出具體的適用范圍。

3.3 脹形工藝

脹形工藝是指環(huán)件在脹形力的作用下，環(huán)件整體沿周向拉伸、直徑擴(kuò)大，壁厚沿徑向壓縮、減薄并發(fā)生塑性變形[26]，其原理如圖7 所示。脹形工藝具有卸載后回彈小、變形區(qū)材料不易轉(zhuǎn)移、不會(huì)失穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)。脹形工藝又可分為軟模脹形和剛性模脹形兩類，脹形工藝常用做工業(yè)生產(chǎn)中的成形工藝和強(qiáng)化工藝[27]，軟膜脹形常使用液體、氣體或彈性體提供徑向脹形力來(lái)達(dá)到脹形的目的，成形精度高；剛性模脹形采用分塊式模提供徑向脹形力，適用于成形精度稍低的成形。

目前脹形工藝常被用來(lái)對(duì)終軋后的環(huán)件殘余應(yīng)力均化處理和整圓，環(huán)件在脹形力的作用下可以獲得更好的組織和應(yīng)力分布[28]。肖石霞[29]針對(duì)大型風(fēng)電軸承環(huán)常出現(xiàn)橢圓、直徑不擴(kuò)大、壁厚不均勻等缺陷，提出了徑向軋制與脹形工藝相結(jié)合的方法，環(huán)件軋制前期使用徑向軋制，軋制到一定程度改用脹形工藝，終軋后的環(huán)件成形精度好、內(nèi)應(yīng)力低。江道等[30]通過(guò)環(huán)件脹形工藝對(duì)2A70 鋁合金環(huán)件成形實(shí)驗(yàn)和微觀探究，脹形后的環(huán)件拉伸強(qiáng)度提高明顯，促使第二相質(zhì)點(diǎn)間距縮小，提高了鋁合金的強(qiáng)度。西北工業(yè)大學(xué)魏志堅(jiān)等[31]研究了脹形技術(shù)對(duì)TC4 合金輾軋環(huán)鍛件殘余應(yīng)力及分布的影響，通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)脹形工藝可有效調(diào)控環(huán)件的殘余應(yīng)力。魏輝[32]基于Deform- 3D 對(duì)2216 鋁合金5m 級(jí)異形截面機(jī)匣鍛件脹形工藝模擬，通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了脹形工藝可改善環(huán)件的應(yīng)變均勻性，進(jìn)一步說(shuō)明了工藝的有效性。

4 、大型環(huán)鍛件軋制缺陷研究

由于大型環(huán)件軋制的不均勻性，導(dǎo)致環(huán)件內(nèi)部金屬流動(dòng)不規(guī)則，從而造成了各種缺陷的產(chǎn)生，比如大型異形截面環(huán)鍛件常存在上下表面寬展、孔型填充不滿等缺陷；另一方面，由于軋制過(guò)程的不穩(wěn)定，環(huán)件整體可能會(huì)出現(xiàn)折疊、翹曲、失穩(wěn)等現(xiàn)象導(dǎo)致軋制失敗。面對(duì)航天、航空、風(fēng)電、核電等行業(yè)對(duì)大型環(huán)鍛件的需求日益劇增，如何改善大型環(huán)鍛件的制造工藝和方法，改善大鍛件的金屬流動(dòng)、成形精度，減少缺陷的產(chǎn)生、縮短工藝流程，仍是當(dāng)下研究的需要。針對(duì)大型環(huán)件缺陷的產(chǎn)生，將從環(huán)件內(nèi)、外部缺陷兩個(gè)方面進(jìn)行探究。

4.1 環(huán)件外部缺陷

孔型填充不滿是最常見(jiàn)的環(huán)件外部缺陷之一，以孔型填充不滿為例，對(duì)環(huán)件外部缺陷進(jìn)行介紹。孔型填充不滿分為兩種：第一種為軋制過(guò)程中孔型始終未能充滿；第二種為在軋制中某一時(shí)刻孔型填充完全，隨著軋制的進(jìn)行造成孔型處金屬尺寸逐漸減小而與孔型逐漸分離[33]。孔型填充不滿常出現(xiàn)在大型異形截面環(huán)鍛件軋制中，該缺陷產(chǎn)生原因常為毛坯和軋輥尺寸設(shè)計(jì)不合理，導(dǎo)致環(huán)件孔型處徑、軸向金屬流動(dòng)不均勻，如圖8。徐戊矯等[34]通過(guò)中心復(fù)合實(shí)驗(yàn)和電場(chǎng)法設(shè)計(jì)了錐形法蘭環(huán)件的毛坯，并建立了環(huán)件截面填充率的模 型，發(fā)現(xiàn)在異形截面環(huán)件填充過(guò)程中，先選擇難成形的區(qū)域填充再選擇易成形的區(qū)域填充的填充順序更有利于環(huán)件的孔型填充，同時(shí)芯輥進(jìn)給速度的增加有利于改善環(huán)件截面填充率。王斌[35]針對(duì)斜I 截面環(huán)件在直徑達(dá)到要求時(shí)孔型填充不滿的問(wèn)題，優(yōu)化了坯料尺寸和模具型腔，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在金屬填充型腔階段，環(huán)件的金屬流動(dòng)主要發(fā)生在環(huán)件徑向，故坯料和模具的設(shè)計(jì)應(yīng)有利于環(huán)件的徑向金屬流動(dòng)。

4.2 環(huán)件內(nèi)部缺陷

大型環(huán)鍛件在軋制完成以后需要進(jìn)行熱處理來(lái)提高環(huán)件的最終組織性能，然而加熱溫度及保溫時(shí)間不當(dāng)通常會(huì)引起環(huán)件內(nèi)部晶粒粗大和組織偏析等內(nèi)部缺陷，合理的熱處理工藝制定將有助于減少內(nèi)部缺陷的產(chǎn)生，改善環(huán)件的最終性能。黃建武[36]針對(duì)2219 鋁合金環(huán)件在傳統(tǒng)熱處理工藝中存在晶粒組織粗大的問(wèn)題，提出了環(huán)件深冷變形工藝，通過(guò)該工藝可以極大的抑制動(dòng)態(tài)回復(fù)，得到細(xì)小的等軸晶粒，顯著增強(qiáng)了環(huán)件的強(qiáng)度和塑性，降低了環(huán)件的各向異性。尉瀟健等[37]采用840℃水淬+590℃回火的方法對(duì)42CrMo 離心鑄 坯輾擴(kuò)成形后的環(huán)件進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后環(huán)件的殘余應(yīng)力得到釋放，塑性大幅提高，力學(xué)性能大幅改善。胡向東[38]針對(duì)GH141 高溫合金終軋后環(huán)件進(jìn)行1080℃退火處理，發(fā)現(xiàn)隨著退火時(shí)間和固溶時(shí)間增加，環(huán)件的晶粒尺寸基本不發(fā)生變化。陳克宇[39]為提高環(huán)件的力學(xué)性能，對(duì)42Cr-Mo4 大型異形環(huán)件進(jìn)行熱處理工藝設(shè)計(jì)，成形后的環(huán)件具有細(xì)小的晶粒和較低的內(nèi)應(yīng)力，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后晶粒度達(dá)到了8.5 級(jí)。

針對(duì)環(huán)件成形的外部缺陷問(wèn)題，合理的設(shè)計(jì)毛坯尺寸、軋輥形狀和軋輥進(jìn)給參數(shù)是避免外部缺陷產(chǎn)生的保障；針對(duì)環(huán)件內(nèi)部缺陷問(wèn)題，合理的熱處理工藝是保障環(huán)件最終組織性能的關(guān)鍵。環(huán)件外部無(wú)缺陷使得環(huán)件具有良好的成形質(zhì)量，環(huán)件內(nèi)部無(wú)缺陷使得環(huán)件具有良好的性能，在保證了環(huán)件內(nèi)部、外部均無(wú)缺陷的前提下進(jìn)行工藝研制，即成形成性一體化工藝[40]，是當(dāng)下環(huán)鍛件發(fā)展的風(fēng)向標(biāo)。

5、 結(jié)論和展望

5.1 結(jié)論

本文闡述了近年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者在環(huán)件軋制有限元模擬、大型異形截面環(huán)鍛件制坯優(yōu)化和環(huán)件軋制方法方面的理論分析及研究成果，并對(duì)大型環(huán)鍛件的常見(jiàn)缺陷進(jìn)行探討，并得出以下結(jié)論：

（1）環(huán)件軋制有限元模擬促進(jìn)了環(huán)件軋制理論的建立，為實(shí)際生產(chǎn)提供了可靠的參數(shù)和生產(chǎn)方法，并為將來(lái)更大型、更復(fù)雜截面環(huán)鍛件的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

（2）制坯優(yōu)化促進(jìn)了大型異形截面環(huán)鍛件的成形精度提高和能源消耗的減少，保證了大型異形截面填充位置具有較好的金屬流動(dòng)。

（3）探討了馬架擴(kuò)孔、徑向軋制、徑軸向軋制和脹形工藝四種成形方法的成形原理和適用范圍。馬架擴(kuò)孔適用于小型、精度不高的環(huán)件軋制，也常用于大型環(huán)件制坯中；徑軸向軋制是在徑向軋制上的改進(jìn)，是當(dāng)今大型環(huán)鍛件軋制最常用的方法，其具有良好的塑性成形優(yōu)勢(shì)；脹形工藝常用于環(huán)件軋制完成后的整圓和殘余應(yīng)力均化處理。

（4）環(huán)件滿足鍛透條件和咬入條件的前提下，選擇較大的芯輥進(jìn)給速度、設(shè)計(jì)合理的毛坯尺寸和熱處理工藝是避免缺陷產(chǎn)生的保障。

5.2 展望

環(huán)件軋制逐漸趨向于成形精密化、直徑增大化、截面復(fù)雜化，環(huán)件成形工藝的創(chuàng)新、成形精度的提高、節(jié)能節(jié)材為國(guó)內(nèi)外廣大學(xué)者所關(guān)注。對(duì)于未來(lái)大型環(huán)鍛件的發(fā)展給出以下幾點(diǎn)要求：

（1）隨著國(guó)家航空、航天、風(fēng)電、核電等領(lǐng)域的發(fā)展和國(guó)內(nèi)環(huán)鍛件市場(chǎng)高端進(jìn)口量需求的增加，國(guó)內(nèi)對(duì)于更復(fù)雜的大型異形截面環(huán)鍛件的理論模型建立和工藝開(kāi)發(fā)有待進(jìn)一步完善。

（2）運(yùn)用有限元分析軟件模擬生產(chǎn)過(guò)程，對(duì)大型環(huán)鍛件的發(fā)展起到了重要作用，未來(lái)對(duì)于有限元軟件環(huán)件軋制的微觀組織模擬是下一步開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)。

（3）環(huán)件成形與成性一體化調(diào)控是當(dāng)下研究的熱點(diǎn)，大型環(huán)件的控穩(wěn)、控形、控性一體化建設(shè)，對(duì)于大型環(huán)鍛件的發(fā)展具有重要的意義。

參考文獻(xiàn)：

[1] 趙順治,林濤,郭衛(wèi)民,等. 大型環(huán)件徑軸向軋制成形仿真及試驗(yàn)研究[J]. 中國(guó)鑄造裝備與技術(shù), 2021,56(03):45- 52.

[2] Kim K H, Suk H G, Huh M Y. Development of the profilering rolling process for large slewing rings of alloy steels[J].Journal of Materials Processing Technology, 2007,187:730- 733.

[3] 華林,錢(qián)東升,鄧加?xùn)|,等. 超大型環(huán)件軋制理論與技術(shù)[J].鍛壓技術(shù), 2018,43(07):17- 31.

[4] 陽(yáng)代軍,張文學(xué),徐坤和,等. 9m 級(jí)超大直徑2219 鋁合金整體環(huán)軋制工藝及質(zhì)量分析[J]. 熱加工工藝, 2019,48 (05):189- 193.

[5] 佚名.中國(guó)軋制世界單體最重、直徑最大奧氏體不銹鋼環(huán)鍛件[J].經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊,2019(04):8.

[6] 潘剡,錢(qián)東升,華林,等. Φ9m 超大型環(huán)件徑軸向軋制成形仿真模擬與實(shí)驗(yàn)[J].塑性工程學(xué)報(bào), 2012,19(03):19- 24.

[7] Han X, Lin H , Zhou G , et al. FE simulation and experimentalresearch on cylindrical ring rolling[J]. Journal of MaterialsProcessing Technology, 2014,214(6):1245- 1258.

[8] Zhou P ,Zhang L, Gu S, et al. Mathematic modeling and FEsimulation of radial- axial ring rolling large L- section ring byshape axial roll [J]. The International Journal of AdvancedManufacturing Technology, 2014, 72(5):729- 738.

[9] 田笑,張恒,王恒強(qiáng),等. 鋁合金薄壁異形截面輾擴(kuò)成形宏微觀模擬[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào), 2021,57（12）：1- 13.

[10] Liang L ,Guo L ,Liu Z,et al. On a precision forming criterion for groove- section profiled ring rolling process[J]. Journal of Materials Processing Technology, 2021, 296:117207.

[11] Meng J, Wang Q,Cai D M. Numerical Simulation on UpsettingProcess of Large Forgings [J]. Applied Mechanics andMaterials, 2013, 423:931- 934.

[12] 胡博奎,毛華杰,鄧加?xùn)|. 雙列圓錐滾子軸承外圈成形工藝優(yōu)化[J].熱加工工藝, 2020,49(7):93- 97.

[13] 何松,華林,蘭箭,等. 錐臺(tái)復(fù)合截面環(huán)件精密軋制毛坯的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法[J].鍛壓技術(shù), 2017, 08(42):59- 66.

[14] 陳孝慶,孟瑞斌,唐甲浪,等. 內(nèi)臺(tái)階型環(huán)件徑軸向輾軋技術(shù)[J].鍛壓技術(shù), 2018,43(4): 94- 99.

[15] 王清,羅鴻飛,佟健,等. 2m 級(jí)大尺寸高溫合金機(jī)匣精密成形工藝研究[J].精密成形工程, 2021, 13(01):121- 126.

[16] 鄧加?xùn)|,丁佐軍,許亮,等. 大型外臺(tái)階環(huán)件近凈軋制成形工藝:創(chuàng)新塑性加工技術(shù),推動(dòng)智能制造發(fā)展- - 第十五屆全國(guó)塑性工程學(xué)會(huì)年會(huì)暨第七屆全球華人塑性加工技術(shù)交流會(huì)    學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C].山東濟(jì)南, 2017.

[17] 程瑞敏. 大型環(huán)件成形過(guò)程的數(shù)值模擬[D].河北: 燕山大學(xué),2009.

[18] 石毅,劉紅艷,劉曉娟,等. 一種間距可變式擴(kuò)孔馬架:中國(guó),CN204524127U[P].2015- 08- 05.

[19] 張發(fā)廷,王曉娟. 推土機(jī)大齒圈鍛件自由鍛造工藝研究[J].鍛壓技術(shù), 2010,35(03):22- 23.

[20] 曹繁,蘭箭. 馬架擴(kuò)孔自動(dòng)進(jìn)給裝置系列化參數(shù)化設(shè)計(jì)[J].鍛壓技術(shù), 2020,45(09):148- 154.

[21] 郝用興. 環(huán)件徑向軋制動(dòng)力學(xué)研究[D]. 武漢: 武漢理工大學(xué), 2010.

[22] 華林.環(huán)件軋制理論和技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社, 2001.

[23] 耿劍,劉東,王凱,等.環(huán)件雙向輾軋過(guò)程的力學(xué)分析與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證:2008 泛珠三角鍛壓年會(huì)[C].重慶，2008.

[24] 劉東,萬(wàn)自永,付明杰,等.徑/ 軸雙向軋制過(guò)程中環(huán)件的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析[J].中國(guó)機(jī)械工程, 2008(04):91- 94.

[25] 郭良剛, 楊合, 金堅(jiān)誠(chéng). 環(huán)件徑軸向軋制毛坯尺寸設(shè)計(jì)方法[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào), 2010, 46(024):1- 9.

[26] Bono M,Limon R,Le Boulch D. Bulge formation during internalpressure testing of viscoplastic tubes,.InternationalJournal of Mechanical Sciences [J]. International Journal ofMechanical sciences，2018,144: 765- 774

[27] 王同海,孫勝. 管材脹形工藝分類及其變形力學(xué)特征[J].鍛壓技術(shù), 1999,24(04):30- 32.

[28] Hai linHe,Youping Yi,Shiquan Huang. An improved processfor grain refinement of large 2219 Al alloy rings and itsinfluence on mechanical properties [J]. Journal of MaterialsScience&Technology,2019,35(01):55- 63.

[29] 肖石霞,郭揚(yáng). 大型風(fēng)電軸承環(huán)成形方法探索[J].重型機(jī)械,2015(03):12- 15.

[30] 江道,易幼平,黃始全. 2A70 鋁合金環(huán)件脹形強(qiáng)化微觀機(jī)制的試驗(yàn)研究[J].熱加工工藝, 2017,46(20):75- 78.

[31] 魏志堅(jiān),李金山,楊艷慧,等. 脹形對(duì)TC4 合金環(huán)鍛件殘余應(yīng)力及分布的影響[J]. 稀有金屬材料與工程, 2019,48(08):2537- 2543.

[32] 魏輝,蘭箭. 鋁合金異形截面大型環(huán)件脹形工藝及優(yōu)化[J].鍛壓技術(shù), 2020,45(08):94- 98.

[33] 華林,王華昌,趙仲治. 臺(tái)階截面環(huán)件軋制缺陷和對(duì)策[J].熱加工工藝, 1995(05):20- 22.

[34] 徐戊矯,陳菲,謝丹,等. 基于截面填充的異形環(huán)件軋制毛坯及進(jìn)給設(shè)計(jì)方法：創(chuàng)新塑性加工技術(shù)，推動(dòng)智能制造發(fā)展- - 第十五屆全國(guó)塑性工程學(xué)會(huì)年會(huì)暨第七屆全球華人塑 性加工技術(shù)交流會(huì)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C].山東濟(jì)南, 2017.

[35] 王斌, 朱興林,劉東,等. 斜I 截面異型環(huán)件軋制過(guò)程數(shù)值模擬[J].熱加工工藝, 2013(07):141- 144.

[36] 黃建武,易幼平,黃始全,等. 深冷變形對(duì)2219 鋁合金環(huán)件晶粒組織及性能的影響[J]. 材料導(dǎo)報(bào), 2020,34 (14):14129- 14133.

[37] 尉瀟健,齊會(huì)萍,李永堂,等. 離心鑄造輾擴(kuò)成形42CrMo 鋼環(huán)件熱處理后的組織與性能[J]. 金屬熱處理, 2016,41(12):25- 28.

[38] 胡向東,朱帥,甄小輝,等. GH141 高溫合金矩形環(huán)件熱處理工藝研究[J].熱加工工藝, 2019,48（14）:146- 149.

[39] 陳克宇.大型異形環(huán)件軋制過(guò)程及組織性能研究[D].江蘇:江蘇大學(xué), 2019.

[40] 秦芳誠(chéng),齊會(huì)萍,李永堂,等. 鋁合金環(huán)形零件形/ 性一體化制造技術(shù)[J].材料導(dǎo)報(bào), 2021,35(09): 9049- 9058.

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