2、不同砧型拔长方法的出现及应用
随着上平砧下V 型砧拔长新方法的出现，科研工作者对此方法又有了进一步深入地考察和研究。提出了一种上平砧下V 型砧锻造阶梯轴的新型拔长方法。此方法获得的锻件变形区域应力状态和中心区域锻透性都很良好，而且锻件变形部分的轴线偏移量非常小，坯料内部应力状态也非常好，横向无拉应力出现，该拔长方法能获得中心压实的效果。潘品李等将数值模拟和工艺试验分析方法相结合，运用上平砧下V 型砧拔长方法，提出“三压法”翻转新工艺，有效地提高了锻件变形区域的等效应变和均匀分布，使最终获得的锻件不仅变形均匀，还能起到晶粒细化的目的。该拔长方法也成功应用于石油化工中某些重要轴类锻件，例如石油化工主轴生产中采用了上平砧下V 型砧锻造工艺，获得了力学性能良好的主轴锻件。锻造成形过程中，不仅改变了锻件的应力状态，在成形阶段严格控制了压下量，高温时采用分散小变形锻造，很大程度减少了锻件成形时容易出现开裂的问题。
经过不断研究与探索，科研工作者在上平砧下V 型砧拔长方法的基础上发明了一种上平砧下梯型砧拔长工艺。与一般上平砧下V 型砧拔长工艺相比，该拔长方法能够使锻件的心部和次表层同时获得较大且均匀的变形量，这不仅有助于扩大锻件内部孔洞锻合范围，还大大改善锻件内部质量。但这种拔长方法的研究进程和应用成果还比较紧缺，目前报道较少。而且，这种方法仅在缩比试验中得以应用，还未正式提出能真正应用于实际生产，这还需要广大科研工作者为此做进一步深入研究和完善，以期在大锻件制造中得以应用。
由于人们开阔的眼界和勇于打破传统的想法，锻造新工艺也越来越多。通过工艺试验和数值模拟相结合的传统方法，研究了上下V 型砧拔长法。最终得到了理想的工艺参数组合，当砧宽比= 0.34，双面压下率小于7.5% 时，锻件心部处于较强的三向压应力状态，压实效果非常显著。通过试验研究，得出了该V 型砧锻造既能简化锻造工艺，也能改善锻件质量，提高产品的成功率，大大降低生产成本。此V 型砧锻造方法已经成功应用于大型发电机高中压转子锻件的实际生产中，取得了不错的效果。利用V 型砧锻造方法生产出的转子锻件至今仍运转顺利。
虽然现有砧型拔长方法众多，仍不能满足实际生产中不同类型大锻件的需要。因此，出现了一种水平V 型砧拔长方法，该拔长方法能够通过控制金属流动方向和纤维流向降低大型轴类锻件力学性能的各向异性，从而提高拔长效率，最终获得的轴类大锻件质量比其它锻造方法好。倪利勇等、张莉萍等针对方形截面毛坯，通过数值模拟方法优化了拔长工艺参数，并通过实验得到了横截面横向中心线上横向应力分布规律。最终结果表明: 当砧宽比= 1.0 和料宽比= 0.5 时，锻件心部处于很强的压应力状态，这有利于进一步扩大工艺参数范围。张永军等对比了水平V型锥面砧拔长和上平砧下V 型砧拔长工艺，从横向和纵向分析了锻件力学性能，得出水平V 型锥面砧拔长能有效改善轴类锻件力学性能异向性。
针对矩形截面毛坯拔长研究较多的情况，程小辉等选取了对圆形截面毛坯，运用DEFOＲM-3D有限元数值模拟表征了拔长过程中等效应力分布情况，发现在较小砧宽比条件下也能有效保证锻件心部处于良好压应力状态。不难发现，无论毛坯截面是矩形还是圆形，通过水平V 型砧拔长方法合理制定工艺参数都能使成形过程中锻件心部处于较强压应力状态，这不仅改善了锻件力学性能的异向性，还提高了拔长效率。但这仍然需通过轴类大锻件的实际生产来确定是否真的能达到这样的效果。
绝大部分特殊有效的锻造方法都是在普通平砧拔长的基础上，通过不断总结经验和改进发展起来的，如有限元法、宽V 型砧大压下量法等。任运来等通过分析目前镦粗和拔长过程中锻件变形区域与应力分布情况，提出了一
种新的拔长方法——凹面砧拔长。通过数值模拟和物理模拟方法对比研究了凹面平砧拔长( CFAF) 和凹面V 型砧拔长( CVAF) 整个成形过程，最终得到凹面V 型砧拔长不仅更有利于提升净水压力值，而且，在同一变形效果下的压下量小于凹面平砧拔长。这两种凹面砧拔长方法在孔洞闭合、疏松压实效果方面都明显优于其它特殊锻造方法。与目前其它拔长方法比较，该方法具备操作简便、应用范围更广的特点。
3、结论
锻造工作者和科研学者对不同砧型拔长方法进行长期探索研究，取得了非常瞩目的成果，推动了大锻件制造技术的快速发展，为大锻件制造提供了重要的技术支持和依据。由于目前优质高端大型锻件的严重紧缺以及重型行业对大锻件质量要求的提高，现阶段所拥有的成熟的拔长方法不足以生产优质高端大锻件，故需要研究简单实用且有效的新拔长方法服务于重型锻造领域。
从研究现状和取得的成果来看，不仅要解决大型钢锭中冶金缺陷，还要防止锻造过程中出现新问题。根据不同实际生产情况制定合理有效的技术路线和综合评判标准来设计锻造工艺，以达到提高效率和节约能源的目的。金属材料在不同变形条件下微观组织演变复杂导致性能难以控制，且热力学参数对大锻件成形过程影响颇大，还需通过数值模拟和实验结合的方法系统深入研究大锻件成形过程微观组织演变和性能控制，最好能获得有一种真实有效可行的方法来准确预测大锻件成形过程微观组织演变和性能的改变，以便采取相应的措施。
作者：太原科技大学材料科学与工程学院，龚虎、徐月。
来源：《大型铸锻件》2017.6
来源：锻造技术圈
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