基本信息
金屬材料的頂鍛試驗方法是金屬材料在室溫或熱狀態下沿試樣軸線方向施加壓力將試樣壓縮,檢驗金屬在規定的鍛壓比下承受頂鍛塑性變形的能力,並顯示金屬表面缺陷。主要用來研究金屬材料在大量生產模壓件時的質量狀況。最早的頂鍛試驗標準在1963 年9 月首次發布,1981 年7 月第一次修訂後成為GB/ 233 - 1982 ,現為GB/ T233 - 2000 ,新標準等效採用了ОСТ8817 - 1982《金屬頂鍛試驗方法》。在主要內容上GB/ T233 與ГОСТ8817基本相同,僅有小的差異,即前者採用鍛壓比來敘述而不採用相對鍛壓率,並增加了頂鍛試驗後試樣高度尺寸的偏差要求。在GB/ T233 - 2000 中還規定了幾種相應的試驗設備,但是從1963 年起至今為止,執行標準的試驗設備仍是最初的幾種 。
試驗設備
GB/ T233 - 2000 標準中頂鍛試驗可用萬能試驗機、壓力機、鍛壓機或手錘完成。試驗時可使用支撐板和防止試樣偏斜的夾具。但對頂鍛試驗的速度沒有明確要求,因為萬能試驗機、壓力機、鍛壓機乃至手錘都無法用完成試驗的時間來描述,至少這些試驗速度區間是十分大的。
很難鑑別在手錘下完成頂鍛試驗時的質量,因為手錘的大小、重量、起落高度和習慣方法等都無從統一,而且還容易產生一些質量糾紛。即使是萬能試驗機也無從比較,因為萬能試驗機是指拉壓式萬能試驗機或者更多的是指液壓式萬能試驗機,它本身的試驗速度沒有量的規定(除了電液伺服比例控制式的) ,而且材料生產廠家是用100t 試驗機來檢驗材料質量,而進料的廠家是用200t 或500t 的試驗機來驗收的,因此產生不同的結果是可想而知的。
要想對試驗速度有一定的要求,就必須以電液伺服比例控制式的萬能機來實現,這就更麻煩了,而且即使試驗速度相對可比,而其最快速度下仍不能反映金屬在鍛壓下的真實機理。在實際操作中,用高噸位萬能試驗機試驗時,試樣壓比後的溫度都是與試驗時的室溫相同。
GB/ T233 - 2000 中規定還可用壓力機和鍛壓機來完成。如果是機械式鍛壓機和壓力機,則機械式的壓機必須以試樣高度來調節機械運動,否則會產生過定位而撞機。而試樣高度對每個軋制直徑材料來說都是不確定的,也就不容許用每件試樣來調節機械壓力機的壓下量,所以是不可行的。
在過去及未來的大批量生產中,金屬材料用模具鍛制(壓制) 半成品或成品件是機械製造業的主要方向之一,因此以進出廠鋼材的頂鍛試驗來衡量質量是否合格是一個至關重要的問題。那么如果能模擬與鍛壓金屬材料製品半成品件時的工藝過程,則速度相似的方法和設備就迫在眉捷。快速頂鍛試驗機則能滿足金屬材料的頂鍛試驗要求 。
特點
(1) 上海寶鋼集團上鋼二廠生產多種用於頂鍛的鋼材(直經為<6. 5mm～ <20mm) ,1998 年起套用了上海申力試驗機廠生產的快速頂鍛試驗機對鋼材進行頂鍛試驗,效果很好。這種試驗機最明顯的一個特點就是快速。前面所述一般的萬能試驗機和壓力試驗機空載時的速度最快為50mm/ min ,在高載荷時的速度就更低了,僅為1mm/ s。以<16mm 的試樣為例,試樣高度h = 2 ×16mm = 32mm ,若用快速頂鍛試驗機來操作,按國家標準要求壓下量為2/ 3時僅需0.5s 即可壓扁, 即半秒鐘內可壓扁20.3mm ,這是一般萬能試驗機無法比擬的。另外在系統中還有節流裝量,所以在壓扁速度方面還有調節的功能,即可以在最快速度之下完成各種慢速動作,以便於生產上的各種需要。
(2) 校直、剪下、壓扁三工位一體。根據生產需要,一般從盤圓上截取一段試塊後,在加工成試樣前必須校直,校直後截取的試樣高度尺寸必須符合高度誤差的要求。快速頂鍛試驗機附有校直和剪下試樣的工位和附具。校直、剪下和壓扁三工位一體,集中在一機上操作,使試驗機獲得最高的效率和經濟效益。
(3) 試樣的尺寸高度和壓扁後的試樣高度都能保證符合國家標準GB/ T233 - 2000 的要求,因為它使用的剪下夾具和壓扁夾具以及支承墊都是特殊設計的結構,保證在使用後的尺寸高度與壓扁後試樣高度是一致的,各自的重複性就更好。
(4) 採用點擊式三點校直裝置,裝有防過壓墊,三點可調整,適用於各類盤條、盤圓。
(5) 剪下備有保證高度誤差的結構和微調裝置以及剪下的導向裝置,使得試驗時的剪下程式完整可靠。
(6) GB/ T233 - 2000 中很重要的一條是,試樣在試驗過程中不得扭歪和鍛斜。在萬能試驗機中由於受總體結構中的上下對中度(即不同軸度) 的影響,也即試驗機的球面支桿總是有一定的不同軸度。快速頂鍛機的頂鍛模具中有嚴格的導向和有彈性漲合式的支承墊,能防止扭歪和鍛斜,也能保證壓扁高度。
方法探討
前面所敘述的內容都是金屬材料在室溫狀態下的頂鍛試驗方法,而在熱狀態下的金屬頂鍛試驗受各種情況的制約或是設定而有所不同,因而需要明確熱狀態下的試驗條件,即：
①熱頂鍛的溫度C1 、熱頂鍛移送到試驗位時的溫度C2 、試驗程式開始到快速頂鍛開始時的溫度C3 ;
② 加熱的方式、移送到位、或就位加熱和試驗程式確定及彼此間傳送的確定,還有試樣的熱容量與試驗用的主要接觸件的熱容量都應有明確的規定或驗證,而這些要求在GB/T233 - 2000 標準中並無具體規定,所以仍需在商定之後再行確定,而且在具體的實踐中才能得以明確 。
總結
上海申力試驗機廠研製的快速頂鍛試驗機,使頂鍛試驗的發展更為成熟和穩定。目前套用這種快速頂鍛試驗機的鋼材生產廠家已達25 家,它的結果是可比性更為完整。目前已發展到最大直徑為<20mm～ <45mm ,快速頂鍛試驗機的最大載荷也發展到300t ,總之更高效更完整的新一代快速頂鍛試驗機已經應需而生。
從目前套用快速頂鍛試驗機的廠家迅速增多的情況來看,對國標GB/ T233 - 2000 的貫徹是很有效的,它必將對頂鍛鋼材的試驗和質量評定的統一產生深遠影響 。
