316L不锈钢套筒锻造工艺

     套筒是某医用设备上的一个锻件，材料为316L不锈钢。由于该锻件成品筒部***小壁厚只有1mm，与法兰部分壁厚差别大，且尺寸精度要求高，所以提出的精加工用毛坯形状与尺寸,并要求***终精加工前退火以消除前序加工所造成的应力，保证锻件在以后的长期使用中耐蚀、不变形。316L不锈钢为铬镍系奥氏体不锈钢，具有良好的力学性能和耐腐蚀性，在医用设备与器械中应用较多。该零件的形状特点为带有凸缘的薄壁管件，管部与凸缘直径相差较大，如果采用厚壁不锈钢管直接进行机械加工，材料利用率低，只有31.3%。而316L不锈钢由于合金含量特别是镍含量高，因此价格较贵，影响锻件的制造成本。本工艺采用热挤压方法成形该锻件毛坯，对挤压工艺与模具结构及锻件后续热处理工艺进行了实验研究。

      根据套筒的粗加工零件图分析，该零件属于带凸缘管形件，可以采用大直径管坯正挤压成形小直径管部和小直径管坯镦挤成形大直径凸缘部两种方法成形。考虑氧化、热胀、金属流动、余量等因素，制定热挤压件。根据等体积计算，镦挤法变形部分高度与坯料壁厚之比过大，不宜采用。故本工艺采用正挤法，挤压坯料选用准110mm/准70mm×40mm管坯，经计算变形程度ε=69.6%。此时材料利用率为58.9%。

挤压力的大小对工艺与模具设计及设备选用影响很大。在热挤压过程中影响挤压力的因素很多，主要有变形抗力、变形速度、变形程度、加热温度、模具参数、摩擦与润滑条件等。变形抗力决定于材料自身的组织、性能；变形速度与实际生产条件相关而无法改变，因此在工艺设计中主要通过控制加热温度、合理分配变形程度、优化模具参数、改善摩擦与润滑条件等来降低挤压力。

      316L不锈钢的流变应力随温度升高而降低，但变化趋势从曲线斜率上反映出三个阶段，即950~1000℃时的快速变化阶段，1000~1150℃的中速变化阶段和1150~1250℃缓慢变化阶段。换言之，温度在1150℃以上材料的变形抗力小而且变化平缓；在1150℃以下，材料的变形抗力增大趋势加快，而温度在低于1000℃时，则变形抗力急剧增大。另外，流变应力随着变形程度的增大而增大。相关研究也表明[1]：1050℃是316L不锈钢在一定应变速率下的特征温度，当温度小于1050℃时，材料的变形抗力增大趋势非常明显。考虑到温度过高对材料组织晶粒的影响，同时尽量减小挤压力，将挤压温度设计为1150~1200℃。该温度

下的流变应力为155 MPa，则挤压力计算值为：P=P 0×F=5.456σb×F=5.456×155×6003.6=5077.1 kN。热挤压变形时的实际工况复杂，影响因素较多，所以该计算值可作为设计参考。实验设备选用5MN油压机的挤压力基本是够用的。挤压过程中坯料与模具间存在热传递，要保证变形时的坯料温度不低于

1050℃，应将模具充分预热。实验证明，模具预热温度不够时，挤压力很大，5MN油压机压至公称压力时零件仍未完全成形。

     润滑采用沥青和石墨。由于模具温度较高，采用沥青可提高润滑剂的高温附着性能。应变速率虽对热变形抗力有显著影响，但由于在实际工艺试验和生产中，采用的设备是5MN油压机，其液压缸活塞下行速度无法改变，为10mm/s的固定速度，因此未考虑该因素对变形力的影响。