KD锻造法是中国一重发明的高温扩散加热，宽砧大压下量锻造法，又称“宽大法”。其主要特点：①压实道次中以较小单锤压下量获取较大的心部应变；②采取90°翻转、对称变形，能有效锻合大型钢锭内部冶金缺陷，使锻件中心与钢锭中心一致，压实效果显著，拔长效率高。实践证明，该锻造法技术成熟，应用广泛。

     如今，KD锻造法工艺参数尚未完全固化，还有待进一步完善。通过匹配工艺参数，实现工序自动化，有助于提高生产率。目前，有关KD锻造法的分析报告仅就某个工艺参数进行分析、验证、优化，并未对匹配工艺参数进行系统性优化，KD锻造法自动化的研究更少。对此，本文利用Forge模拟软件，通过动作分解匹配KD 锻造法工艺参数，用数值模拟还原实际操作过程，验证KD锻造法自动化的可行性。

1.1 建模及材质选取

     本次KD锻造法数值模拟模型分为三部分：上宽V砧、坯料、下宽V砧。坯料采用205t钢锭镦粗后的状态，即拔长前先将坯料镦粗至H=1700 mm，材料牌号为30Cr2Ni4MoV（见表1），上、下V 型宽砧的砧宽1500 mm，V型开角α=135°（见图1）。坯料共划分550000个网格，坯料始锻温度1 260 ℃，环境温度20℃，坯料与上、下宽V砧的热交换系数为10000W/m^2·K，坯料与空气的热交换系数为10W/m^2·K，按实际生产，先将上、下宽V砧预热至250 ℃。

1.2 工艺规程制定

     KD锻造法由操作机夹持坯料在水压机上压实，KD拔长时以坯料轴线方向为进给方向，并依次布砧、压下完成一个道次操作，各道次间翻转90°。因此，KD锻造法可以归纳为布砧、进给、翻转和压下四个步骤，均由操作机执行。笔者用Forge模拟软件中的3D Manipulator 代替操作机实现进给、翻转等操作。实现自动化的关键在于有效匹配四个分解动作。

    整体工艺方案：通过循环“布砧-压下-进给-翻转”将镦粗后的坯料拔长至某一截面尺寸。

    布砧考虑到镦粗后坯料轴身呈“鼓肚”型的特点，为保证压实坯料心部，第一道次自轴身中间开始布砧，后续压实道次中，第2、3道次从冒口向水口布砧，第4、5道次从水口向冒口布砧，循环往复，直至精整道次，精整道次布砧顺序不做要求（见表2），各道次布砧初始位置根据坯料实际展长确定。

1.2.1 压下

     拟定首道次单锤压下量为坯料高度的15%，后续道次单锤压下量为坯料高度的25%，至压下量不足坯料高度25% 时开始执行精整道次。 并按式（1） [1]计算压下量。（公式中所述等效圆可理解为“与上、下V砧相切的圆”）

   式中：△H—水压机数显行程差值；△Φ—料身等效圆直径差（mm）。

1.2.2 进给  原则上同道次各锤间不存在漏压区即可，拟定同道次每锤错半砧，即750mm。

1.2.3 翻转  各道次间翻转90°。

数值模拟后处理

     本文用Forge 有限元模拟软件模拟KD 锻造法的整个过程，并对模拟结果进行分析。KD拔长前坯料尺寸约为Ø3870 mm，高度H=1700 mm，经7道次KD拔长至Ø2400 mm，其中1~5道次为压实道次，6~7为精整道次（见图2，表3）。KD锻造后坯料的理论长度L=3810 mm，模拟长度为L=3760mm，总展长率系数γ≈1.2。

    坯料内部的等效应变是评定工艺合理与否的关键指标，也是锻合坯料内部孔隙型缺陷的关键因素。在此基础上，为进一步探究坯料内部在KD锻造过程中的实际压实效果，笔者在模型中植入Niyama判据准则，以分析验证KD锻造法的优势,同时，为直观显示锻造过程中各关键指标在的动态变化，在坯料轴身中部径向平面上以坯料中心点X3为坐标系原点，沿X、Z 坐标轴正、负方向每隔400 mm选取一点，共选9个特征点（见图3）。

      整个锻造过程用时52 min。笔者给出各道次后坯料心部截面的温度云图（见图4），以及9个特征点在整个KD 锻造过程中温度变化示意图（见图5），图中①~⑦代表道次数。可以看出，在KD拔长过程中，坯料表面温度逐渐降低，而坯料心部温度稳中有升。由于整个锻造过程中同时存在坯料与空气的热交换及内部蓄热，坯料表面受与空气、附具对流传热影响权重更高，温度逐步降低，而坯料心部温度均匀性较好，受内部蓄热量影响权重更高，温度平稳上升。

     根据9个特征点在整个KD锻造过程中等效应变（见图6），以及KD拔长结束后坯料径向截面等效应变分布（见图7） 可以看出，坯料中心点的等效应变最大，为3.82469，距坯料心部越远，等效应变越小；在径向截面上，等效应变峰值呈“X”型对称均匀分布。显然，在KD拔长中，坯料金属流向心部，压实效果较显著，具备锻合坯料心部孔隙性缺陷的条件。

     Niyama准则用来判断坯料内部存在缩松的可能性，其值越高，产生缩松、孔隙性缺陷的概率就越大。大型铸锻件的临界值取1.1，当某点的Niyama值大于该临界值时，存在孔隙性质缺陷概率极大。用Origin软件提取9个特征点在KD锻造过程中的Niyama值进行线性拟合（见图8）。可以看出，九个特征点的Niyama值均在0.3~0.4，并逐步递减，可见KD 锻造法的压实效果显著，证明KD锻造法能有效锻合坯料心部孔隙性缺陷。