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电热敏粗原理1
气门电镦机工作原理如图1所示。电镦过程应分为两个阶段，即始镦阶段：砧子缸6和镦粗缸5分别以速度v2和v1向左运动（且v2v1）。砧子缸6向左运动的目的是为了控制坯料的加热变形长度，防止坯料产生纵向弯曲；终镦阶段：砧子缸6向左移动一定的距离后停止不动，镦粗缸5仍以速度v向左运动，使坯料左端继续被镦粗。如果工艺参数合理，则镦粗过程会处于基本稳定状态。当镦粗缸5运动到设定的左端终点位置时，则电镦结束，电路断电，各缸活塞复位，准备下次电镦。
2电热镦粗过程的数值模拟2.1气门电热镦粗的简化模型及边界条件
由于电镦毛坯和电镦成型后的外形均为轴对称，所以本文取其1/2作为研究对象。在变形过程中，变形功产生的热大部分保存在工件内部，所以采用热力耦合的大变形刚塑性有限元方法，材料的屈服准则采用VonMises准则56。模型采取的是四节点四边形单元，共划分个节点，个单元。模拟步。有限元模型如图2。
棒料的直径为20mm、长度为mm；砧子、镦粗缸和夹紧电极均被认为是刚性体；环境温度为20℃，辐射传热系数经计算为0.J/（mm2℃），接触传热系数为0.J/（mm2℃）；砧子和顶镦缸的初始温度为℃，接触传热系数为0.J/（mm2℃），砧子和顶镦缸的材料均为20Cu-80W合金；工件变形时变形功转化成热的转换系数取0.9；工件与砧子之间的摩擦系数、工件与顶镦缸之间的摩擦系数、工件与夹紧电极之间的摩擦系数均取0.2；砧块的初始温度为20℃，砧子的运动速度为5mm/s，镦粗缸的运动速度为15mm/s；砧子停止后，镦粗缸的速度降低为3mm/s。
气门预热的温度场2.2棒料电加热的温度场呈线性分布。图3是本试验模拟的气门棒料预热的温度场。模拟结果15.00
表明：气门预热后的温度场呈阶梯形分布，气门毛坯靠近砧子处的温度最高，以此向下递减。
2.3气门电热镦粗的数值模拟
这次镦粗成形过程模拟分为步。本试验通过对气门电镦典型工况条件下的成形过程进行数值模拟，分析InconeI合金镦粗成型过程中温度场、应力场、金属流动的变化情况和相互关系，确定变形过程中的组织演化规律。
下面选取其中第50、、和增量步，分别对上述变化情况进行分析。2.3.1电镦过程中的温度场变化
图4为气门在电镦过程中温度场的变化。从图中可以看出，随着工件的镦粗，头部温度较高，而杆部温度较低。这是因为始镦阶段，砧子与棒料接触点上的电流密度大大超过整个棒料的平均电流密度，因此端部的温度最高；夹钳与棒料的接触电阻较小，而且保持一定值，因此与夹钳接触的部位温度较低，且温度比较均匀。终锻阶段，"蒜头"部位的温度最高，这是由于“蒜头”端部的接触面加大，并且大部分变形所作的功转化为热能。“蒜头"的端面以及和夹钳接触处的温度相对较低，这是由于砧子和夹钳的温度低，棒料由于热传导的作用，把部分热传递到砧子和夹钳，使砧子和夹钳温度升高，而此部位的棒料温度则变得比较低。2.3.2等效应力场的变化
从等效应力场分布图5可以看出，应力主要集中在颈部，因为颈部的温度梯度较大，在这个部位金属开始产生径向流动，所以此处产生较大的应力，形成了一定的应力梯度，其最大应力达到Pa。在棒料和砧子接触的端部，由于摩擦力的存在，在此处也产生一定的应力，最大值为Pa。同样在棒料和夹钳处的接触面上，由于摩擦力和夹紧力的作用，也产生了一定的应力，最大值为Pa。“蒜头”部位，由于受顶镦力的作用，也产生了一定的应力，但是应力值比较小。
2.3.2等效应力场的变化
从等效应力场分布图5PaPaPa。“蒜头”
金属的流动2.3.3
图6为工件在电镦过程合金的流动图。从图中可以看出，由于夹钳部分的金属温度较低，且受到轴向压力，使金属具有向左运动的趋势。靠近砧子的棒料，通电加热时，由于端面的电流密度大，因此温度较高。金属在镦粗变形过程中要满足体积不可压缩条件，因此迫使棒料温度较高处，在顶镦力的作用下产生轴向流动的同时产生径向流动。在棒料与砧子接触处，由于受到摩擦力的影响，在径向上金属的流动较小，进而使靠近端面的内层金属的流动得到迟滞。最终端部变粗。
3电热镦粗参数的优化设计
由于电镦工艺复杂，镦粗缸的压力与速度、砧子缸的压力与速度、加热电流、工件温度等相互影响，为保证气门在合理的成型温度范围内镦粗，如何协调优化各项参数是工艺控制的关键。从上面的模拟可以看出，金属温度最高的地方，变形阻力最小，变形自然首先由温度高的地方开始；始镦阶段升温最快且温度最高的地方在棒料的端部区域，塑性变形便首先在此发生；镦粗阶段开始后，高温区由端部向下移动：对于变形头部，由于砧子和夹钳的散热，高温区处于头部中段，头部在镦锻力的作用下形成鼓形。
根据电镦件缺陷的成因以及对模拟结果的分析，需对其电镦过程中的工艺参数进行优化：①参数调整时首先应该保证工件的摄氏度。在次级电压一定的情况下，系统的压力越低成型温度越高，反之越低。②设法提高砧子电极与电镦件端部的金属温度，使其变形没有间断，和相邻的金属一起流动。③适当调节砧子的后退速度，以控制镦粗部分的形状。头部扁时，加快砧子的后退速度v2；头部长时，则减慢砧子的后退速度v2，这样可以避免头部出现台阶。④镦粗缸的速度不宜太低，这样可以保证头部的温度不致过高；同时镦粗力应该增大，从而缩短电镦时间；在过渡区尚未达到过烧温度时，完成整个电镦过程。这样可以避免过烧或过热。⑤预热长度影响镦粗质量和镦粗部位的形状。预热长度过短，易产生端面烧伤；预热长度过大，则始锻温度过低，容易产生头部折叠，甚至镦弯。根据模拟结果和生产经验知预热长度的取值范围为0.75d≤a≤2d。
结论4
综上所述，气门电镦工艺复杂，镦粗缸的压力与速度、砧子缸的压力与速度、加热电流、工件温度等相互影响。在传统的电镦机上，参数的调整都是由操作者手工完成，工作量大，且成本较高。本试验通过defom-2d软件对气门工件坯料的电镦变形过程进行模拟，可以得到匹配合理的工艺参数，既节省了调试的时间，节约了成本，又提高了产品的质量和生产效率；获得了电镦成型过程中金属的温度场、应力应变场的分布等信息，提出了消除缺陷的措施，为今后气门的生产制造提供了科学依据。
