西马克集团的径向锻造液压机SMX 已有30 多年的成功经验，其中SMX 的显著性特征是四个液压驱动的锤头。与传统的机械驱动系统相比，液压驱动在锻造过程和工件质量方面具有显著优势，即在每个锻造油缸的整个行程中都能达到最大锻造力。因此，通过控制锤头的运动，可以实现良好的心部锻透性以及灵活的锻造模式。
在此背景下，本文将介绍先进的锻造模式，这些模式仅适用于西马克集团的SMX 以及用于径向锻造工艺设计的先进工具，特别是用于航空航天应用的工具。
设备示意图
锻造框架位于该系统的中心，其特点是四个相同的液压驱动锤头以X 形排列。工件的搬运由两个轨道式操作机和各种支撑系统完成，如对中装置和支撑辊。上料和下料由专门的设备完成，常规总体设计如图1 所示。
目前，锻造材料的装载通常是通过机器人系统完成的，由于一些关键材料的锻造温度窗口很窄，要求从出炉到开始锻造的运输时间很短。
锻压机的主要部件是液压驱动的锤头，它允许大型操作机在工件显著减少横截面积的同时步进。由于液压驱动，锤头在任何位置都能有最大的锻造力。简洁的设计还确保在最后的精整过程中实现高频率。得益于液压锤头相互独立的运动，没有机械硬连接，在控制实现良好心部变形的主要因素方面有着很大的自由度。这一结果可以在锻造棒材的凸起端部观察到，如图2 所示。
适用于航空航天应用的先进锻造模式
径向锻造的主要目标可以概括为：最高的成形效率，锻造时间短、避免多次加热，节省能源；改善微观组织，确保工件心部和表面有足够的变形，形成细晶粒的再结晶微观组织；铸造过程中会形成孔隙和空腔，其可以封闭铸件内部的孔隙，防止裂纹的形成。为实现这些目标，可以采用三种不同的锻造模式:
⑴螺旋锻造。操作机在每次冲程中前进和旋转，这种方式可以被描述为在实现良好的微观结构和高生产效率的目标之间的折中方案。
⑵RUMX 锻造。在这种模式中，操作机在每次冲程后不旋转，并且使用较大的进给量。这种锻造模式产生较高的静水压力分量，从而产生更好的心部变形和良好的孔隙封闭。
⑶“2+2”(交替锻造)。该模式的特点是两对油缸交替锻造，工件不旋转，如图3 所示。自由延展使工件能够获得更高程度的变形，从而实现更细的晶粒尺寸和良好的孔隙闭合。圆形工件被送入径锻机，工件仅用一对锤头锻造，因此可以自由延展。在操作机步进后，工件随后被第二对锤头锻造成方形。
“2+2”锻造模式的模拟
为了证明先进锻造模式的优势，在本文提出的研究中，通过数值模拟，将传统螺旋锻造与先进的“2+2”锻造进行了比较，验证了西马克集团SMX 径锻机上独有的液压驱动的各种优势。
通常来说，要使锻件心部产生更大的变形，就必须进行权衡，因为更大的变形总是意味着更多的变形做功。这种变形做功可以通过增加更多的成形步骤来完成，这意味着需要更多的时间，也可以通过增加每次打击的变形量来完成，这意味着需要更大的力。这种灵活性具有优势，对于小型或柔软的工件，可以通过调整锻造参数在几乎相同的时间内显著增加心部的变形。相反，对于大型或坚硬的工件，锻造力无法进一步增加，因此通过增加打击次数来实现额外的变形，即增加时间投入。因此，为了增加心部的变形，最好根据所需的力调整锻造策略，从而尽可能地减少锻造时间。如果目标只是实现心部的最大变形，增加过程时间和力的组合是有效的。在本次讨论中，由于存在非中心力或需要额外更换工具等各种缺点，因此不考虑第三种增加核心变形的方法，即修改工具几何形状。
对于本文，采用了前面提到的“2+2”策略，即通过更多道次使工件获得额外变形的模式，见表2，并与表1 所示的传统锻造策略“螺旋”进行比较。由于液压锤头可以交替运动，这是可行的，与常规的螺旋锻造不同，侧向延展是允许的。侧向延展在随后的道次中被锻造回来，产生类似于自由锻造的变形分布。