第12章 特 种 锻 造

1、第12章特 种 锻 造12.1摆动辗压12.2旋转锻造12.3液态模锻12.4等温锻造12.5辊锻12.6楔横轧12.7粉末锻造12.8半固态金属成形12.1摆动辗压12.1.1摆动辗压的工作原理12.1.2摆动辗压的特点12.1.3摆动辗压的分类与应用 摆动辗压是利用一个带圆锥形的摆头对毛坯局部加压，并绕中心连续滚动的加工方法，如图12-1所示。带圆锥形的摆头，其中心线OZ与机器主轴中心线OM相交成角(13)，给液压缸称为摆角。当主轴旋转时，OZ轴绕OM轴旋转，当坯料沿轴向进给时，摆头就对坯料进行连续局部加载，摆头每旋转一周，坯料将产生一个压下量，最后达到整体成形的目的。摆动辗压属于连续的局

2、部加载、局部变形、整体受力的成形方法。采用摆动辗压，用较小的力就可逐步成形较大的工件。12.1.1摆动辗压的工作原理图12-2摆动辗压的成形方式a)局部镦粗b)反挤c)开式模成形d)正反挤复合图12-1摆动辗压工作原理示意图1摆头2毛坯3滑块4进给液压缸12.1.2摆动辗压的特点摆动辗压具有以下优点：1)省力。2)产品精度高，质量好。3)摆动辗压适合加工薄而形状复杂的饼盘类锻件。4)劳动环境好，劳动强度低。5)设备投资少，制造周期短，见效快，占地面积小，易于实现机械化、自动化。摆动辗压的缺点主要有：1)摆动辗压设备比一般压力机多一套摆头传动系统，结构较复杂，而且机器受周期性偏心载荷，对设备的刚

3、度要求高。2)摆动辗压对制坯要求严格。3)模具寿命较低。12.1.3摆动辗压的分类与应用图12-3离合器盘毂摆动辗压工艺过程a)温锻预制坯b)摆动辗压终成形12.2旋转锻造12.2.1旋转锻造的原理及工艺特点12.2.2旋转锻造件的缺陷及预防12.2.3旋转锻造的分类与应用12.2.1旋转锻造的原理及工艺特点旋转锻造工艺具有如下主要优点：1)锻件力学性能好，锻件流线可沿零件外形分布。2)锻件的精度高，表面粗糙度值小。3)材料利用率高，有些锻件可以节约材料50%。4)生产效率高，由于锻造机打击频率高，速度快，锻打过程能自动控制，生产率可达150件/h以上。5)自动化程度高，新型径向精密锻造机上可

4、实现调整、上料、锻打、过载保护、消振和排烟的自动化，因此劳动强度小，操作简单。旋转锻造工艺也存在以下的缺点：1)不适于复杂的一般形状的锻造制品。2)由于是通过反复进行局部加工而成形，因此与常规锻造相比，加工时间稍有延长。3)由于与模具的接触时间延长、旋转方向的接触摩擦等原因，在热、温加工时，会使模具温度上升，缩短模具寿命，有时需要对模具进行冷却。图12-4滚柱式旋转锻造机锻造原理图图12-5旋转锻造时金属的流动12.2.2旋转锻造件的缺陷及预防(1)尾部凹坑多数旋转锻造件的尾端心部会产生向里凹陷，称为尾部凹坑。(2)棱角即锻件上出现的明显的多边形。(3)螺旋形凹坑及时更换锻模，清理毛坯氧化皮和

5、适当降低始锻温度可以防止锻件表面形成螺旋形凹坑。(4)螺旋形脊椎纹锻件外表面有时会产生螺旋形凸起小块，它很像动物脊椎骨的形状。(5)尾部马蹄形锻件伸长变形不均匀，会导致尾部呈现马蹄形。12.2.3旋转锻造的分类与应用.冷锻、温锻和热锻.无芯轴空心轴锻造和有芯轴空心轴锻造.逐段锻造和连续锻造图12-6汽车底盘吸振器管状活塞杆12.3液态模锻12.3.1液态模锻的原理12.3.2液态模锻的分类12.3.3液态模锻的特点12.3.4液态模锻对设备的要求12.3.5液态模锻对模具的要求12.3.1液态模锻的原理图12-7液态模锻工艺流程a)浇注b)加压c)顶出图12-8平冲头直接加压法a)加压前b)加

6、压时12.3.2液态模锻的分类(1)平冲头上加压法将熔化金属液浇入凹模，平冲头下行与凹模形成封闭模膛，使液态金属在平冲头的直接压力下凝固成形，如图12-8所示。(2)平冲头下加压法将液态金属浇入下平冲头与下模形成的储料室内，在上模与下模闭合后，下平冲头将储料室中的金属液挤入封闭的模膛中，并使液态金属在压力的作用下凝固成形，如图12-9所示。(3)异形冲头加压法根据冲头结构的不同，分为凸式冲头加压法、凹式冲头加压法和复合式冲头加压法三种。图12-9平冲头间接加压法a)加压前b)加压时图12-10异形冲头加压法a)凸式冲头加压法b)凹式冲头加压法c)复合式冲头加压法12.3.3液态模锻的特点液态模

7、锻工艺成形的主要特点有以下几方面：1)在成形过程中，尚未凝固的金属液自始至终经受等静压，并在压力作用下发生结晶凝固，流动成形。2)已凝固的金属在成形过程中，在压力作用下产生塑性变形，使毛坯外侧紧贴模膛壁，金属液获得并保持等静压。3)由于凝固层产生塑性变形，要消耗一部分能量，因此金属液承受的等静压值不是定值，而是随着凝固层的增厚而下降。4)固-液区在压力作用下，发生强制性的补缩。主要应用在以下几方面：1)可用于生产各种类型的合金，如铝合金、锌合金、铜合金、灰铸铁、球墨铸铁、碳钢、不锈钢等。2)适用于一些形状复杂且性能有一定要求的产品。3)适用于壁厚适中的零件，否则将给成形带来困难，甚至产生废品。

8、图12-11液态模锻模型a)第一种模型b)第二种模型1外层硬壳2液固两相区3中心液相区12.3.4液态模锻对设备的要求在通用液压机上进行液态模锻时，液压机应满足如下要求：1)有足够大的压力，并能在一定的时间内保持稳定的锻造力，以保证锻造过程顺利进行。2)有较快的空程速度，以提高液态模锻的生产率。3)有足够大的工作台面积和足够高的最大封闭高度，以便于液态模锻模具的安装和调整。4)刚性足够。要求专用液压机具有如下功能：1)有熔炼保温炉，以供应液态模锻工作时所需要的合金液。2)液压机应有足够大的压力，以满足液态模锻时的要求。3)液压机有预合模动作，以便实现液态模锻工作的第一步，即铸造成形。4)为了能

9、进行对向及多向锻造，专用液压机应有下顶缸和侧向加压缸。5)对于全自动液压机，应有自动定量浇注机械手、自动喷涂机械手和自动取件机械手。12.3.5液态模锻对模具的要求1)在高温下应有较高的强度、硬度、耐磨性和适当的塑性；在长期工作中，其组织与性能应稳定。2)应有较好的导热性和抗热疲劳性能。3)在高温下不易氧化，能抵抗液态合金的粘焊及熔蚀。4)淬透性好，热处理变形小。5)线膨胀系数小。6)有良好的锻造及可加工性。7)在修复或修改模具时能焊接。12.4等温锻造12.4.1等温锻造的原理12.4.2等温锻造的分类12.4.3等温锻造的特点12.4.4等温锻造模具设计的一般原则12.4.1等温锻造的原理

10、图12-12等温锻造模具装置原理图1下模板2中间垫板3、8隔热层4、5加热圈6凸模7上模板9凹模10顶杆11垫板12.4.2等温锻造的分类(1)等温精密模锻即金属在等温条件下锻造得到小斜度或无斜度、小余量或无余量的锻件的方法。(2)等温超塑性模锻即金属在等温且极低的变形速率(10-4s-1)条件下，呈现出异常高的塑性状态，从而使难变形金属获得所需的形状和尺寸的方法。(3)粉末坯等温锻造即以粉末冶金预制坯(通过热等静压或冷等静压)为等温锻造原始坯料，在等温超塑性条件下，使坯料产生较大变形、压实，从而获得锻件的方法。12.4.3等温锻造的特点等温锻造常用的成形方法也是开式模锻、闭式模锻和挤压等，它

11、与常规锻造相比，具有以下特点：1)锻造时，模具和坯料要保持在相同的恒定温度下。2)考虑到材料在等温锻造时具有一定粘性，即应变速率敏感性，等温锻造时的变形速度应很低，因此，一般在运动速度较低的液压机上进行。3)可提高设备的使用能力。4)由于等温锻造时，坯料一次变形程度很大，如果再进行适当的热处理或形变热处理，锻件就能获得非常细小而均匀的显微组织。5)采用等温锻造工艺生产薄腹板的筋类、盘类、梁类、框类等精密件具有很大的优越性。由等温锻造工艺特点所决定，等温锻件具有以下优点：1)余量小，精度高，复杂程度高，锻后加工余量小，或局部加工甚至不加工。2)锻件纤维连续，力学性能好，各向异性不明显。3)锻件无

12、残余应力。4)材料利用率高。5)提高了金属材料的塑性。12.4.4等温锻造模具设计的一般原则1)选择形状复杂、在常规锻造时不易成形或需经多火次成形的锻件以及组织、性能要求十分严格的锻件作为等温锻件。2)选择开式或闭式模锻方法，应根据锻件结构、尺寸及后续加工要求和设备安模空间来确定。3)模具总体设计应能满足等温锻造工艺要求，结构合理，便于使用和维护。4)锻模工件部分应有专门的加热、保温、控温等装置，并能达到等温锻造成形所需的温度。5)除特殊锻件需专用模具外，模具应设计为通用型。6)应合理选用模具各部分所用的材料，以保证模具零件在不同温度下有可靠的使用性能。7)等温锻造模具温度高，为防止热量散失和

13、过多地传导给设备，应在模座和底板之间设置绝热层，上下底板还应开水槽通水冷却；同时还应注意电绝缘，以保证设备正常工作和生产人员安全。8)应考虑导向和定位问题。12.5辊锻12.5.1辊锻的原理12.5.2辊锻的分类及特点12.5.3辊锻的咬入条件及前滑12.5.4辊锻工艺与模具设计12.5.1辊锻的原理图12-13辊锻工艺原理图12-14辊锻变形过程12.5.2辊锻的分类及特点1)产品精度高，表面粗糙度值小。2)锻件质量好，具有好的金属流线。3)材料利用率高，多型槽辊锻成形毛坯的金属消耗量比锤上多型槽模锻降低6%10%。4)锻辊连续转动，生产效率高。5)模具寿命长。6)所需设备吨位小。7)工艺过

14、程简单，无冲击、振动等，劳动条件好，易于实现自动化。12.5.3辊锻的咬入条件及前滑1.金属咬入条件2.前滑1.金属咬入条件式中，是摩擦系数；是咬入角，即金属开始咬入时的角度，端部自然咬入时，不超过25，而中间咬入时，可以增至3237。2.前滑图12-15开始咬入时的作用力图解图12-16辊锻时的前滑和后滑12.5.4辊锻工艺与模具设计1.型槽分类2.上压力与下压力3.辊锻中心线4.制坯辊锻1.型槽分类辊锻型槽分为开式和闭式两种，如图12-17所示。开式型槽中，毛坯易于展宽，型槽浅利于辊锻，但不易获得几何形状较精确的锻件。闭式型槽的特点与之相反。3.辊锻中心线图12-17辊锻型槽图12-18上

15、、下辊径不同的辊锻图12-19锻辊中心线图12-20型槽中性线4.制坯辊锻图12-21椭圆-方型槽系1毛坯2型槽图12-22椭圆-圆型槽系图12-23毛坯截面的轴长比12.6楔横轧12.6.1楔横轧的原理及特点12.6.2楔横轧的分类及应用12.6.3楔形模的参数及设计12.6.1楔横轧的原理及特点与锻造工艺相比，具有如下显著优点：1)工作载荷小。2)设备质量轻。3)生产率高。4)产品精度高。5)工作环境好。6)易于实现机械化、自动化生产等。图12-24楔横轧的原理图1带楔形模具的轧辊2轧件3导板12.6.2楔横轧的分类及应用1)模具加工、检验与调整简单。2)模具速度恒定不变，速度差小，因此变

16、形稳定，有利于防止产生内部缺陷，并可提高模具寿命。3)毛坯的位置稳定，不需侧向支承导向尺，从而简化了机器的结构。图12-25平面楔形模横轧工艺原理图12-26平面楔形模图12-27楔形模型槽的断面图a)开式b)闭式图12-28外回转楔形模横轧图12-29内回转楔形模横扎图12-30双头套式螺母扳手图12-31球头销平面楔形模横轧工艺12.6.3楔形模的参数及设计1)模具设计成组装式的，各组件可以单独更换。2)为了保证型槽间正确地对准，组装模应可横向移动。3)模具各组件的大小要合适，尺寸过大不利于进行热处理，尺寸过小不利于热交换，工作时易使模具温度升高，寿命降低。4)根据工艺上的要求，如横轧非对

17、称的工件有不同的楔角，则倾角也设计成不同的角度，以改善工件的表面粗糙度。5)模具上不希望有锐边，如果工件的形状允许，其圆角半径应大于1mm。图12-32楔形模的结构及受力分布图12-33楔形轧制示意图12.7粉末锻造12.7.1粉末锻造的特点、分类及应用12.7.2金属粉末的选用12.7.3预成形坯的制备12.7.4预成形坯的锻造图12-34粉末锻造工艺过程12.7.1粉末锻造的特点、分类及应用1)材料利用率高。2)锻件尺寸精度高，容易获得形状复杂的锻件。3)锻件力学性能高。4)模具寿命高。5)锻件成本低，生产率高，容易实现自动化。6)由于金属粉末合金化容易，因此有可能根据产品的服役条件和性能

18、要求，设计和制备原材料，从而改变传统的锻压加工都是“来料加工”模式，有利于实现产品-工艺-材料的一体化。12.7.2金属粉末的选用1.粉末的类型及纯度2.粉末的合金化3.粉末的粒度12.7.3预成形坯的制备1.预成形坯的设计2.预成形坯的压制3.预成形坯的烧结12.7.4预成形坯的锻造(1)热复压法它类似于粉末体的压制成形。(2)无飞边闭式锻造预成形坯一般设计得较为简单，但重量公差同样要求严格。(3)开式小飞边锻造预成形坯不像前两种方法那样严格，重量的波动可通过飞边调节，锻造成形时塑性变形量较大，如图12-35c所示。图12-35预成形坯锻造成形方法a)热复压法(d/=1)b)无飞边闭式锻造(d/1)c)开式小飞边锻造(d/1)12.8半固态金属成形12.8.1半固态金属成形的特点12.8.2半固态金属坯料的制备12.8.3半固态金属成形的分类12.8.4半固态金属触变锻造图12-36A356半固态金属坯料显微组织12.8.