先进锻压技术

先进锻压技术第1页，共26页，2023年，2月20日，星期三第一节精密模锻精密模锻是在普通模锻设备上直接锻造出形状复杂、精度可达IT10~IT12、表面粗糙度Ra3.2~0.8μm的锻件的模锻工艺。精密模锻锻件无需或少量进行切削加工即可使用，在加工过程中必须采取一系列相应的工艺措施。第2页，共26页，2023年，2月20日，星期三1．工艺流程精密模锻必须先将原始坯料经普通模锻成为中间坯料，再对中间坯料进行严格的清理，除去氧化皮和缺陷，最后采用无氧化或少氧化加热后精锻。锥齿轮精密模锻的工艺流程为：落料→少、无氧化加热到1000~1150℃→预锻→终锻→空冷→切边、清理氧化皮→少、无氧化加热至700~850℃→精压→保护介质中冷却→切边、检验→以齿形定位加工轴孔。第3页，共26页，2023年，2月20日，星期三2．工艺特点（1）需精确计算原始坯料的尺寸，精确落料。（2）需采用喷砂、酸洗等方法清除坯料表面的氧化皮、脱碳层。（3）需采用少、无氧化方式加热，以减少坯料表面的氧化和脱碳现象。（4）需采用精度高、刚度好的摩擦压力机、曲柄压力机或高速模锻锤等锻造设备进行锻造。（5）锻模精度高，凹模开排气孔；锻模上、下模之间需采用导柱、导套，以保证上、下模精确合模。（6）锻件采用保护冷却（如坑冷、介质中冷却等），减少氧化。第4页，共26页，2023年，2月20日，星期三3．应用精密模锻近年来发展较快，汽车、拖拉机中的直齿锥齿轮、飞机操纵杆、涡轮机叶片、发动机连杆及医疗器械等复杂零件均采用了精密模锻技术。精密模锻在中、小型复杂零件的大批量生产中得到了较广的应用。第5页，共26页，2023年，2月20日，星期三第二节精密冲载用普通冲裁所得到的工件，剪切断面比较粗糙，而且还会产生塌角、毛刺等缺陷，并带有斜度，工件的尺寸精度较低。精密冲裁是在专用精冲压力机或普通压力机上使用带V形齿圈压板的精密冲裁法，它是在普通冲裁基础上发展起来的一种冲裁工艺。精冲件断面平直、光亮、外形平整，尺寸精度可达IT5~IT6级，表面粗糙度Ra值可达0.8~0.4μm，因此不需进行任何加工即可直接使用。第6页，共26页，2023年，2月20日，星期三精冲时，齿圈压板2将板料3压紧在凹模5表面，V形齿压人材料，使坯料径向受到压缩，当凸模下压时，板料处于凸模1的下压力、齿圈压板2的压边力及顶板4的反压力的共同作用下，此外由于凸、凹模的间隙很小，坯料处于强烈的三向压应力状态，提高了材料的塑性，抑制了剪切过程中裂纹的产生，使冲裁过程以接近于纯剪切的变形方式进行。1——凸模2——齿圈压板3——板料4——顶板5——凹模第7页，共26页，2023年，2月20日，星期三第三节轧制一、纵轧轧辊轴线与坯料轴线互相垂直的轧制方法。有型材轧制、辊锻轧制等方法。辊锻轧制将坯料在装有扇形模块的一对相对旋转的轧辊中间通过，使坯料受压发生塑性变形，从而获得锻件或锻坯的锻压方法。辊锻的实质是纵向轧制，根据工件形状的复杂程度，可以一次辊锻成形，也可以分别在轧辊上的几个模槽中辊锻多次。第8页，共26页，2023年，2月20日，星期三与模锻件相比，辊锻件力学性能较好，尺寸稳定，可节省材料，但尺寸和形状精度不高并且只能使截面变小，不能使截面变大，故主要适用于生产长轴类、长杆类锻件或锻坯。目前，辊锻工艺已用于制造汽车、拖拉机的前梁、连杆、传动轴、转向节以及涡轮机叶片等零件。第9页，共26页，2023年，2月20日，星期三二、横轧轧辊轴线与坯料轴线互相平行的轧制方法。横轧生产效率高，节省金属材料，常用于生产各种类型的齿轮、螺纹。有齿轮轧制、辗环轧制等方法。齿轮热轧辗环轧制第10页，共26页，2023年，2月20日，星期三三、楔横轧楔横轧是一种特殊的横轧工艺，利用两个圆周面上镶有楔形凸块，并作同向旋转的平行轧辊，对轴向送进的坯料进行轧制的方法。楔横轧主要靠两个楔形凸块压缩坯料，使坯料径向尺寸减小，长度增加。楔形凸块由三部分组成：楔入部分、展宽部分、精整部分。楔横轧工件尺寸精度高、表面粗糙度值低，并且生产率高，易于实现自动。但轧辊楔形凸块制造较为困难，故适用于大批量生产轴类毛坯。第11页，共26页，2023年，2月20日，星期三四、斜轧轧辊轴线与坯料轴线成一定空间角度的轧制方法。常见的斜轧方式有螺旋斜轧、穿孔斜轧等。螺旋斜轧有钢球轧制、周期轧制、丝杠冷轧等。两轧辊相交成一定角度，作同向旋转，轧辊上有多头圆弧形螺旋槽，圆柱形坯料在轧辊作用下绕自身轴线旋转，并沿轴线方向前进，在轧辊挤压下产生连续变形。钢球轧制周期轧制第12页，共26页，2023年，2月20日，星期三穿孔斜轧主要用于生产无缝钢管。斜轧工艺广泛应用于钢球、热轧麻花钻、汽车防滑钉、多联齿轮以及管类零件或毛坯的生产中。第13页，共26页，2023年，2月20日，星期三第四节多向模锻将加热的金属坯料置于多分模面的组合锻模中，在多向锻压机上一次行程中，用几个冲头从不同方向同时或先后对坯料施加脉冲力，获得形状复杂的精密锻件。多向模锻须采用专用多向模锻压力机，在相互垂直或交错的方向加压第14页，共26页，2023年，2月20日，星期三多向模锻实际上是以挤压为主，加闭式模锻，金属分布合理，金属流线完好、理想，力学性能好，强度一般能提高30%以上，延伸率也有提高。采用挤压成形的多向模锻亦称三维挤压。多向模锻采用封闭式锻模，没有飞边槽，锻件可设计成空心或实心的，零件易卸出，脱模斜度小，锻件精度高，材料的利用率较高，达40%~90%以上。毛坯加热时抗氧化要求高，毛坯尺寸要求严格，下料需准确。第15页，共26页，2023年，2月20日，星期三第五节摆动辗压摆动碾压简称摆碾，是利用一个绕中心轴摆动的圆锥形模具对坯料局部加压，使其高度减小、直径增大的成形方法。锥形凸模的轴线与机床主轴线相交成一定角度（即摆角），当主轴旋转时，凸模绕主轴产生摆动，对坯料进行局部碾压，使坯料整个截面逐步产生塑性变形。第16页，共26页，2023年，2月20日，星期三摆动碾压可以用较小的设备碾压出较大的锻件，产品质量高、节约材料，可实现近净成形、净终成形加工，易于实现自动化，主要用于生产具有回转体的薄盘类锻件及带法兰的半轴类锻件，如齿轮坯、铣刀坯等。第17页，共26页，2023年，2月20日，星期三第六节液态模锻液态模锻是将熔融的金属直接浇注到锻模模膛内，然后在液态或半固态的金属上施加压力，使之在压力下充型和结晶，并产生一定程度的塑性变形，从而获得所需锻件的方法。又称为挤压铸造。液态模锻时，先将熔融的金属液体注入凹模内；凸模下行，对金属施加压力，经过短时间保持压力后，金属成形，凸模返回，通过顶件装置顶出锻件。第18页，共26页，2023年，2月20日，星期三第19页，共26页，2023年，2月20日，星期三液态模锻的模具在使用前需充分预热，并涂抹润滑剂，以便于脱模和减少模具的磨损。在使用过程中，需及时对锻模进行冷却，以防止模具发生龟裂及变形。液态模锻是一种将铸造工艺与锻造工艺相结合的先进的净终成形方法，既具有压力铸造工艺简单、可生产形状复杂、制造成本较低的特点，又具有模锻件晶粒细小、内部组织紧密、力学性能好、成形精度高的优点。液态模锻所需锻造压力较小，仅为模锻压力的20%，因此，液态模锻主要应用于生产形状复杂并且要求力学性能高、尺寸精度好的中、小型零件，如柴油机活塞、仪器仪表外壳等零件。第20页，共26页，2023年，2月20日，星期三第七节超塑性成形一、超塑性成形的条件金属及合金在特定的组织条件、温度条件及变形速度下进行变形时，可呈现出异乎寻常的塑性（延伸率δ可超过100%，甚至1000%以上），而变形抗力则大大降低（常态的1/5左右，甚至更低），这种现象称为超塑性。超塑性分为细晶超塑性（又称恒温超塑性）和相变超塑性（又称动态超塑性）等。实际生产中主要应用的是细晶超塑性。第21页，共26页，2023年，2月20日，星期三1．细晶超塑性形成的主要条件（1）采用变形和热处理方法获得0.2~5μm的超细等轴晶粒。（2）超塑性成形的温度控制在(0.5-0.7)T熔（K）。（3）超塑性成形的变形速度应控制在10-2~10-5m/s的低形变速率以下。2．相变超塑性形成的主要条件在金属及合金的相变点附近经过多次温度循环或应力循环。第22页，共26页，2023年，2月20日，星期三二、工艺特点1．超塑性金属材料具有极其优异的塑性，成形性好。有些无法进行常规锻压制造的金属及合金材料也可采用超塑性成形，从而扩大了锻压材料的范围。2．超塑性金属材料变形抗力很小，可以在吨位较小设备上锻压出较大的制品，并且减少了模具的磨损，延长了模具的寿命。3．超塑性金属材料内部晶粒细小、组织均匀、力学性能较好，并且具有各向同性的特性。4．超塑性金属材料加工精度高，可获得尺寸精密、形状复杂的制品，是实现无切屑加工的新途径。第23页，共26页，2023年，2月20日，星期三三、应用1．模锻和挤压超塑性模锻的工艺过程为：先对金属或合金进行适当的预处理，以获取具有微细晶粒的超塑性毛坯，然后将毛坯在超塑性变形温度及变形速度的条件下进行等温模锻，最后对锻件进行热处理。超塑性模锻目前主要应用于航天、仪表、模具等行业中生产高温合金以及钛合金等难以加工成形的高精度零件。如高强度合金的飞机起落架、涡轮盘、注塑模等。第24页，共26页，2023年，2月20日，星期三2．超塑性板料拉深拉深时需先将超塑性板料的法兰部分加热到一定温度，并在外围加油压，即可一次拉深出薄壁深冲件。超塑性板料拉深件的深冲比可为普通拉深件的15倍，且工件壁厚均匀、无凸耳、无各向异性。第25页，共26页，2023年，2月20日，星期三3．板料成形板料成形方法主要有真空成形法和吹塑成形法