《特种塑性成型》课件-6.摆动碾压

1.摆动碾压的特点与应用目

录摆动碾压的概念1摆动碾压的特点2摆动碾压的应用3摆动碾压金属塑性成形方法基本思想萌芽：20世纪初1906年1966年美国科学家发明了轧机，该机器被视为摆动辗压的雏形。英国一家公司制造和安装了世界第一台摆动辗压机。摆动碾压的特点和应用摆动辗压上模的轴线与被辗压工件(放在下模)的轴线(称主轴线)倾斜一个小角度，模具一面绕主轴线旋转，一面对坯料进行压缩，这种连续累积的成形方法称为摆动辗压，简称摆辗。（一）优点1.省力。★局部变形代替一般锻压工艺→摆辗所需变形力小。★视工件复杂程度不同，摆辗力为常规锻造力的1/5~1/20。2.成形时不易开裂，产品质量好。★采用摆辗成形时工件精度高，表面粗糙度低。精度高+抛光垂直方向的尺寸精度：0.05～0.2mm，表面粗糙度：0.4～0.7μm二、摆动碾压的特点摆动辗压过程是多次变形累计而成变形较均匀工件侧面不易产生裂纹极限变形比普通工艺方法增大10%～15%（一）优点3.摆动辗压特别适合薄盘类零件成形。★摆动辗压特别适合压制薄饼、圆盘、汽车半轴的法兰等零件。锻件薄所需要的压力可能等于模具材料的强度极限，而造成无法加工。普通锻造方法由于模具和坯料之间由滑动摩擦变为滚动摩擦，摩擦系数大大降低，所以所需要的轴向压力比一般锻造方法要小得多，而且坯料越薄，差别越大。摆动辗压成形方法二、摆动碾压的特点（一）优点4.机器的噪声及振动小，改善工作环境，易实现机械化和自动化，降低劳动强度。5.设备投资少，制造周期短，见效快，占地面积小，基建费用低。1.需要制坯。★摆辗成形是偏心加载经多次累积变形使毛坯整体成形。2.摆辗机结构较为复杂，机架刚度要求较高。（二）缺点★工作时，机架反复的受偏心载荷作用。毛坯的高径比太大效率低，易产生“蘑菇头”形，造成折叠缺陷刚度较一般液压机高轴承寿命较短二、摆动碾压的特点（一）摆辗锻造主要成形各种盘饼类、环类和带法兰的长轴类零件。法兰齿轮坯铣刀坯碟形弹簧坯汽车后半轴扬声器导磁体各种伞齿轮端面齿轮（二）摆辗铆接摆辗铆接是摆动辗压技术领域的一个分支。省力无噪声无冲击铆接质量好优点摆辗铆接机五金建筑机械电器应用三、摆动碾压的应用（三）粉末摆辗粉末摆辗是以粉末烧结体做预制坯，经摆辗成形并提高制品的致密度以制造各种制品的新技术。制品产生几何形状的改变基本特点制品也产生较大的体积变化三、摆动碾压的应用（四）摆辗精冲摆辗精冲是对板材轮流局部施力以达到小行程累积式连续冲裁的一种特殊的精密冲裁工艺。(a)锻造(b)铆接(c)粉末摆辗(d)精冲(e)挤压(f)缩口(g)翻边图6-1-1摆动辗压所能完成的典型工艺三、摆动碾压的应用小结摆动碾压的特点1摆动碾压的应用2金属材料的加工粉末冶金制品的致密化三、摆动碾压的应用2.摆动辗压的基本原理目

录摆动辗压的运动原理1摆辗变形机制与变形特征2与其他形式压力加工法摆动辗压法锻造冲压挤压模具之间相对运动的状况复杂得多图6-2-1摆头运动的三种基本形式（a）公转(b)自转(c)章动公转：摆头中心线绕机器主轴中心线旋转。自转：锥形摆头绕自身轴心线旋转。章动：摆头中心线相对于机器主轴中心线旋转。公转、自转和章动的不同组合，便可实现摆头的多种运动形式。一、摆动辗压的运动原理内外偏心套结构可实现多种形式的运动轨迹摆辗机摆头是摆辗机区别于其他设备的关键部件摆头的运动形式摆头的具体结构取决于一、摆动辗压的运动原理摆辗机摆头是摆辗机区别于其他设备的关键部件摆头的运动形式摆头的具体结构取决于内外偏心套的转速比和转向取决于运动轨迹一、摆动辗压的运动原理图6-2-2摆辗变形的分区及各区的受力与变形分析由于摆动辗压是局部加载的回转加工工艺，因此无论是圆柱件或者是环形件，在摆辗过程中工件上表面仅有局部与模具相接触。非接触区[B]接触区[A]被动变形区主动变形区主动变形区内：金属在发生径向流动的同时还发生切向流动。二、摆辗变形机制与变形特征由于摆动辗压是局部加载的回转加工工艺，因此无论是圆柱件或者是环形件，在摆辗过程中工件上表面仅有局部与模具相接触。非接触区[B]接触区[A]图6-2-3工件加工表面的网格畸变二、摆辗变形机制与变形特征图6-2-2摆辗变形的分区及各区的受力与变形分析被动变形区主动变形区变形类似于镦粗，在高度方向被压缩，径向和切向伸长。但实际上又不同于镦粗，因为该区为楔形。主要伸长方向：径向金属沿切向表现为：压缩变形沿摆动方向有一种赶辗作用二、摆辗变形机制与变形特征中心区域材料主动变形区内金属流动趋势边缘材料切向流动径向流动图6-2-2摆辗变形的分区及各区的受力与变形分析主动变形区被动变形区在缺口处受压应力和表面上的附加切应力，[A]区对面部分接近中心处受拉应力，接近外缘处受压应力。二、摆辗变形机制与变形特征小弹性变形非接触区的变形分类塑性变形大弹性变形塑性铰被动变形区的变形抗力，成为主动变形区变形阻力。此阻力大小与变形体的相对厚度和摆动辗压的相对进给量有关。辗压薄件在主动变形区的对面形成塑性铰链（外侧变厚，内侧变薄）辗压厚件被动变形区为弹性变形二、摆辗变形机制与变形特征3.摆碾模具设计目

录设计要求1合理选择模具材料2模具的预热和冷却3摆辗成形过程中的润滑4（一）充分发挥模具材料的潜力，用到接近其抗拉强度的极限值。（二）摆辗件能够合理成形，不产生任何成形缺陷，不需要或减少后续的机械加工。一、设计要求摆动辗压模具材料的选择与常规锻造设备上用的模具是有区别的。应具有良好的耐热疲劳性能，即在频繁的冷热条件下能够抗热疲劳裂纹的产生；应具有良好的回火稳定性，使模具不因受热而产生硬度下降发生塑性变形；应具有良好的淬透性能、导热性能、加工工艺性能和经济性等。原因摆辗模具在工作时不承受巨大的冲击力。（一）热摆辗模具材料二、合理选择模具材料5CrMnMo用于摆辗工艺的热锻模具材料5CrNiMo3Cr2W8VMA金属陶瓷材料GH高温合金二、合理选择模具材料钢在冷摆辗成形时的变形抗力较大。（二）冷摆辗模具材料模具工作部分将产生很大的应力和受到剧烈的摩擦模具表面物质的消耗不同程度的磨损伤痕引起造成将使模具的尺寸发生变化或改变模具的表面状态。严重磨损二、合理选择模具材料开裂方式过热过烧回火不足应力集中严重1.在严重超载或模具材料严重脆化时，在磨损严重处或由掉块所产生的尖角部位引发裂纹。该裂纹一旦萌生后即失稳扩展，使模具突然断裂。2.微裂纹缓慢扩展，直至发生失稳扩展，模具发生脆性断裂。摆辗模具特性高强度高硬度高韧性耐磨性二、合理选择模具材料模具预热的作用消除或降低模具与锻件的温度差，减小温度应力；有利于摆辗件的成形，降低变形力；冷摆辗过程中对模具预热在辗压过程中要注意对模具的冷却。提高摆辗机摆头的转速和每转进给量快速成形；减少坯料在模具中的滞留时间，减少升温。热摆辗很多摆辗机以冷却水循环流动带走模具中的热量，在设计时考虑摆动模与固定模的冷却系统。三、模具的预热和冷却易流动易充填型腔能量消耗较少摩擦力越小越好（一）在摆辗成形过程中能够形成足够的润滑层，不致因在摆辗成形压力及高温下被全部挤走或损失掉。选择温摆辗、热摆辗时的润滑剂必须考虑的条件（二）摩擦系数要小，使摆辗时对模具产生的平均单位辗压力、总辗压力、辗压功率变小。（三）防止热胶着，保持工件表面状态良好。（四）好的热绝缘性能，防止模具过热和毛坯激冷。四、摆辗成形过程中的润滑（五）价廉，化学性能稳定，无害，不会改变所锻金属的性质，易涂抹和易去除，能保证模具表面光洁。润滑剂的使用条件★很好地粘附在模具或坯料表面；★很好地随金属表面变形；★不会形成对成形件精度有不良影响的残渣物和厚膜。四、摆辗成形过程中的润滑小结摆动碾压模具设计的基本要求和关键点1模具设计的注意事项2摆辗成形模具设计4.摆碾机的发展趋势目

录吨位大型化1系列化标准化2操作自动化3造型美观化与简单化4新技术的开发5摆辗力仅是常规锻造力的1/5～1/20一台六千千牛的摆辗机其公称压力一台万吨水压机产生的压力最初的摆辗机现在的摆辗机吨位：七百千牛吨位：一万千牛一、吨位大型化系列化标准化数控系统动态显示摆辗力、位移、液压阀的运动状态；并实现设备故障诊断。采用人机对话界面坯料加热自动化自动上料自动卸件三、操作自动化当今设计的一大趋势美观化简单化对摆辗机的要求亦如此铸造机架结构钢板焊接组合