精密塑性體積成形技術(shù)

1、3.3 精密塑性體積成形技術(shù),3.3.1 緒論3.3.2 精密塑性體積成形的方法3.3.3 精密塑性體積成形實(shí)例,3.3.1 緒論,,（1）精密塑性體積成形的概念（2）精密塑性成形的精度（3）影響鍛件精度的因素（4）擬定精密塑性體積成形工藝時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題（5）精密塑性成形的應(yīng)用,（1）精密塑性體積成形的概念,精密塑性體積成形是指所成形的制件達(dá)到或接近成品零件的形狀和尺寸，它是在傳統(tǒng)塑性加工基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新技術(shù)。它不但可

2、以節(jié)材、節(jié)能、縮短產(chǎn)品制造周期、降低生產(chǎn)成本，而且可以獲得合理的金屬流線分布，提高零件的承載能力，從而可以減輕制件的質(zhì)量，提高產(chǎn)品的安全性、可靠性和使用壽命。該項(xiàng)新技術(shù)由于具有上述諸多優(yōu)點(diǎn)，加之工業(yè)發(fā)展的需要，近20多年來(lái)得到了迅速發(fā)展，尤其在一些工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家發(fā)展迅猛。目前，精密塑性體積成形技術(shù)作為先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成部分，已成為提高產(chǎn)品性能與質(zhì)量、提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵技術(shù)和甫要途徑。,（2） 精密塑性成形的精度,徑向尺寸一般熱

3、模鍛件±0.5～±1.0mm熱精鍛件±0.2～± 0.4mm溫精鍛件為±0.1 ～±0.2mm冷精鍛件為±0 .01～±0.1mm表面粗糙度一般熱模鍛件Ra12.5冷精鍛件Ra0.2～0.4,,據(jù)粗略估計(jì)，每100萬(wàn)t鋼材由切削加工改為精密模鍛，可節(jié)約鋼材15萬(wàn)t(15％)，減少機(jī)床1500臺(tái)。例

4、如德國(guó)BLM公司熱精鍛齒輪多達(dá)100多種，齒形精度達(dá)DIN6級(jí)，節(jié)約材料20％ ～ 30％，機(jī)械性能提高20％ ～ 30％。精鍛螺旋傘齒輪的最大直徑達(dá)280mm，模數(shù)達(dá)到12。美國(guó)、奧地利的熱模鍛葉片占總產(chǎn)量的80％ ～ 90％，葉型精度達(dá)(0.15～0.30)mm，鍛后葉型部分只需拋光、磨光，減少機(jī)械加工余量達(dá)90％。,（3）影響鍛件精度的因素,坯料的體積偏差（下料或燒損）模膛的尺寸精度和磨損模里溫度和鍛體溫度的波動(dòng)模具和鍛件的

5、彈性變形鍛件的形狀和尺寸成形方案模膛和模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)潤(rùn)滑惰況設(shè)備工藝藝操作,（4）擬定精密塑性體積成形工藝時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題,1)在設(shè)計(jì)精鍛件圖時(shí)，不應(yīng)當(dāng)要求所有部位尺寸都精確，而只需保證主要部位尺寸精確，其余部位尺寸精度要求可低些。這是因?yàn)楝F(xiàn)行的備料工藝不可能準(zhǔn)確保證坯料的尺寸和質(zhì)量，而塑性變形是道守體積不變條件的。因此，必需利用某些部位來(lái)調(diào)節(jié)坯料的質(zhì)量誤差。 2)對(duì)某些精鍛件，適當(dāng)?shù)剡x用成形工序，不僅可以使坯料容易成形和保

6、證成形質(zhì)量，而且可以有效地減小盡位變形力和提高校具壽命。,（4）擬定精密塑性體積成形工藝時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題,3)適當(dāng)?shù)夭捎镁ば?，可以有效地保證精度要求。例如，葉片(尤其是型面扭曲的葉片)精鍛后，應(yīng)當(dāng)增加一道精整工序。有時(shí)對(duì)鍛件的不同部位需采用不同的精整工序。 4)坯料良好的表面質(zhì)量(指氧化、脫碳、合金元素貧化和表面粗糙度等)是實(shí)現(xiàn)精密成形的前提。另外，坯料形狀和尺寸的正確與否以及制坯的質(zhì)量等，對(duì)鍛件的成形質(zhì)量也有重要影響。在材料料塑性

7、、設(shè)備噸位和模具強(qiáng)度允許的條件下，盡可能采用冷成形或溫成形。,（4）擬定精密塑性體積成形工藝時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題,5)設(shè)備的精度和剛度對(duì)鍛件的桔度有重要影響，但是模具精度的影響比設(shè)備更直接、更重要些。有了高精度的模具，在一般設(shè)備上也可以成形精度較高的鍛件。 6)在精密成形工藝中，潤(rùn)滑是一項(xiàng)極為重要的工藝因素，良好的潤(rùn)滑可以有效地降低變形抗力，提高鍛件精度和模具壽命。,（4）擬定精密塑性體積成形工藝時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題,7)模具結(jié)構(gòu)的正確設(shè)計(jì)，模具

8、材料的正確選擇以及模具的精確加工，是影響模具壽命的重要因素。8)在高溫和中溫精密成形時(shí)，應(yīng)對(duì)模具和坯料的溫度場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量和控制，它是確定模具材料，模具和模鍛件熱脹冷縮率以及坯料變形抗力的依據(jù)。,（5）精密塑性成形的應(yīng)用,1)大批量生產(chǎn)的零件，例如汽車、摩托車上的一些零件，特別是復(fù)雜形狀的零件。2)航空、航天等工業(yè)的一些復(fù)雜形狀的零件，特別是一些難切削的復(fù)雜形狀的零件；難切削的高價(jià)材料(如鈦、鋯、鉬、鈮等合金)的零件；要求性能高品質(zhì)、使

9、結(jié)構(gòu)質(zhì)量輕化的零件等。,3.3.2 精密塑性體積成形的方法,（1）精密塑性體積成形的分類（2）小飛邊和無(wú)飛邊模鍛（3）擠壓（4）閉塞式鍛造（5）多向模鍛（6）徑向鍛造（7）擺動(dòng)輾壓（8）等溫模鍛和超塑性模鍛（9）精壓,（1）精密塑性體積成形的分類,按成形溫度分類冷成形(冷鍛)室溫下的成形溫成形(溫鍛)室溫以上，再結(jié)晶溫度以下的成形熱成形(熱鍛)在材料再結(jié)晶溫度以上的成形等溫成形（等溫鍛）在幾乎恒

10、溫條件下的成形，變形溫度通常在再結(jié)晶溫度以上。按成形方法分類模鍛、擠壓、閉塞式鍛造、多向模鍛、徑向鍛造、精壓、擺動(dòng)輾壓、精密輾壓、特種軋制、變薄拉深、強(qiáng)力旋壓和粉末成形等。,熱成形(熱鍛)的特點(diǎn),優(yōu)點(diǎn)：變形抗力低材料塑性好流動(dòng)性好成形容易所需設(shè)備噸位小缺點(diǎn)：產(chǎn)品的尺寸精度低表面質(zhì)量差鋼件表面氧化嚴(yán)重模具壽命低生產(chǎn)條件差,冷成形(冷鍛) 的特點(diǎn),優(yōu)點(diǎn)：產(chǎn)品的尺寸精度高表面質(zhì)量好材料利用率高缺點(diǎn)：冷

11、成形的變形抗力大材料塑性低流動(dòng)性差,溫成形(溫鍛) 的特點(diǎn),與冷鍛比較：溫鍛時(shí)由于變形抗力小、材料塑性好，成形比冷鍛容易，可以采用比冷鍛大的變形量，從而減少工序數(shù)目、減少模具費(fèi)用和壓力機(jī)噸位，模具壽命也比冷鍛時(shí)高；與熱鍛相比：溫鍛時(shí)由于加熱溫度低，氧化、脫碳減輕，產(chǎn)品的尺寸精度和表面質(zhì)量均較好。如果在低溫范圍內(nèi)溫鍛，產(chǎn)品的力學(xué)性能與冷鍛產(chǎn)品差別不大。對(duì)不易冷鍛的材料，改用溫鍛可減少加工難度。有些適宜冷鍛的低碳鋼，

12、也可作為溫鍛的對(duì)象。因?yàn)闇劐懗３２恍枰M(jìn)行坯料預(yù)先軟化退火、工序之間的退火和表面磷化處理，這就使得組織連續(xù)生產(chǎn)比冷鍛容易。,溫成形(溫鍛) 的應(yīng)用,溫鍛主要用于以下幾種情況： 1)冷鍛變形時(shí)硬化劇烈或者變形抗力高的不銹鋼、合金鋼、軸承鋼和工具鋼等； 2)冷變形時(shí)塑性差、容易開裂的材料，如鋁合金LC4、銅合金HPb59—1等； 3)冷態(tài)難加工，而熱態(tài)時(shí)嚴(yán)重氧化、吸氣的材料，如鈦、鉬、鉻等； 4)形狀復(fù)雜，或

13、者為了改善產(chǎn)品綜合力學(xué)性能而不宜采用冷鍛時(shí)；5)變形程度較大，或者零件尺寸較大，以致冷鍛時(shí)現(xiàn)有設(shè)備能力不足時(shí)； 6)為了便于組織連續(xù)生產(chǎn)時(shí)。,等溫成形 (等溫鍛) 的特點(diǎn),等溫成形是在幾乎恒溫的條件下成形，這時(shí)模具也加熱到與坯料相同的溫度。通常是在行程速度較慢的設(shè)備上進(jìn)行。主要用于鋁合金、鎂合金和鈦合金鍛件的成形。,（2）小飛邊和無(wú)飛邊模鍛,開式模鍛時(shí)金屬的變形過(guò)程小飛邊模鍛,開式模鍛時(shí)金屬的變形過(guò)程,開式模鍛時(shí)金屬的變形

14、過(guò)程,開式模鍛時(shí)金屬的變形過(guò)程,小飛邊模鍛,為了在模鍛初期就建立足夠大的金屬外流阻力，將飛邊槽設(shè)置在金屬變形較困難的坯料端部。在模鍛初期，中間部分金屬的變形流動(dòng)就受到了側(cè)壁的限制，迫使金屬充滿模膛。這種形式飛邊槽的模鍛，叫作小飛邊模鍛。,無(wú)飛邊模鍛,無(wú)飛邊模鍛，亦稱閉式模鍛，其模膛結(jié)構(gòu)如圖所示，其特點(diǎn)是凸凹模間間隙的方向與模具運(yùn)動(dòng)的方向相平行。在模鍛過(guò)程中間隙的大小不變。由于間隙很小，金屬流人間隙的阻力一開始就很大，這有利于金屬充滿模膛

15、。,無(wú)飛邊模鍛的優(yōu)點(diǎn),1)有利于金屬充滿模腔，有利于進(jìn)行精密模鍛； 2)減少了飛邊損耗，并節(jié)省了切飛邊設(shè)備； 3)無(wú)飛邊模鍛時(shí)金屬處于明顯的三向壓應(yīng)力狀態(tài)塑性材料的成形。,無(wú)飛邊模鍛應(yīng)滿足的下列條件,1)坯料體積準(zhǔn)確；2)坯料形狀合理，并能在模膛內(nèi)淮確定位；3)能夠較推確地控制打擊能量或模壓力；4)有簡(jiǎn)便的取件措施或頂料機(jī)構(gòu)。,（3）擠 壓,擠壓是金屬在三個(gè)方向的不均勻壓應(yīng)力作用下，從?？字袛D出或流人模膛內(nèi)以獲得

16、所需尺寸、形狀的制品或零件的塑性成形工序。目前不僅冶金廠利用擠壓方法生產(chǎn)復(fù)雜截面型材，機(jī)械制造廠已廣泛利用擠壓方法生產(chǎn)各種鍛件和零件。采用擠壓工藝不但可以提高金屬的塑性，生產(chǎn)復(fù)雜截面形狀的制品，而且可以提高鍛件的精度，改善鍛件的內(nèi)部組織和力學(xué)性能，提高生產(chǎn)率和節(jié)約金屬材料等。,擠壓的種類—正擠壓,擠壓的種類—反擠壓,擠壓的種類—復(fù)合擠壓,擠壓的種類—徑向擠壓,各種頭部形狀的正擠壓實(shí)心和空心件,各種形狀的復(fù)合擠壓件,擠壓的變形過(guò)程,

17、1)充滿階段；2)開始擠出階段；3)穩(wěn)定擠壓階段；4)終了擠壓階段。,（4）閉塞式鍛造,閉塞式鍛造是近年來(lái)發(fā)展十分迅速的精密成形方法，先將可分凹模閉合，并對(duì)閉合的凹模施以足夠的合模力，然后用一個(gè)沖頭或多個(gè)沖頭，從一個(gè)方向或多個(gè)方向?qū)δＬ艃?nèi)的坯料進(jìn)行擠壓成形。這種成形方法也稱為閉模擠壓，是具有可分凹模的閉式模鍛。,閉塞式鍛造--十寧接頭,十字接頭成形模具示意圖,十寧接頭鍛件圖,十字接頭變形過(guò)程示意圖,壓擠力和張模力隨工作行程變化的曲

18、線,F一壓擠力；FQ一張模力。,錐形齒輪的閉塞式鍛造示意圖,輪轂螺母的閉塞式鍛造示意圖,閉塞式鍛造的優(yōu)點(diǎn),生產(chǎn)效率高，一次成形便可以獲得形狀復(fù)雜的桔鍛件；由十成形過(guò)程個(gè)坯料處于強(qiáng)烈的三向壓應(yīng)力狀態(tài)，適于成形低塑性材料；金屬流線沿鍛件外形連續(xù)分布。因此，鍛件的力學(xué)性能好。,(5)多向模鍛,多向模鍛是在幾個(gè)方面同時(shí)對(duì)坯料進(jìn)行鍛造的一種新工藝，主要用于生產(chǎn)外形復(fù)雜的中空鍛件。多向模鍛的過(guò)程如圖所示，當(dāng)坯料置于工位上后(圖a)，上下兩

19、模塊閉合，進(jìn)行鍛造(圖b)，使毛坯初步成形，得到凸肩，然后水平方向的兩個(gè)沖頭從左右壓入，將已初步成形的鍛坯沖出所需的孔。鍛成后，沖頭先拔出，然后上下模分開(圖c)，取出鍛件。,典型的多向模鍛件,(a)鑿巖機(jī)缸體(b)三通管接頭(c)飛機(jī)起落架(d)大型閥體,多向模鍛的變形過(guò)程分析,第I階段——基本形成階段由于多向模鍛件大都是形狀復(fù)雜的中空鍛件，而且通常坯料是等截面的，第I階段金屬的變形流動(dòng)特點(diǎn)主要是反擠—鐓粗成形和徑向擠壓成

20、形。第II階段——充滿階段 由第I階段結(jié)束到金屬完全充滿模腔為止為第II階段，此階段的變形量很小，但此階段結(jié)束時(shí)的變形力比第I階段未可增大(2～3)倍。第III階段——形成飛邊階段此時(shí)坯料已極少變形，只是在極大的模壓力作用下，沖頭附近的金屬有少量變形，并逆著沖頭運(yùn)動(dòng)的方向流動(dòng)，形成縱向飛邊。如果此時(shí)凹模的臺(tái)模力不夠大時(shí)，還可能沿凹模分模面處形成橫向飛邊。此階段的變形力急劇增大。這個(gè)階段的變形對(duì)多向模鍛有害無(wú)益，是不希望出

21、現(xiàn)的，它不僅影響模具壽命，而且產(chǎn)生飛邊后，清除也非常困難。,三通管接頭的成形過(guò)程圖,多向模鍛的設(shè)備和裝置,１—拉桿；2—上橫梁；3—活動(dòng)橫梁；4—側(cè)向水平工作缸；5—工作臺(tái)。,四工位模鍛水壓機(jī),影響多向模鍛件成形質(zhì)量的工藝因素,合模力的大小坯料體積和模腔體積坯料的形狀和尺寸坯料在模膛中的定位,多向模鍛的優(yōu)點(diǎn),1)與普通模鍛相比，多向模級(jí)可以鍛出形狀更為復(fù)雜，尺小更加倍確的無(wú)飛邊、無(wú)模鍛斜度(或很小模鍛斜度)的中空鍛件，使鍛

22、件最大眼度地接近成品零件的形狀尺寸。從而顯著地提高材料利用率，減少機(jī)械加工工時(shí)，降低成本。 2)多向模鍛只需坯料一次加熱和壓機(jī)一次行程便可使鍛件成形，因而可以減少模鍛工序，提高生產(chǎn)效率，并能節(jié)省加熱設(shè)備和能源，減少貴重金屬的燒損、鍛件表面的脫碳及合金元素的貧化。一次加熱和一次成形，還意味著金屬在一火之內(nèi)得到大變形量的變形，為獲得晶粒細(xì)小均勻和組織致密的銨件創(chuàng)造了有利條件，這對(duì)于無(wú)相變的高溫合金具有重耍意義。 3)由于多向

23、模鍛不產(chǎn)生飛邊，從而可避免鍛件流線末端外露，提高鍛件的機(jī)械性能，尤其是抗應(yīng)力腐蝕的性能。 4)多向模鍛時(shí)，壞料是在強(qiáng)烈的壓應(yīng)力狀態(tài)下變形的，因此，可使金屬塑性大為提高，這對(duì)鍛造低塑性的難變形合金是很重要的。,多向模鍛的問(wèn)題,1)要求使用剛性好精度高的專用設(shè)備或在通用設(shè)備上附加專用的模鍛裝置；2)要求坯料的尺寸與質(zhì)量精確；3)要求對(duì)坯料進(jìn)行少、無(wú)氧化加熱或設(shè)置去氧化皮的裝置。,（６）徑向鍛造,徑向鍛造是在自由鍛型砧拔長(zhǎng)

24、的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，用于長(zhǎng)軸類件鍛造的新工藝，用于鍛造截面為圓形、方形或多邊形的等截面或變截面的實(shí)心軸(圖a)、內(nèi)孔形狀復(fù)雜或內(nèi)孔細(xì)長(zhǎng)的空心軸(圖b)。,徑向鍛造的工作原理,利用分布于坯料橫截面周圍的兩個(gè)或兩個(gè)以上的錘頭，對(duì)坯料進(jìn)行高頻率同步的鍛打。 在鍛造圓截面的工件時(shí)，坯料與錘頭既有相對(duì)的軸向運(yùn)動(dòng)，又有相對(duì)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，在鍛造非圓截面的工件時(shí)，坯料與錘頭僅有軸向相對(duì)運(yùn)動(dòng)，而無(wú)相對(duì)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。,滾柱式旋轉(zhuǎn)鍛造機(jī)原理,1—外環(huán)；２

25、—滑塊；3—滾柱石；４——上錘頭；5—調(diào)整墊片；６—夾圈； 7—主軸；８—毛坯。,曲柄連桿式徑向鍛造機(jī)工作示意圖,徑向鍛造的變形特點(diǎn),徑向鍛造是多向同時(shí)鍛打，可以有效地限制金屬的橫向流動(dòng)，提高軸向的延伸效率。徑向鍛造是多向鍛打，能夠減少和消除坯料橫斷面內(nèi)的徑向拉應(yīng)力，可以鍛造低塑性，高強(qiáng)度的難熔金屬，如鎢、鉬、鈮、鋯、鈦及其合金。徑向鍛造機(jī)的“脈沖加載”頻率很高，每分鐘在數(shù)百次甚至上千次以上，這種加載方式可以便金屬的內(nèi)外摩擦系數(shù)降

26、低，使變形更均勻，更易深入內(nèi)部，有利于改善鍛件心部組織，提高其性能。徑向鍛造時(shí)每次鍛打的變形量很小，變形區(qū)域小，金屬移動(dòng)的體積也很小。因此，可以減小變形力，減小設(shè)備噸位和提高工具的使用壽命。,徑向鍛造的加工質(zhì)量,由于徑向鍛機(jī)的工作精確度高、剛度大和每次鍛打的變形量小，因此徑向鍛造的鍛件可以獲得較高的尺寸精度和較低的表面粗糙度冷鍛時(shí)尺寸精度為(2～4)級(jí)表面粗糙度為Ra(0.8～0.4)；熱鍛時(shí)尺寸精度為(6—7)級(jí)

27、表面粗糙度為Ra(1.6—3.2)。鍛件的表面粗糙度隨坯料橫截面壓縮量的增大而降低。,目前徑向鍛造的鍛件，其尺寸已達(dá)到相當(dāng)大的范圍。例如，在滾柱式旋轉(zhuǎn)鍛機(jī)上鍛制的鍛件，其直徑從φ15mm(實(shí)心的)到φ320mm(管)，目前國(guó)內(nèi)使用的徑向鍛機(jī)可鍛最大直徑為φ250mm 的實(shí)心件、最長(zhǎng)達(dá)6m；世界上已有可鍛最大直征為φ900mm 、長(zhǎng)度達(dá)10m的徑向鍛機(jī)。,徑向鍛造的加工范圍,徑向鍛造的鍛件品種,1)電機(jī)軸、機(jī)床主軸、火車軸、

28、汽車、飛機(jī)、坦克上的實(shí)心軸和錐度軸，以及自動(dòng)步槍的活塞桿等； 2)帶有來(lái)復(fù)線的槍管、炮管和深螺母、內(nèi)花鍵等有特定形狀內(nèi)孔的零件； 3)各種汽車橋管、各種高壓儲(chǔ)氣瓶、炮彈、航家用球形儲(chǔ)氣瓶、火箭用噴管等需縮口、縮徑的零件； 4)矩形、六邊形、八邊形以及三棱刺刀等異形截面的零件。,,例如汽車吸振器的活塞桿和汽車轉(zhuǎn)向柱，以前均是用實(shí)心棒料車削而成，現(xiàn)改用標(biāo)準(zhǔn)低碳鋼管坯進(jìn)行旋鍛生產(chǎn)，前者每分鐘可生產(chǎn)5件，桿端完全封

29、閉，與實(shí)心件相比，減重約40％；后者每分鐘可生產(chǎn)(2.5—3)件，減重可達(dá)70％。,（７）擺動(dòng)輾壓,擺動(dòng)輾壓是20世紀(jì)60年代才出現(xiàn)的一種新的壓力加工成形方法。它適于盤類、餅類和帶法蘭的軸類件的成形，特別適用于較薄工件的成形。,擺動(dòng)輾壓工作原理,擺動(dòng)輾壓的工作原理如圖所示，圓錐形上模的中心線OO’與擺鈾中心線ＯＺ成θ角，稱作為擺角。當(dāng)擺軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，擺頭的中心線ＯO’繞擺軸中心線OZ作旋轉(zhuǎn)，于是擺頭產(chǎn)生回?cái)[運(yùn)動(dòng)，與此同時(shí)，滑塊3在油缸作用下

30、上升。這樣，擺頭的母線便在工件上連續(xù)不斷地滾動(dòng)，局部地、順序地對(duì)工件施加壓力，最后達(dá)到整體成形的目的。由此可見(jiàn)，擺動(dòng)輾壓是一種連續(xù)局部加載的成形方法。,１—擺頭(上模)；2 —坯料； 3—滑塊；４—進(jìn)給缸。,擺輾時(shí)的變形區(qū),厚件擺輾時(shí)的變形區(qū),薄件擺輾時(shí)金屬的變形和流動(dòng)情況,普通模鍛與擺動(dòng)輾壓所需軸向力的比較,擺動(dòng)輾壓的優(yōu)點(diǎn),省力，可以用較小設(shè)備成形較大的鍛件　　因擺動(dòng)輾壓是局部加載成形工藝，因此，可以大大降低變形力。實(shí)踐證明，加

31、工相同鍛件，其輾壓力僅是常規(guī)鍛造方法變形力的1/5～1/20。產(chǎn)品質(zhì)量高，可用于精密成形 　　由于是局部加載，可以建立比較高的單位壓力．如果工件較薄和模具的尺寸精度和光潔度很高時(shí)，可以得到精密尺寸的工件，表面粗糙度可達(dá)Ra(0.2～0.4)。機(jī)器的振動(dòng)及噪聲小，工作條件較好,典型擺輾零件,法蘭盤、銑刀坯、碟形彈簧坯、汽車后半軸、揚(yáng)聲器導(dǎo)磁體、傘齒輪、端面齒輪、鏈輪、銷軸等。,（８）等溫模鍛和超塑性模鍛,等溫模鍛是指坯料在幾乎

32、恒定的溫度條件下模鍛成形。為了保證恒溫成形的條件，模具也必需加熱到與坯料相同的溫度。 等溫模鍛常用于航空、航天工業(yè)中鈦合金、鋁合金、鎂合金等零件的精密成形，其原因有二： 1)在常規(guī)鍛造條件下，這些金屬材料的鍛造溫度范圍比較窄。尤其在鍛造具有薄的腹板、高勸和薄壁零件件時(shí)，坯料的熱量很快地向模具散失，溫度降低、變形抗力迅速增加，塑性急劇降低，不僅需要大幅度地提高設(shè)備噸位，也易造成鍛件和模具開裂。尤其是鈦合金更為明顯，它對(duì)變形

33、溫度非常敏感欽合金等溫模鍛時(shí)的變形力、大約只有普通模鍛變形力的1/5～1/10。 2)某些鋁合金和高溫合金對(duì)變形溫度很敏感，如果變形溫度較低，變形后為不完全再結(jié)晶的組織．則在固溶處理后易形成粗晶，或晶粒粗細(xì)不均的組織，致使鍛件性能達(dá)不到技術(shù)要求。,等溫鍛造與常規(guī)鍛造方法的區(qū)別,等溫鍛造常用的成形方法也是開式模鍛、閉式摸鍛和擠壓等，它與常規(guī)鍛造方法的不同點(diǎn)在于：鍛造時(shí)，模具和坯料要保持在相同的恒定溫度下。這一溫度是介于冷鍛和熱鍛之間

34、的一個(gè)中間溫度，對(duì)某些材料，也可等于熱鍛溫度?？紤]到材料在等溫鍛造時(shí)具有一定的粘性，即應(yīng)變速率敏感性，等溫鍛造時(shí)的變形速度應(yīng)很低。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐，采用等溫鍛造工藝生產(chǎn)薄腹板的肋類、盤類、梁類、框類等精鍛件具有很大的優(yōu)越性。目前，普通模鍛件肋的最大高寬比為6：1，一般精密成形件肋的最大高寬比為15：1，而等溫模鍛時(shí)肋的最大高寬比達(dá)23：1，肋的最小寬度為2.5mm，腹板厚度可達(dá)(1.5～2.0)mm。,等溫鍛造模具圖,1—下模

35、板；2 —中間墊板；3、8 —隔熱層；4、5 —加熱圈；６—凸模；7 —上模板；9—凹模；10—頂桿；11—墊扳。,超塑性模鍛,超塑性模鍛也是在恒溫條件下成形，但是要求在更低的變形速度和適宜的變形溫度下進(jìn)行。因此，要求設(shè)備的行程速度更慢。而且超型性模鍛前坯料需進(jìn)行超塑性處理以獲得極細(xì)的晶粒組織。,（９）精壓,為了進(jìn)一步提高招密成形鍛件的精度和降低表面粗糙度，最終達(dá)到精鍛件圖的要求，在鍛壓生產(chǎn)中常采用精壓的方法。在實(shí)際生產(chǎn)

36、中，由于設(shè)備，模具和鍛件的彈復(fù)量控制不準(zhǔn)確，模具和坯料的熱脹冷縮值控制不準(zhǔn)確，模膛的個(gè)別部位不易充滿，整個(gè)或局部模膛的磨損或變形，鍛件在取出過(guò)程中可能有變形，采用局部塑性變形工藝時(shí)(例如輥鍛等)變形區(qū)金屬的流動(dòng)規(guī)律控制不夠準(zhǔn)確，使鍛件尺寸精度較低。因此，某些取件經(jīng)初步精密成形后還需進(jìn)一步精壓。,精壓件的加工質(zhì)量,表面租糙度鋼件：Ｒａ(3.2～1.6)，鋁合金件 ：Ｒａ(0.8～0.4)尺寸精度一般為±(0

37、.1～0.25)mm，,精壓的種類,根據(jù)金屬變形情況，精壓時(shí)可分為平面精壓體積精壓局部體積精壓精壓可以冷態(tài)、溫態(tài)和熱態(tài)下進(jìn)行。,平面精壓,平面精壓是利用精壓平板將模壓件某些平面壓到所要求的尺寸。平面精壓用于精鍛件的平面精整，但有時(shí)也用于一般模鍛件。平面精壓一般在精壓機(jī)上進(jìn)行，但也可以在沖床上進(jìn)行。如果設(shè)計(jì)一套限程的裝置，可以在摩擦壓力機(jī)或液壓機(jī)上進(jìn)行。,平面精壓時(shí)的變形,平面精壓實(shí)質(zhì)上是在二平板間的自由鐓粗。精

38、壓時(shí)金屬流動(dòng)同樣遵循鐓粗時(shí)的金屬變形規(guī)律。,精壓時(shí)的單位壓力分布示意圖,平面精壓時(shí)工件與模具的變形示意圖,提高精壓件尺寸精度的工藝措施,(1)降低精壓時(shí)工件的平均單位壓力q；措施：1)采用熱精壓；2)適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行潤(rùn)滑；3)控制每次精壓時(shí)的變形程度和精壓余量。(2)減小精壓面積Ｆ；(3)提高精壓模的結(jié)構(gòu)剛度和模板材料的硬度；(4)其它工藝措施（如采用帶限程塊的精壓模、將精壓模板的工作表面預(yù)先做成小心帶凸起的形狀或?qū)⒕珘杭呐?/p>

39、料預(yù)先做成中心凹陷的形狀）。,體積精壓,體積精壓是利用精確模具對(duì)鍛件的所有表面進(jìn)行精壓。體積精壓時(shí)在鍛件的全部體積內(nèi)均發(fā)生塑性變形。體積精壓的模具比初鍛模具的精度高，表面粗糙度低。因而對(duì)具有一定精壓余量并經(jīng)過(guò)清理的初鍛件進(jìn)行精壓后，就可以獲得表面質(zhì)量和尺寸精度更高的精鍛件。,體積精壓一般應(yīng)用于精壓截面形狀復(fù)雜的中、小型零件，特別適用于有色金屆零件的精壓。例如，某些鋁合金精鍛件，其尺寸精度和表面粗糙度要求很高，經(jīng)體積精壓后，型面不再機(jī)

40、械加工。而一般模鍛后達(dá)不到這樣高的精度要求，因此，工件在初鍛后需再進(jìn)行體積精壓，以達(dá)到精鍛件圖的技術(shù)要求。又如斜錐齒輪的齒形復(fù)雜，精度和表面粗糙度要求高，僅采用一次熱精鍛不能達(dá)到尺寸精度和表面粗糙度要求，而且模具壽命很低。在熱精鍛后，進(jìn)行溫?zé)?750℃～850 ℃)精壓是保證鍛件達(dá)到尺寸精度和表面粗糙度要求的關(guān)鍵。又如中、小尺寸的汽輪機(jī)葉片，在高速錘上擠壓或輥鍛后葉身部分的精度較差。如果隨后再進(jìn)行一次精鍛，便可獲得較高的精度。精

41、鍛后的葉身可以僅少量切削加工或可直接進(jìn)行拋光。再如擠壓的鋁管和鋼管，出于凹?？卓诘哪p，直徑尺寸的偏差較大，軋制的鈉棒直徑偏差也較大，而如果在擠壓或軋制后再增加一道拉拔工序進(jìn)行整徑，則可以獲得較高的尺寸精度。,體積精壓的精壓余量,黑色金屬：0.5mm左右；有色金屬：(0.5～0.15) mm。如果精壓的變形量較大時(shí)，可經(jīng)過(guò)多次精壓(黑色金屬每次精壓前均需經(jīng)過(guò)退火或正火)，最后一次精壓余量必須取小一些，以保證鍛件的精度。,

42、體積精壓模具的飛邊槽形狀,敞開式飛邊槽,封閉式飛邊槽,局部體積精壓,整體精壓時(shí)，變形抗力較大，需要較大噸位的設(shè)備，對(duì)模具的強(qiáng)度要求也很高。而實(shí)際生產(chǎn)中，有些精鍛件僅部分尺寸精度要求較高，而另一些部位允許少量加工。對(duì)這樣的鍛件只需要局部體積精壓就可以了。局部體積精壓時(shí)，根據(jù)精壓部位的具體形狀和尺寸，采用恰當(dāng)?shù)木珘悍椒ǎ粌H可以較好地達(dá)到精度要求，而且可以有效地降低變形抗力，簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)和提高模具壽命。有些鍛件采用局部體積精壓比整體精壓具有

43、更好的效果。,高速錘擠壓的葉片工藝,3.3.3 精密塑性體積成形實(shí)例,(1)直齒圓錐齒輪的精密模鍛(2)直齒圓柱齒輪精密模鍛(3)同步齒圈的精密成形(4)汽車輪胎螺母的熱擠、溫?cái)D和冷擠(5)深孔變壁厚錐形件的擠壓成形(6)步槍槍管冷精密成形 (7)汽輪機(jī)葉片溫?zé)峋珘撼尚?8) LD5鍛鋁合金葉片等溫精密成形(9)鋁合金筒形機(jī)匣等溫精密成形(10)鎂合金上機(jī)匣等溫精密成形,(1)直齒圓錐齒輪的精密模鍛,直齒圓錐齒輪的精密

44、模鍛獲得廣泛的應(yīng)用。很多文獻(xiàn)指出，精鍛齒輪有連續(xù)的金屬流線(沿齒廓合理分布)和致密的組織，輪齒的強(qiáng)度，齒面的耐磨能力，熱處理變形量和嚙合噪聲等都比切削加工的齒輪優(yōu)越。與切削加工比較，精鍛齒輪的強(qiáng)度和抗彎疲勞壽命提高20％，熱處理變形比切削齒輪減少30％，生產(chǎn)成本降低20％以上。并且認(rèn)為，生產(chǎn)批量在(300—500)件以上，經(jīng)濟(jì)上就是合理的。,工藝過(guò)程,下料—車削外圓，除去表面缺陷層(切削余量為(1～1.5mm)加熱—精密模鍛—冷切邊—

45、酸洗(噴砂)鏜孔、車背錐球面—熱處理—噴九—磨內(nèi)孔、磨背錐球面。 精鍛時(shí)，在燃油環(huán)形轉(zhuǎn)底式快速少無(wú)氧化加熱爐中加熱坯料。精壓時(shí)，把鍛件加熱到(800～900) ℃，用高精度模具進(jìn)行熱體積精壓。采用精壓工序有利于保證零件精度和提高模具壽命。,某行星齒輪的零件圖,材料18CrMnTi,行星齒輪精鍛件圖,行星齒輪精鍛模,行星齒輪凹模,行星齒輪上模,,凹模采用預(yù)應(yīng)力組合結(jié)構(gòu)，模膛采用電脈沖方法加工，加工模膛用的電極根據(jù)齒輪零件圖設(shè)計(jì)，

46、并考慮下述因素：鍛件冷卻時(shí)的收縮，鍛模工作時(shí)的彈性變形和模具的磨損，電火花放電間隙，電加工時(shí)的電極損耗等。凹模和凸棋材料采用3Cr2w8v鋼，熱處理硬度為HRc(48～52)。該件在3000kN摩擦壓力機(jī)上精鍛，潤(rùn)滑劑采用70％機(jī)油＋30％石墨。精鍛齒輪的尺寸精度和內(nèi)部組織完全達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。行星齒輪由切削加工改為精密成形后，材料利用率由41.6％提高到83％，提高工效2倍。,(2)直齒圓柱齒輪精密模鍛,工藝過(guò)

47、程如下：下料(熱軋棒材)，除去材料表面缺陷坯料防氧化加熱到1000℃預(yù)鍛(制坯)齒輪熱精鍛(4000kN摩擦壓力機(jī)，水劑石墨潤(rùn)滑冷卻)余熱退火表面清理 (去氧化皮)，粗車內(nèi)孔和齒輪端面磷化處理(視需要)齒面推擠精整(室溫下，液壓機(jī)，植物油潤(rùn)滑)，齒面單側(cè)推擠余量厚度為(0.12～0.15) mm 。推擠后齒輪精度比推擠模型膛齒的精度低1級(jí)。,直齒圓柱齒輪零件圖,直齒圓柱齒輪精鍛件醫(yī),齒輪熱精鍛模,齒輪冷推擠模,(3)

48、同步齒圈的精密成形,同步齒圈，材料為H62黃銅，該件形狀極為復(fù)雜，關(guān)鍵是凹槽的各個(gè)面成90°相交，且無(wú)過(guò)渡圓角。這三個(gè)槽用切削方法無(wú)法加工，而用壓力加工方法成形則較簡(jiǎn)便。 同步齒圈可以用開式模鍛的方法成形，也可以用閉式模鍛的方法成形。兩種成形方法都可以得到合格的零件，但開式模鍛時(shí)由于飛邊損耗較大，材料利用率較低.,開式模鍛的模具結(jié)構(gòu)圖,閉式模鍛的模具結(jié)構(gòu)圖,(4)汽車輪胎螺母的熱擠、溫?cái)D和冷擠,汽車輪胎螺母零件田,輪胎螺

49、毋各種加工方法的材料利用率,熱擠壓工序圖,(a)坯料；(b)鍛坯;;(c)鍛件。,熱擠壓工藝流程,1)沖床上剪切下料：坯料尺寸見(jiàn)上圖 (a)。2)加熱坯料：用中頻感應(yīng)爐將坯料加熱到1200℃。3)預(yù)鍛成形：鍛坯尺寸如上圖 (b)所示。4)熱擠壓：在100kN摩擦壓力機(jī)擠壓。最大變形力為800kN。熱擠壓后獲得上圖 (c)所示的鍛件。,熱擠壓模具,熱擠壓沖頭,熱擠壓凹模,（5）深孔變壁厚錐形件零件的擠壓成形,零件材料

50、為硬鋁合金LY11。該件下端錐形角度為25°；錐體長(zhǎng)度與直徑比為2，孔的深度與直徑比為3，由于孔的深度進(jìn)入錐形部位，使擠壓件的壁厚由筒體向錐形部位逐漸變薄，圓筒部位的壁厚為5.7mm，錐形區(qū)域的最窄處只有2mm。由于該件形狀復(fù)雜，成形的難度較大，需要兩道工序才能擠壓成形。,深孔變壁厚錐形件冷擠壓工序略圖,(a)下料；(b)預(yù)成形；(c)一次擠壓；(d)二次擠壓。,工藝過(guò)程,下料氧化預(yù)成形退火氧化一次擠壓清洗退火

51、氧化二次擠壓淬火、時(shí)效機(jī)械加工。,一次擠壓模具,二次擠壓模具,錐形成形模,（6）步槍槍管冷精密成形,槍管是一種厚壁空心管件，它由線膛、彈膛、外表面三部分組成。槍管外表面為一錐形外圓，其上有四個(gè)圓柱部位用于與四個(gè)零件配合。裝配部位采用磨削加工，外表面應(yīng)保證一定的尺寸精度和租糙度。槍管內(nèi)膛受到高溫、高壓和彈丸的摩擦沖擊作用，因此槍管材料應(yīng)具有一定的機(jī)械性能和耐磨、耐蝕性能。金相組織要求均勻、細(xì)密、品粒度(4～6)級(jí)，有良好的加工性能。

52、槍管材料為50BA，抗拉強(qiáng)度σb為(800～1000)MPa，延伸串δ不小于8％。,精鍛件外形圖,工藝過(guò)程,熱鍛槍管頭部打深孔擠壓光膛調(diào)質(zhì)處理車外圓錐度精鍛去應(yīng)力回火機(jī)加工彈膛。,技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益,冷相接槍管工藝與切削加工為主的舊工藝相比，有很大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。(1)節(jié)省槍管材料15％～20％。如采用無(wú)縫鋼管可以節(jié)省25％～30％。(2)提高了槍管的強(qiáng)度和使用壽命。槍管經(jīng)冷精鍛后，纖維分布連續(xù)，組織均勻、細(xì)密，機(jī)械性能

53、提高5％～10％。增加了耐磨和抗蝕性能。(3)降低加工工時(shí)25％～30％，減少加工設(shè)備20％～25％，采用無(wú)縫鋼管作坯料時(shí)設(shè)備減少更多。 (4)工件精度高。外徑公差±0.19mm，表面粗糙度Ra(1.6～0.8)，內(nèi)徑公差± 0.005mm，表面租糙度Ra (0.4～0.2)。(5)節(jié)省勞動(dòng)力20％～30％。操作精鍛機(jī)不一定要高技術(shù)水平的工人。由于工序減少，相應(yīng)的工裝、刀、夾、量具節(jié)省30％～35％。

54、,（7） 汽輪機(jī)葉片溫?zé)峋珘撼尚?汽輪機(jī)第2—9級(jí)直葉片，原來(lái)采用方坯銑削加工，材料利用率很低。后改為在高速錘上擠壓成形。由于擠壓凹模的孔口圓角很易磨損和變形，另外，模鍛時(shí)兩半模在高度方向常產(chǎn)生錯(cuò)移，鍛件的尺寸精度較差，機(jī)加工時(shí)廢品率較高，有時(shí)高達(dá)40％。后來(lái)增加了一道精壓工序，使成品率大幅度提高(達(dá)到98％)，采用該工藝后不僅葉片的型面精度高，而且葉片的組織和綜合機(jī)械性能均有較大提高。,葉片的精鍛件圖（材料為1Crl3和2Crl3）

55、,20萬(wàn)kW汽輪機(jī)第2級(jí)—9級(jí)直葉片溫?zé)峋珘撼尚喂に嚵鞒?1)鋸料：下料長(zhǎng)度公差±1.50mm；2)清理：噴砂，磨毛刺；3)鍛造；加熱溫度為(1150±20) ℃，采用200kN·m高速錘4)回火：溫度(680～720)℃；5)清理：除飛邊、噴砂；6)精壓過(guò)渡四角：溫度為(650 ～680) ℃；7)磨拋：磨拋葉片內(nèi)弧表面；8)精壓葉片內(nèi)?。簻囟葹?650 ～680) ℃；9)去應(yīng)力回火：溫

56、度為(650 ～670) ℃ ，保溫4h ；l0)終檢。,精壓模結(jié)構(gòu)圖,模具材料選用4Cr5W2VSi，熱處理硬度為HRC(48～52)。,精壓外形尺寸精度,精壓在1000kN精壓機(jī)上進(jìn)行，采用硅油潤(rùn)滑。精壓后鍛件的外形尺寸精度達(dá)到如下指標(biāo)： 1)內(nèi)弧型線與樣板進(jìn)出汽邊接觸時(shí)，中間漏光不大于0.2mm。 2)內(nèi)弧母線與葉根內(nèi)徑向面不平行度不大于0.1mm。 3)內(nèi)弧型面全長(zhǎng)內(nèi)不平直度不大于0.1mm。4)內(nèi)

57、弧型線表面粗糙度Ra1.6。5)精壓后的葉片晶粒細(xì)小均勻，為細(xì)小的馬氏體組織。機(jī)械性能，尤其是沖擊韌性遠(yuǎn)超過(guò)技術(shù)條件的要求。,20萬(wàn)kw汽輪機(jī)第2級(jí)～9級(jí)直葉片機(jī)械性能測(cè)試結(jié)果,由于工作條件的特殊要求，該葉片形狀極為復(fù)雜，在空間作了7°30′和2°40′ 兩維方向的旋轉(zhuǎn)，零件一端兩面帶有臺(tái)階，另一端僅厚0.8mm，而下面具有夾角，且不平度要求小于0.07mm，尺寸精度為0.1mm，表面粗糙度為Ra(3.2～1.

58、6)。該件原生產(chǎn)工藝采用車、銑、磨等共33道生產(chǎn)工序。工序繁多，材料利用率極低，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，生產(chǎn)成本很高。該葉片采用等溫精鍛成形采用這種新工藝模壓出來(lái)的LD5葉片精鍛件，除裝配孔和裝配面有較少余量外，其余部位不再機(jī)械加工，生產(chǎn)工序縮短為17道。,（8）LD5鍛鋁合金葉片等溫精密成形,葉片鍛件圖,等溫鍛造裝置,等溫鍛造效果,采用等溫桔鍛工藝成形的葉片精鍛件，尺寸精度為0.1mm；表面祖溫度為Ra(1.6～0.8)；葉面不平度小于0.

59、07mm(85％部位不平度小于0.05mm)。完全達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，而且金相組織細(xì)小均勻，機(jī)械性能超過(guò)了技術(shù)條件要求。采用等溫精鍛工藝生產(chǎn)該葉片，節(jié)省了16道生產(chǎn)工藝，節(jié)省了九臺(tái)機(jī)床，材料利用串從21.7％提高到53.8％。使生產(chǎn)周期縮短，經(jīng)濟(jì)效益顯著提高。,(9)鋁合金筒形機(jī)匣等溫精密成形,筒形機(jī)匣是某直升機(jī)的關(guān)鍵零件，材料是7075合金。該機(jī)匣的幾何形狀很復(fù)雜，零件的一端帶法蘭，而另一端為非均勻分布的四個(gè)凸耳。凸耳高近60mm、

60、長(zhǎng)45mm，靠近凸耳一段的外側(cè)表面有近90mm高的非加工表面。簡(jiǎn)形機(jī)匣的凸耳是重要的受力部分，在飛機(jī)起飛、飛行及降落過(guò)程中承受著較大的負(fù)荷。因此，要求鍛件流線沿其幾何外形分布，不允許有流線紊亂、渦流及穿流現(xiàn)象，且晶粒尺寸要求細(xì)小均勻。簡(jiǎn)形機(jī)匣的復(fù)雜形狀和上述的高技術(shù)要求決定了該件的成形工藝非常復(fù)雜，必須采用合理的工藝和有效的措施，才能完成該件的精密成形。,筒形機(jī)匣鍛件圖,筒形機(jī)匣成形方案示意圖,筒形機(jī)匣等溫精鍛模具示意圖,(10)鎂合金

61、上機(jī)匣等溫精密成形,上機(jī)匣是直升機(jī)上旋冀懸吊的關(guān)鍵受力件，其上的四個(gè)凸耳承受著整機(jī)的起飛質(zhì)量。由于受力繁重，對(duì)該件的組織性能要求很高，并要金屬流線沿零件的幾何外形分布。上機(jī)匣的尺寸大、形狀非常復(fù)雜，尺寸精度要求高，徑向最大尺寸為680mm(凸耳處徑向尺寸為710mm)，零件周邊非均勻分布四個(gè)凸耳，且凸耳寬而外伸，凸耳最高處達(dá)155mm，深80mm。另外，還有六條徑向肋(高寬比最大為9.2)，凸耳、高肋之間尺寸精度要求很高，鍛件表面