先進鍛壓技術

先進鍛壓技術第1頁，共26頁，2023年，2月20日，星期三第一節(jié)精密模鍛精密模鍛是在普通模鍛設備上直接鍛造出形狀復雜、精度可達IT10~IT12、表面粗糙度Ra3.2~0.8μm的鍛件的模鍛工藝。精密模鍛鍛件無需或少量進行切削加工即可使用，在加工過程中必須采取一系列相應的工藝措施。第2頁，共26頁，2023年，2月20日，星期三1．工藝流程精密模鍛必須先將原始坯料經普通模鍛成為中間坯料，再對中間坯料進行嚴格的清理，除去氧化皮和缺陷，最后采用無氧化或少氧化加熱后精鍛。錐齒輪精密模鍛的工藝流程為：落料→少、無氧化加熱到1000~1150℃→預鍛→終鍛→空冷→切邊、清理氧化皮→少、無氧化加熱至700~850℃→精壓→保護介質中冷卻→切邊、檢驗→以齒形定位加工軸孔。第3頁，共26頁，2023年，2月20日，星期三2．工藝特點（1）需精確計算原始坯料的尺寸，精確落料。（2）需采用噴砂、酸洗等方法清除坯料表面的氧化皮、脫碳層。（3）需采用少、無氧化方式加熱，以減少坯料表面的氧化和脫碳現象。（4）需采用精度高、剛度好的摩擦壓力機、曲柄壓力機或高速模鍛錘等鍛造設備進行鍛造。（5）鍛模精度高，凹模開排氣孔；鍛模上、下模之間需采用導柱、導套，以保證上、下模精確合模。（6）鍛件采用保護冷卻（如坑冷、介質中冷卻等），減少氧化。第4頁，共26頁，2023年，2月20日，星期三3．應用精密模鍛近年來發(fā)展較快，汽車、拖拉機中的直齒錐齒輪、飛機操縱桿、渦輪機葉片、發(fā)動機連桿及醫(yī)療器械等復雜零件均采用了精密模鍛技術。精密模鍛在中、小型復雜零件的大批量生產中得到了較廣的應用。第5頁，共26頁，2023年，2月20日，星期三第二節(jié)精密沖載用普通沖裁所得到的工件，剪切斷面比較粗糙，而且還會產生塌角、毛刺等缺陷，并帶有斜度，工件的尺寸精度較低。精密沖裁是在專用精沖壓力機或普通壓力機上使用帶V形齒圈壓板的精密沖裁法，它是在普通沖裁基礎上發(fā)展起來的一種沖裁工藝。精沖件斷面平直、光亮、外形平整，尺寸精度可達IT5~IT6級，表面粗糙度Ra值可達0.8~0.4μm，因此不需進行任何加工即可直接使用。第6頁，共26頁，2023年，2月20日，星期三精沖時，齒圈壓板2將板料3壓緊在凹模5表面，V形齒壓人材料，使坯料徑向受到壓縮，當凸模下壓時，板料處于凸模1的下壓力、齒圈壓板2的壓邊力及頂板4的反壓力的共同作用下，此外由于凸、凹模的間隙很小，坯料處于強烈的三向壓應力狀態(tài)，提高了材料的塑性，抑制了剪切過程中裂紋的產生，使沖裁過程以接近于純剪切的變形方式進行。1——凸模2——齒圈壓板3——板料4——頂板5——凹模第7頁，共26頁，2023年，2月20日，星期三第三節(jié)軋制一、縱軋軋輥軸線與坯料軸線互相垂直的軋制方法。有型材軋制、輥鍛軋制等方法。輥鍛軋制將坯料在裝有扇形模塊的一對相對旋轉的軋輥中間通過，使坯料受壓發(fā)生塑性變形，從而獲得鍛件或鍛坯的鍛壓方法。輥鍛的實質是縱向軋制，根據工件形狀的復雜程度，可以一次輥鍛成形，也可以分別在軋輥上的幾個模槽中輥鍛多次。第8頁，共26頁，2023年，2月20日，星期三與模鍛件相比，輥鍛件力學性能較好，尺寸穩(wěn)定，可節(jié)省材料，但尺寸和形狀精度不高并且只能使截面變小，不能使截面變大，故主要適用于生產長軸類、長桿類鍛件或鍛坯。目前，輥鍛工藝已用于制造汽車、拖拉機的前梁、連桿、傳動軸、轉向節(jié)以及渦輪機葉片等零件。第9頁，共26頁，2023年，2月20日，星期三二、橫軋軋輥軸線與坯料軸線互相平行的軋制方法。橫軋生產效率高，節(jié)省金屬材料，常用于生產各種類型的齒輪、螺紋。有齒輪軋制、輾環(huán)軋制等方法。齒輪熱軋輾環(huán)軋制第10頁，共26頁，2023年，2月20日，星期三三、楔橫軋楔橫軋是一種特殊的橫軋工藝，利用兩個圓周面上鑲有楔形凸塊，并作同向旋轉的平行軋輥，對軸向送進的坯料進行軋制的方法。楔橫軋主要靠兩個楔形凸塊壓縮坯料，使坯料徑向尺寸減小，長度增加。楔形凸塊由三部分組成：楔入部分、展寬部分、精整部分。楔橫軋工件尺寸精度高、表面粗糙度值低，并且生產率高，易于實現自動。但軋輥楔形凸塊制造較為困難，故適用于大批量生產軸類毛坯。第11頁，共26頁，2023年，2月20日，星期三四、斜軋軋輥軸線與坯料軸線成一定空間角度的軋制方法。常見的斜軋方式有螺旋斜軋、穿孔斜軋等。螺旋斜軋有鋼球軋制、周期軋制、絲杠冷軋等。兩軋輥相交成一定角度，作同向旋轉，軋輥上有多頭圓弧形螺旋槽，圓柱形坯料在軋輥作用下繞自身軸線旋轉，并沿軸線方向前進，在軋輥擠壓下產生連續(xù)變形。鋼球軋制周期軋制第12頁，共26頁，2023年，2月20日，星期三穿孔斜軋主要用于生產無縫鋼管。斜軋工藝廣泛應用于鋼球、熱軋麻花鉆、汽車防滑釘、多聯齒輪以及管類零件或毛坯的生產中。第13頁，共26頁，2023年，2月20日，星期三第四節(jié)多向模鍛將加熱的金屬坯料置于多分模面的組合鍛模中，在多向鍛壓機上一次行程中，用幾個沖頭從不同方向同時或先后對坯料施加脈沖力，獲得形狀復雜的精密鍛件。多向模鍛須采用專用多向模鍛壓力機，在相互垂直或交錯的方向加壓第14頁，共26頁，2023年，2月20日，星期三多向模鍛實際上是以擠壓為主，加閉式模鍛，金屬分布合理，金屬流線完好、理想，力學性能好，強度一般能提高30%以上，延伸率也有提高。采用擠壓成形的多向模鍛亦稱三維擠壓。多向模鍛采用封閉式鍛模，沒有飛邊槽，鍛件可設計成空心或實心的，零件易卸出，脫模斜度小，鍛件精度高，材料的利用率較高，達40%~90%以上。毛坯加熱時抗氧化要求高，毛坯尺寸要求嚴格，下料需準確。第15頁，共26頁，2023年，2月20日，星期三第五節(jié)擺動輾壓擺動碾壓簡稱擺碾，是利用一個繞中心軸擺動的圓錐形模具對坯料局部加壓，使其高度減小、直徑增大的成形方法。錐形凸模的軸線與機床主軸線相交成一定角度（即擺角），當主軸旋轉時，凸模繞主軸產生擺動，對坯料進行局部碾壓，使坯料整個截面逐步產生塑性變形。第16頁，共26頁，2023年，2月20日，星期三擺動碾壓可以用較小的設備碾壓出較大的鍛件，產品質量高、節(jié)約材料，可實現近凈成形、凈終成形加工，易于實現自動化，主要用于生產具有回轉體的薄盤類鍛件及帶法蘭的半軸類鍛件，如齒輪坯、銑刀坯等。第17頁，共26頁，2023年，2月20日，星期三第六節(jié)液態(tài)模鍛液態(tài)模鍛是將熔融的金屬直接澆注到鍛模模膛內，然后在液態(tài)或半固態(tài)的金屬上施加壓力，使之在壓力下充型和結晶，并產生一定程度的塑性變形，從而獲得所需鍛件的方法。又稱為擠壓鑄造。液態(tài)模鍛時，先將熔融的金屬液體注入凹模內；凸模下行，對金屬施加壓力，經過短時間保持壓力后，金屬成形，凸模返回，通過頂件裝置頂出鍛件。第18頁，共26頁，2023年，2月20日，星期三第19頁，共26頁，2023年，2月20日，星期三液態(tài)模鍛的模具在使用前需充分預熱，并涂抹潤滑劑，以便于脫模和減少模具的磨損。在使用過程中，需及時對鍛模進行冷卻，以防止模具發(fā)生龜裂及變形。液態(tài)模鍛是一種將鑄造工藝與鍛造工藝相結合的先進的凈終成形方法，既具有壓力鑄造工藝簡單、可生產形狀復雜、制造成本較低的特點，又具有模鍛件晶粒細小、內部組織緊密、力學性能好、成形精度高的優(yōu)點。液態(tài)模鍛所需鍛造壓力較小，僅為模鍛壓力的20%，因此，液態(tài)模鍛主要應用于生產形狀復雜并且要求力學性能高、尺寸精度好的中、小型零件，如柴油機活塞、儀器儀表外殼等零件。第20頁，共26頁，2023年，2月20日，星期三第七節(jié)超塑性成形一、超塑性成形的條件金屬及合金在特定的組織條件、溫度條件及變形速度下進行變形時，可呈現出異乎尋常的塑性（延伸率δ可超過100%，甚至1000%以上），而變形抗力則大大降低（常態(tài)的1/5左右，甚至更低），這種現象稱為超塑性。超塑性分為細晶超塑性（又稱恒溫超塑性）和相變超塑性（又稱動態(tài)超塑性）等。實際生產中主要應用的是細晶超塑性。第21頁，共26頁，2023年，2月20日，星期三1．細晶超塑性形成的主要條件（1）采用變形和熱處理方法獲得0.2~5μm的超細等軸晶粒。（2）超塑性成形的溫度控制在(0.5-0.7)T熔（K）。（3）超塑性成形的變形速度應控制在10-2~10-5m/s的低形變速率以下。2．相變超塑性形成的主要條件在金屬及合金的相變點附近經過多次溫度循環(huán)或應力循環(huán)。第22頁，共26頁，2023年，2月20日，星期三二、工藝特點1．超塑性金屬材料具有極其優(yōu)異的塑性，成形性好。有些無法進行常規(guī)鍛壓制造的金屬及合金材料也可采用超塑性成形，從而擴大了鍛壓材料的范圍。2．超塑性金屬材料變形抗力很小，可以在噸位較小設備上鍛壓出較大的制品，并且減少了模具的磨損，延長了模具的壽命。3．超塑性金屬材料內部晶粒細小、組織均勻、力學性能較好，并且具有各向同性的特性。4．超塑性金屬材料加工精度高，可獲得尺寸精密、形狀復雜的制品，是實現無切屑加工的新途徑。第23頁，共26頁，2023年，2月20日，星期三三、應用1．模鍛和擠壓超塑性模鍛的工藝過程為：先對金屬或合金進行適當的預處理，以獲取具有微細晶粒的超塑性毛坯，然后將毛坯在超塑性變形溫度及變形速度的條件下進行等溫模鍛，最后對鍛件進行熱處理。超塑性模鍛目前主要應用于航天、儀表、模具等行業(yè)中生產高溫合金以及鈦合金等難以加工成形的高精度零件。如高強度合金的飛機起落架、渦輪盤、注塑模等。第24頁，共26頁，2023年，2月20日，星期三2．超塑性板料拉深拉深時需先將超塑性板料的法蘭部分加熱到一定溫度，并在外圍加油壓，即可一次拉深出薄壁深沖件。超塑性板料拉深件的深沖比可為普通拉深件的15倍，且工件壁厚均勻、無凸耳、無各向異性。第25頁，共26頁，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