《特種塑性成型》課件-6.擺動碾壓

1.擺動碾壓的特點與應(yīng)用目

錄擺動碾壓的概念1擺動碾壓的特點2擺動碾壓的應(yīng)用3擺動碾壓金屬塑性成形方法基本思想萌芽：20世紀初1906年1966年美國科學(xué)家發(fā)明了軋機，該機器被視為擺動輾壓的雛形。英國一家公司制造和安裝了世界第一臺擺動輾壓機。擺動碾壓的特點和應(yīng)用擺動輾壓上模的軸線與被輾壓工件(放在下模)的軸線(稱主軸線)傾斜一個小角度，模具一面繞主軸線旋轉(zhuǎn)，一面對坯料進行壓縮，這種連續(xù)累積的成形方法稱為擺動輾壓，簡稱擺輾。（一）優(yōu)點1.省力?！锞植孔冃未嬉话沐憠汗に嚒鷶[輾所需變形力小?！镆暪ぜ?fù)雜程度不同，擺輾力為常規(guī)鍛造力的1/5~1/20。2.成形時不易開裂，產(chǎn)品質(zhì)量好?！锊捎脭[輾成形時工件精度高，表面粗糙度低。精度高+拋光垂直方向的尺寸精度：0.05～0.2mm，表面粗糙度：0.4～0.7μm二、擺動碾壓的特點擺動輾壓過程是多次變形累計而成變形較均勻工件側(cè)面不易產(chǎn)生裂紋極限變形比普通工藝方法增大10%～15%（一）優(yōu)點3.擺動輾壓特別適合薄盤類零件成形?！飻[動輾壓特別適合壓制薄餅、圓盤、汽車半軸的法蘭等零件。鍛件薄所需要的壓力可能等于模具材料的強度極限，而造成無法加工。普通鍛造方法由于模具和坯料之間由滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦，摩擦系數(shù)大大降低，所以所需要的軸向壓力比一般鍛造方法要小得多，而且坯料越薄，差別越大。擺動輾壓成形方法二、擺動碾壓的特點（一）優(yōu)點4.機器的噪聲及振動小，改善工作環(huán)境，易實現(xiàn)機械化和自動化，降低勞動強度。5.設(shè)備投資少，制造周期短，見效快，占地面積小，基建費用低。1.需要制坯?！飻[輾成形是偏心加載經(jīng)多次累積變形使毛坯整體成形。2.擺輾機結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，機架剛度要求較高。（二）缺點★工作時，機架反復(fù)的受偏心載荷作用。毛坯的高徑比太大效率低，易產(chǎn)生“蘑菇頭”形，造成折疊缺陷剛度較一般液壓機高軸承壽命較短二、擺動碾壓的特點（一）擺輾鍛造主要成形各種盤餅類、環(huán)類和帶法蘭的長軸類零件。法蘭齒輪坯銑刀坯碟形彈簧坯汽車后半軸揚聲器導(dǎo)磁體各種傘齒輪端面齒輪（二）擺輾鉚接擺輾鉚接是擺動輾壓技術(shù)領(lǐng)域的一個分支。省力無噪聲無沖擊鉚接質(zhì)量好優(yōu)點擺輾鉚接機五金建筑機械電器應(yīng)用三、擺動碾壓的應(yīng)用（三）粉末擺輾粉末擺輾是以粉末燒結(jié)體做預(yù)制坯，經(jīng)擺輾成形并提高制品的致密度以制造各種制品的新技術(shù)。制品產(chǎn)生幾何形狀的改變基本特點制品也產(chǎn)生較大的體積變化三、擺動碾壓的應(yīng)用（四）擺輾精沖擺輾精沖是對板材輪流局部施力以達到小行程累積式連續(xù)沖裁的一種特殊的精密沖裁工藝。(a)鍛造(b)鉚接(c)粉末擺輾(d)精沖(e)擠壓(f)縮口(g)翻邊圖6-1-1擺動輾壓所能完成的典型工藝三、擺動碾壓的應(yīng)用小結(jié)擺動碾壓的特點1擺動碾壓的應(yīng)用2金屬材料的加工粉末冶金制品的致密化三、擺動碾壓的應(yīng)用2.擺動輾壓的基本原理目

錄擺動輾壓的運動原理1擺輾變形機制與變形特征2與其他形式壓力加工法擺動輾壓法鍛造沖壓擠壓模具之間相對運動的狀況復(fù)雜得多圖6-2-1擺頭運動的三種基本形式（a）公轉(zhuǎn)(b)自轉(zhuǎn)(c)章動公轉(zhuǎn)：擺頭中心線繞機器主軸中心線旋轉(zhuǎn)。自轉(zhuǎn)：錐形擺頭繞自身軸心線旋轉(zhuǎn)。章動：擺頭中心線相對于機器主軸中心線旋轉(zhuǎn)。公轉(zhuǎn)、自轉(zhuǎn)和章動的不同組合，便可實現(xiàn)擺頭的多種運動形式。一、擺動輾壓的運動原理內(nèi)外偏心套結(jié)構(gòu)可實現(xiàn)多種形式的運動軌跡擺輾機擺頭是擺輾機區(qū)別于其他設(shè)備的關(guān)鍵部件擺頭的運動形式擺頭的具體結(jié)構(gòu)取決于一、擺動輾壓的運動原理擺輾機擺頭是擺輾機區(qū)別于其他設(shè)備的關(guān)鍵部件擺頭的運動形式擺頭的具體結(jié)構(gòu)取決于內(nèi)外偏心套的轉(zhuǎn)速比和轉(zhuǎn)向取決于運動軌跡一、擺動輾壓的運動原理圖6-2-2擺輾變形的分區(qū)及各區(qū)的受力與變形分析由于擺動輾壓是局部加載的回轉(zhuǎn)加工工藝，因此無論是圓柱件或者是環(huán)形件，在擺輾過程中工件上表面僅有局部與模具相接觸。非接觸區(qū)[B]接觸區(qū)[A]被動變形區(qū)主動變形區(qū)主動變形區(qū)內(nèi)：金屬在發(fā)生徑向流動的同時還發(fā)生切向流動。二、擺輾變形機制與變形特征由于擺動輾壓是局部加載的回轉(zhuǎn)加工工藝，因此無論是圓柱件或者是環(huán)形件，在擺輾過程中工件上表面僅有局部與模具相接觸。非接觸區(qū)[B]接觸區(qū)[A]圖6-2-3工件加工表面的網(wǎng)格畸變二、擺輾變形機制與變形特征圖6-2-2擺輾變形的分區(qū)及各區(qū)的受力與變形分析被動變形區(qū)主動變形區(qū)變形類似于鐓粗，在高度方向被壓縮，徑向和切向伸長。但實際上又不同于鐓粗，因為該區(qū)為楔形。主要伸長方向：徑向金屬沿切向表現(xiàn)為：壓縮變形沿擺動方向有一種趕輾作用二、擺輾變形機制與變形特征中心區(qū)域材料主動變形區(qū)內(nèi)金屬流動趨勢邊緣材料切向流動徑向流動圖6-2-2擺輾變形的分區(qū)及各區(qū)的受力與變形分析主動變形區(qū)被動變形區(qū)在缺口處受壓應(yīng)力和表面上的附加切應(yīng)力，[A]區(qū)對面部分接近中心處受拉應(yīng)力，接近外緣處受壓應(yīng)力。二、擺輾變形機制與變形特征小彈性變形非接觸區(qū)的變形分類塑性變形大彈性變形塑性鉸被動變形區(qū)的變形抗力，成為主動變形區(qū)變形阻力。此阻力大小與變形體的相對厚度和擺動輾壓的相對進給量有關(guān)。輾壓薄件在主動變形區(qū)的對面形成塑性鉸鏈（外側(cè)變厚，內(nèi)側(cè)變?。┹殙汉窦粍幼冃螀^(qū)為彈性變形二、擺輾變形機制與變形特征3.擺碾模具設(shè)計目

錄設(shè)計要求1合理選擇模具材料2模具的預(yù)熱和冷卻3擺輾成形過程中的潤滑4（一）充分發(fā)揮模具材料的潛力，用到接近其抗拉強度的極限值。（二）擺輾件能夠合理成形，不產(chǎn)生任何成形缺陷，不需要或減少后續(xù)的機械加工。一、設(shè)計要求擺動輾壓模具材料的選擇與常規(guī)鍛造設(shè)備上用的模具是有區(qū)別的。應(yīng)具有良好的耐熱疲勞性能，即在頻繁的冷熱條件下能夠抗熱疲勞裂紋的產(chǎn)生；應(yīng)具有良好的回火穩(wěn)定性，使模具不因受熱而產(chǎn)生硬度下降發(fā)生塑性變形；應(yīng)具有良好的淬透性能、導(dǎo)熱性能、加工工藝性能和經(jīng)濟性等。原因擺輾模具在工作時不承受巨大的沖擊力。（一）熱擺輾模具材料二、合理選擇模具材料5CrMnMo用于擺輾工藝的熱鍛模具材料5CrNiMo3Cr2W8VMA金屬陶瓷材料GH高溫合金二、合理選擇模具材料鋼在冷擺輾成形時的變形抗力較大。（二）冷擺輾模具材料模具工作部分將產(chǎn)生很大的應(yīng)力和受到劇烈的摩擦模具表面物質(zhì)的消耗不同程度的磨損傷痕引起造成將使模具的尺寸發(fā)生變化或改變模具的表面狀態(tài)。嚴重磨損二、合理選擇模具材料開裂方式過熱過燒回火不足應(yīng)力集中嚴重1.在嚴重超載或模具材料嚴重脆化時，在磨損嚴重處或由掉塊所產(chǎn)生的尖角部位引發(fā)裂紋。該裂紋一旦萌生后即失穩(wěn)擴展，使模具突然斷裂。2.微裂紋緩慢擴展，直至發(fā)生失穩(wěn)擴展，模具發(fā)生脆性斷裂。擺輾模具特性高強度高硬度高韌性耐磨性二、合理選擇模具材料模具預(yù)熱的作用消除或降低模具與鍛件的溫度差，減小溫度應(yīng)力；有利于擺輾件的成形，降低變形力；冷擺輾過程中對模具預(yù)熱在輾壓過程中要注意對模具的冷卻。提高擺輾機擺頭的轉(zhuǎn)速和每轉(zhuǎn)進給量快速成形；減少坯料在模具中的滯留時間，減少升溫。熱擺輾很多擺輾機以冷卻水循環(huán)流動帶走模具中的熱量，在設(shè)計時考慮擺動模與固定模的冷卻系統(tǒng)。三、模具的預(yù)熱和冷卻易流動易充填型腔能量消耗較少摩擦力越小越好（一）在擺輾成形過程中能夠形成足夠的潤滑層，不致因在擺輾成形壓力及高溫下被全部擠走或損失掉。選擇溫擺輾、熱擺輾時的潤滑劑必須考慮的條件（二）摩擦系數(shù)要小，使擺輾時對模具產(chǎn)生的平均單位輾壓力、總輾壓力、輾壓功率變小。（三）防止熱膠著，保持工件表面狀態(tài)良好。（四）好的熱絕緣性能，防止模具過熱和毛坯激冷。四、擺輾成形過程中的潤滑（五）價廉，化學(xué)性能穩(wěn)定，無害，不會改變所鍛金屬的性質(zhì)，易涂抹和易去除，能保證模具表面光潔。潤滑劑的使用條件★很好地粘附在模具或坯料表面；★很好地隨金屬表面變形；★不會形成對成形件精度有不良影響的殘渣物和厚膜。四、擺輾成形過程中的潤滑小結(jié)擺動碾壓模具設(shè)計的基本要求和關(guān)鍵點1模具設(shè)計的注意事項2擺輾成形模具設(shè)計4.擺碾機的發(fā)展趨勢目

錄噸位大型化1系列化標準化2操作自動化3造型美觀化與簡單化4新技術(shù)的開發(fā)5擺輾力僅是常規(guī)鍛造力的1/5～1/20一臺六千千牛的擺輾機其公稱壓力一臺萬噸水壓機產(chǎn)生的壓力最初的擺輾機現(xiàn)在的擺輾機噸位：七百千牛噸位：一萬千牛一、噸位大型化系列化標準化數(shù)控系統(tǒng)動態(tài)顯示擺輾力、位移、液壓閥的運動狀態(tài)；并實現(xiàn)設(shè)備故障診斷。采用人機對話界面坯料加熱自動化自動上料自動卸件三、操作自動化當(dāng)今設(shè)計的一大趨勢美觀化簡單化對擺輾機的要求亦如此鑄造機架結(jié)構(gòu)鋼板焊接組合