精密塑性體積成形技術

1、3.3 精密塑性體積成形技術,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應注意的問題（5）精密塑性成形的應用,（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)塑性加工基礎上發(fā)展起來的一項新技術。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。該項新技術由于具有上述諸多優(yōu)點，加之工業(yè)發(fā)展的需要，近20多年來得到了迅速發(fā)展，尤其在一些工業(yè)發(fā)達國家發(fā)展迅猛。目前，精密塑性體積成形技術作為先進制造技術的重要組成部分，已成為提高產(chǎn)品性能與質(zhì)量、提高市場競爭力的關鍵技術和甫要途徑。,（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，每100萬t鋼材由切削加工改為精密模鍛，可節(jié)約鋼材15萬t(15％)，減少機床1500臺。例

4、如德國BLM公司熱精鍛齒輪多達100多種，齒形精度達DIN6級，節(jié)約材料20％ ～ 30％，機械性能提高20％ ～ 30％。精鍛螺旋傘齒輪的最大直徑達280mm，模數(shù)達到12。美國、奧地利的熱模鍛葉片占總產(chǎn)量的80％ ～ 90％，葉型精度達(0.15～0.30)mm，鍛后葉型部分只需拋光、磨光，減少機械加工余量達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)的設計潤滑惰況設備工藝藝操作,（4）擬定精密塑性體積成形工藝時應注意的問題,1)在設計精鍛件圖時，不應當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。這是因為現(xiàn)行的備料工藝不可能準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調(diào)節(jié)坯料的質(zhì)量誤差。 2)對某些精鍛件，適當?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應注意的問題,3)適當?shù)夭捎镁ば颍梢杂行У乇ＷC精度要求。例如，葉片(尤其是型面扭曲的葉片)精鍛后，應當增加一道精整工序。有時對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，對鍛件的成形質(zhì)量也有重要影響。在材料料塑性

7、、設備噸位和模具強度允許的條件下，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應注意的問題,5)設備的精度和剛度對鍛件的桔度有重要影響，但是模具精度的影響比設備更直接、更重要些。有了高精度的模具，在一般設備上也可以成形精度較高的鍛件。 6)在精密成形工藝中，潤滑是一項極為重要的工藝因素，良好的潤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應注意的問題,7)模具結(jié)構(gòu)的正確設計，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，應對模具和坯料的溫度場進行測量和控制，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，特別是復雜形狀的零件。2)航空、航天等工業(yè)的一些復雜形狀的零件，特別是一些難切削的復雜形狀的零件；難切削的高價材料(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、擺動輾壓、精密輾壓、特種軋制、變薄拉深、強力旋壓和粉末成形等。,熱成形(熱鍛)的特點,優(yōu)點：變形抗力低材料塑性好流動性好成形容易所需設備噸位小缺點：產(chǎn)品的尺寸精度低表面質(zhì)量差鋼件表面氧化嚴重模具壽命低生產(chǎn)條件差,冷成形(冷鍛) 的特點,優(yōu)點：產(chǎn)品的尺寸精度高表面質(zhì)量好材料利用率高缺點：冷

11、成形的變形抗力大材料塑性低流動性差,溫成形(溫鍛) 的特點,與冷鍛比較：溫鍛時由于變形抗力小、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、減少模具費用和壓力機噸位，模具壽命也比冷鍛時高；與熱鍛相比：溫鍛時由于加熱溫度低，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)品的力學性能與冷鍛產(chǎn)品差別不大。對不易冷鍛的材料，改用溫鍛可減少加工難度。有些適宜冷鍛的低碳鋼，

12、也可作為溫鍛的對象。因為溫鍛常常不需要進行坯料預先軟化退火、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) 的應用,溫鍛主要用于以下幾種情況： 1)冷鍛變形時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)時嚴重氧化、吸氣的材料，如鈦、鉬、鉻等； 4)形狀復雜，或

13、者為了改善產(chǎn)品綜合力學性能而不宜采用冷鍛時；5)變形程度較大，或者零件尺寸較大，以致冷鍛時現(xiàn)有設備能力不足時； 6)為了便于組織連續(xù)生產(chǎn)時。,等溫成形 (等溫鍛) 的特點,等溫成形是在幾乎恒溫的條件下成形，這時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備上進行。主要用于鋁合金、鎂合金和鈦合金鍛件的成形。,（2）小飛邊和無飛邊模鍛,開式模鍛時金屬的變形過程小飛邊模鍛,開式模鍛時金屬的變形過程,開式模鍛時金屬的變形

14、過程,開式模鍛時金屬的變形過程,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。,無飛邊模鍛,無飛邊模鍛，亦稱閉式模鍛，其模膛結(jié)構(gòu)如圖所示，其特點是凸凹模間間隙的方向與模具運動的方向相平行。在模鍛過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、。,無飛邊模鍛的優(yōu)點,1)有利于金屬充滿模腔，有利于進行精密模鍛； 2)減少了飛邊損耗，并節(jié)省了切飛邊設備； 3)無飛邊模鍛時金屬處于明顯的三向壓應力狀態(tài)塑性材料的成形。,無飛邊模鍛應滿足的下列條件,1)坯料體積準確；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)有簡便的取件措施或頂料機構(gòu)。,（3）擠 壓,擠壓是金屬在三個方向的不均勻壓應力作用下，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)復雜截面型材，機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—復合擠壓,擠壓的種類—徑向擠壓,各種頭部形狀的正擠壓實心和空心件,各種形狀的復合擠壓件,擠壓的變形過程,

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發(fā)展十分迅速的精密成形方法，先將可分凹模閉合，并對閉合的凹模施以足夠的合模力，然后用一個沖頭或多個沖頭，從一個方向或多個方向?qū)δＬ艃?nèi)的坯料進行擠壓成形。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,生產(chǎn)效率高，一次成形便可以獲得形狀復雜的桔鍛件；由十成形過程個坯料處于強烈的三向壓應力狀態(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，鍛件的力學性能好。,(5)多向模鍛,多向模鍛是在幾個方面同時對坯料進行鍛造的一種新工藝，主要用于生產(chǎn)外形復雜的中空鍛件。多向模鍛的過程如圖所示，當坯料置于工位上后(圖a)，上下兩

19、模塊閉合，進行鍛造(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)鑿巖機缸體(b)三通管接頭(c)飛機起落架(d)大型閥體,多向模鍛的變形過程分析,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特點主要是反擠—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，并逆著沖頭運動的方向流動，形成縱向飛邊。如果此時凹模的臺模力不夠大時，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。這個階段的變形對多向模鍛有害無益，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程圖,多向模鍛的設備和裝置,１—拉桿；2—上橫梁；3—活動橫梁；4—側(cè)向水平工作缸；5—工作臺。,四工位模鍛水壓機,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,1)與普通模鍛相比，多向模級可以鍛出形狀更為復雜，尺小更加倍確的無飛邊、無模鍛斜度(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，減少機械加工工時，降低成本。 2)多向模鍛只需坯料一次加熱和壓機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，為獲得晶粒細小均勻和組織致密的銨件創(chuàng)造了有利條件，這對于無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，提高鍛件的機械性能，尤其是抗應力腐蝕的性能。 4)多向模鍛時，壞料是在強烈的壓應力狀態(tài)下變形的，因此，可使金屬塑性大為提高，這對鍛造低塑性的難變形合金是很重要的。,多向模鍛的問題,1)要求使用剛性好精度高的專用設備或在通用設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)要求對坯料進行少、無氧化加熱或設置去氧化皮的裝置。,（６）徑向鍛造,徑向鍛造是在自由鍛型砧拔長

24、的基礎上發(fā)展起來的，用于長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心軸(圖a)、內(nèi)孔形狀復雜或內(nèi)孔細長的空心軸(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或兩個以上的錘頭，對坯料進行高頻率同步的鍛打。 在鍛造圓截面的工件時，坯料與錘頭既有相對的軸向運動，又有相對的旋轉(zhuǎn)運動，在鍛造非圓截面的工件時，坯料與錘頭僅有軸向相對運動，而無相對的旋轉(zhuǎn)運動。,滾柱式旋轉(zhuǎn)鍛造機原理,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工作示意圖,徑向鍛造的變形特點,徑向鍛造是多向同時鍛打，可以有效地限制金屬的橫向流動，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)的徑向拉應力，可以鍛造低塑性，高強度的難熔金屬，如鎢、鉬、鈮、鋯、鈦及其合金。徑向鍛造機的“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。徑向鍛造時每次鍛打的變形量很小，變形區(qū)域小，金屬移動的體積也很小。因此，可以減小變形力，減小設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尺寸精度為(2～4)級表面粗糙度為Ra(0.8～0.4)；熱鍛時尺寸精度為(6—7)級

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，其尺寸已達到相當大的范圍。例如，在滾柱式旋轉(zhuǎn)鍛機上鍛制的鍛件，其直徑從φ15mm(實心的)到φ320mm(管)，目前國內(nèi)使用的徑向鍛機可鍛最大直徑為φ250mm 的實心件、最長達6m；世界上已有可鍛最大直征為φ900mm 、長度達10m的徑向鍛機。,徑向鍛造的加工范圍,徑向鍛造的鍛件品種,1)電機軸、機床主軸、火車軸、

28、汽車、飛機、坦克上的實心軸和錐度軸，以及自動步槍的活塞桿等； 2)帶有來復線的槍管、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、各種高壓儲氣瓶、炮彈、航家用球形儲氣瓶、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，以前均是用實心棒料車削而成，現(xiàn)改用標準低碳鋼管坯進行旋鍛生產(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70％。,（７）擺動輾壓,擺動輾壓是20世紀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。,擺動輾壓工作原理,擺動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。當擺軸旋轉(zhuǎn)時，擺頭的中心線ＯO’繞擺軸中心線OZ作旋轉(zhuǎn)，于是擺頭產(chǎn)生回擺運動，與此同時，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，局部地、順序地對工件施加壓力，最后達到整體成形的目的。由此可見，擺動輾壓是一種連續(xù)局部加載的成形方法。,１—擺頭(上模)；2 —坯料； 3—滑塊；４—進給缸。,擺輾時的變形區(qū),厚件擺輾時的變形區(qū),薄件擺輾時金屬的變形和流動情況,普通模鍛與擺動輾壓所需軸向力的比較,擺動輾壓的優(yōu)點,省力，可以用較小設備成形較大的鍛件　　因擺動輾壓是局部加載成形工藝，因此，可以大大降低變形力。實踐證明，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，可以得到精密尺寸的工件，表面粗糙度可達Ra(0.2～0.4)。機器的振動及噪聲小，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、揚聲器導磁體、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，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，它對變形

33、溫度非常敏感欽合金等溫模鍛時的變形力、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，或晶粒粗細不均的組織，致使鍛件性能達不到技術要求。,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)鍛造方法的不同點在于：鍛造時，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、的一個中間溫度，對某些材料，也可等于熱鍛溫度?？紤]到材料在等溫鍛造時具有一定的粘性，即應變速率敏感性，等溫鍛造時的變形速度應很低。根據(jù)生產(chǎn)實踐，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，而等溫模鍛時肋的最大高寬比達23：1，肋的最小寬度為2.5mm，腹板厚度可達(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行。因此，要求設備的行程速度更慢。而且超型性模鍛前坯料需進行超塑性處理以獲得極細的晶粒組織。,（９）精壓,為了進一步提高招密成形鍛件的精度和降低表面粗糙度，最終達到精鍛件圖的要求，在鍛壓生產(chǎn)中常采用精壓的方法。在實際生產(chǎn)

36、中，由于設備，模具和鍛件的彈復量控制不準確，模具和坯料的熱脹冷縮值控制不準確，模膛的個別部位不易充滿，整個或局部模膛的磨損或變形，鍛件在取出過程中可能有變形，采用局部塑性變形工藝時(例如輥鍛等)變形區(qū)金屬的流動規(guī)律控制不夠準確，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，但有時也用于一般模鍛件。平面精壓一般在精壓機上進行，但也可以在沖床上進行。如果設計一套限程的裝置，可以在摩擦壓力機或液壓機上進行。,平面精壓時的變形,平面精壓實質(zhì)上是在二平板間的自由鐓粗。精

38、壓時金屬流動同樣遵循鐓粗時的金屬變形規(guī)律。,精壓時的單位壓力分布示意圖,平面精壓時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)降低精壓時工件的平均單位壓力q；措施：1)采用熱精壓；2)適當?shù)剡M行潤滑；3)控制每次精壓時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先做成小心帶凸起的形狀或?qū)⒕珘杭呐?/p>

39、料預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鍛件的所有表面進行精壓。體積精壓時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。因而對具有一定精壓余量并經(jīng)過清理的初鍛件進行精壓后，就可以獲得表面質(zhì)量和尺寸精度更高的精鍛件。,體積精壓一般應用于精壓截面形狀復雜的中、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

40、械加工。而一般模鍛后達不到這樣高的精度要求，因此，工件在初鍛后需再進行體積精壓，以達到精鍛件圖的技術要求。又如斜錐齒輪的齒形復雜，精度和表面粗糙度要求高，僅采用一次熱精鍛不能達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，進行溫熱(750℃～850 ℃)精壓是保證鍛件達到尺寸精度和表面粗糙度要求的關鍵。又如中、小尺寸的汽輪機葉片，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行拋光。再如擠壓的鋁管和鋼管，出于凹模孔口的磨損，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，可經(jīng)過多次精壓(黑色金屬每次精壓前均需經(jīng)過退火或正火)，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，變形抗力較大，需要較大噸位的設備，對模具的強度要求也很高。而實際生產(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，根據(jù)精壓部位的具體形狀和尺寸，采用恰當?shù)木珘悍椒ǎ粌H可以較好地達到精度要求，而且可以有效地降低變形抗力，簡化模具結(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、溫擠和冷擠(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)汽輪機葉片溫熱精壓成形(8) LD5鍛鋁合金葉片等溫精密成形(9)鋁合金筒形機匣等溫精密成形(10)鎂合金上機匣等溫精密成形,(1)直齒圓錐齒輪的精密模鍛,直齒圓錐齒輪的精密

44、模鍛獲得廣泛的應用。很多文獻指出，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。并且認為，生產(chǎn)批量在(300—500)件以上，經(jīng)濟上就是合理的。,工藝過程,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，在燃油環(huán)形轉(zhuǎn)底式快速少無氧化加熱爐中加熱坯料。精壓時，把鍛件加熱到(800～900) ℃，用高精度模具進行熱體積精壓。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,,凹模采用預應力組合結(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)齒輪零件圖設計，

46、并考慮下述因素：鍛件冷卻時的收縮，鍛模工作時的彈性變形和模具的磨損，電火花放電間隙，電加工時的電極損耗等。凹模和凸棋材料采用3Cr2w8v鋼，熱處理硬度為HRc(48～52)。該件在3000kN摩擦壓力機上精鍛，潤滑劑采用70％機油＋30％石墨。精鍛齒輪的尺寸精度和內(nèi)部組織完全達到了設計要求。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

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℃預鍛(制坯)齒輪熱精鍛(4000kN摩擦壓力機，水劑石墨潤滑冷卻)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，植物油潤滑)，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。,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，該件形狀極為復雜，關鍵是凹槽的各個面成90°相交，且無過渡圓角。這三個槽用切削方法無法加工，而用壓力加工方法成形則較簡便。 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、溫擠和冷擠,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：坯料尺寸見上圖 (a)。2)加熱坯料：用中頻感應爐將坯料加熱到1200℃。3)預鍛成形：鍛坯尺寸如上圖 (b)所示。4)熱擠壓：在100kN摩擦壓力機擠壓。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°；錐體長度與直徑比為2，孔的深度與直徑比為3，由于孔的深度進入錐形部位，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)預成形；(c)一次擠壓；(d)二次擠壓。,工藝過程,下料氧化預成形退火氧化一次擠壓清洗退火

51、氧化二次擠壓淬火、時效機械加工。,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，其上有四個圓柱部位用于與四個零件配合。裝配部位采用磨削加工，外表面應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，因此槍管材料應具有一定的機械性能和耐磨、耐蝕性能。金相組織要求均勻、細密、品粒度(4～6)級，有良好的加工性能。

52、槍管材料為50BA，抗拉強度σb為(800～1000)MPa，延伸串δ不小于8％。,精鍛件外形圖,工藝過程,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力回火機加工彈膛。,技術經(jīng)濟效益,冷相接槍管工藝與切削加工為主的舊工藝相比，有很大的技術經(jīng)濟效益。(1)節(jié)省槍管材料15％～20％。如采用無縫鋼管可以節(jié)省25％～30％。(2)提高了槍管的強度和使用壽命。槍管經(jīng)冷精鍛后，纖維分布連續(xù)，組織均勻、細密，機械性能

53、提高5％～10％。增加了耐磨和抗蝕性能。(3)降低加工工時25％～30％，減少加工設備20％～25％，采用無縫鋼管作坯料時設備減少更多。 (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)省勞動力20％～30％。操作精鍛機不一定要高技術水平的工人。由于工序減少，相應的工裝、刀、夾、量具節(jié)省30％～35％。

54、,（7） 汽輪機葉片溫熱精壓成形,汽輪機第2—9級直葉片，原來采用方坯銑削加工，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，模鍛時兩半模在高度方向常產(chǎn)生錯移，鍛件的尺寸精度較差，機加工時廢品率較高，有時高達40％。后來增加了一道精壓工序，使成品率大幅度提高(達到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kW汽輪機第2級—9級直葉片溫熱精壓成形工藝流程,1)鋸料：下料長度公差±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)弧：溫度為(650 ～680) ℃；9)去應力回火：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精壓機上進行，采用硅油潤滑。精壓后鍛件的外形尺寸精度達到如下指標： 1)內(nèi)弧型線與樣板進出汽邊接觸時，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小均勻，為細小的馬氏體組織。機械性能，尤其是沖擊韌性遠超過技術條件的要求。,20萬kw汽輪機第2級～9級直葉片機械性能測試結(jié)果,由于工作條件的特殊要求，該葉片形狀極為復雜，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，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)。完全達到了設計要求，而且金相組織細小均勻，機械性能超過了技術條件要求。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)省了九臺機床，材料利用串從21.7％提高到53.8％。使生產(chǎn)周期縮短，經(jīng)濟效益顯著提高。,(9)鋁合金筒形機匣等溫精密成形,筒形機匣是某直升機的關鍵零件，材料是7075合金。該機匣的幾何形狀很復雜，零件的一端帶法蘭，而另一端為非均勻分布的四個凸耳。凸耳高近60mm、

60、長45mm，靠近凸耳一段的外側(cè)表面有近90mm高的非加工表面。簡形機匣的凸耳是重要的受力部分，在飛機起飛、飛行及降落過程中承受著較大的負荷。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，且晶粒尺寸要求細小均勻。簡形機匣的復雜形狀和上述的高技術要求決定了該件的成形工藝非常復雜，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。,筒形機匣鍛件圖,筒形機匣成形方案示意圖,筒形機匣等溫精鍛模具示意圖,(10)鎂合金

61、上機匣等溫精密成形,上機匣是直升機上旋冀懸吊的關鍵受力件，其上的四個凸耳承受著整機的起飛質(zhì)量。由于受力繁重，對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。上機匣的尺寸大、形狀非常復雜，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凸耳，且凸耳寬而外伸，凸耳最高處達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