金属塑性成形工艺及模具设计 教学课件 作者 夏巨谌 第五章.pptVIP

第五章 特种锻造工艺及模具 第一节 辊锻 第二节 楔横轧 第三节 摆动辗压 第四节 等温锻造 第五节 电热镦粗 第六节 粉末金属锻造 第一节 辊锻 辊锻是伸长类工序，它是由轧制工艺发展过来的一种锻造工艺。辊锻是使坯料在装有扇形模块的一对旋转的轧辊中通过时产生塑性变形(图5-1)，从而获得所需要的锻件和锻坯。它既可作模锻前的制坯工序，亦可将坯料直接辊锻成形。 辊锻不同于一般轧制，因为后者的孔型直接刻在轧辊上，而辊锻的扇形模块可以从轧辊上装拆更换。 图5-2为常见楔横轧机及其工作原理示意图，在两个滚动模具或两块平板模具表面上设计成形状相同的楔形突起，模具对坯料作相对运动(坯料本身也运动)，结果坯料沿轴向（横向）产生直径的变化而制成各种阶梯形状的轴类零件。 这种工艺与一般锻造相比，具有生产效率高、产品精度高、材料利用率高、生产中无冲击、噪声小、工作条件好、以及工具寿命高等优点。因此，楔横轧生产的产品成本比一般锻造加工大约低30％左右。 利用楔横轧工艺可以轧制出电机轴、汽车四联齿轮、火车D轴、汽车变速箱二轴、双头吊板手、鲤鱼钳毛坯等上百种产品，产品的直径范围为6~150mm，长度范围为40~1200mm(甚至更长)。楔横轧可以生产零件毛坯，又可为模锻制坯，还可以实现无切屑、少切屑的精轧。楔横轧工艺以热轧为主，小直径产品也可以实现冷轧。 摆动辗压属于增粗类变形，适用于盘类、饼类和带法兰的轴类零件的成形，特别适用于较薄工件的成形。摆动辗压是一种局部加载、整体受力、局部变形的锻压工艺。 摆动辗压的工作原理如图5-3所示，圆锥形上模的中心线oo’与摆轴中心线oz成γ角，称为摆角。当摆轴旋转时，摆头中心线oo’绕摆轴中心线oz作旋转，于是摆头产生回摆运动，同时坯料在下模里由进给油缸推动作等速度垂直送进，摆头的母线便在工件上连续不断地滚动，局部地、顺次地对工件施加压力。随着坯料不断地送进，最后达到整个坯料在下模膛内充满成形。 一般情况下，圆锥母线是一直线，所以压出的工件上表面为一平面。若圆锥母线为一曲线，则工件上表面也可以获得相应的形状。 等温模锻是指坯料在几乎恒定的温度条件下模锻成形。等温模锻常用的成形方法有开式模锻、闭式模锻和挤压等。为了保证恒温成形的条件，模具也必须加热到与坯料相同的温度，模具常采用电感应法或电阻法加热，如图5-4所示。 如图5-4 等温模锻模具图 1—下模板；2—中间垫板； 3、8—隔热层；4、5—加热圈； 6—凸模；7—上模板； 9—凹模；10—顶杆；11—垫板 等温模锻常用于航空、航天工业中钛合金、铝合金、镁合金等零件的精密成形。主要原因是： ①在普通锻造条件下，这些金属材料的锻造温度范围比较窄，尤其是锻造薄壁、高筋等零件时，坯料温降快，变形抗力迅速增加，塑性急剧降低，不仅设备吨位提高，也易造成锻件和模具开裂； ②某些铝合金和高温合金对变形温度很敏感，若变形温度较低，变形后为不完全再结晶组织，固溶处理后易形成粗晶或组织不均匀，使锻件性能达不到要求。 3)超塑性模锻 超塑性模锻也是在恒温条件下成形，但是要求在更低的变形速度和适宜的变形温度下进行，要求设备的行程速度更慢，而且超塑性模锻前坯料需要进行晶粒超细化处理。 超塑性模锻的生产效率低，晶粒超细化处理工艺复杂，目前主要用于个别钛合金零件的成形。 在一些零件的锻造过程中，有时为了给头部聚积足够的金属，当聚积工步次数达四次以上时，生产率就较低。为了解决这一工艺问题，出现了电加热镦粗工艺，简称电镦。聚积金属可一次完成，提高了生产率。 如图5-5所示，电镦工艺是在接触加热的同时对毛坯进行镦粗，毛坯加热和镦粗是局部连续进行的，因此毛坯被镦粗长度不受镦粗规则限制，一次镦粗的最大长径比l/d可达15~20。电镦后可在头部得到合理的纤维分布，组织致密，晶粒度可达6~7级。电镦工艺采用结构简单、通用性强的工夹具，也适用于中小批量生产。 １．粉末锻造的原理 粉末锻造是粉末治金成形方法和锻造相结合的一种金属加工方法。其工序如图5-6所示。 ２．粉末锻造的优点 与模锻相比，粉末锻造具有以下优点： ①材料利用率高，可达90%以上。 ②机械性能高。 ③锻件精度高，表面光洁，可实现少、无切削加工。 ④生产率高。 ⑤锻造压力小。 ⑥可以加工热塑性差的材料。 * 图5-1 辊锻工作过程 1—扇形模块；2—轧辊；3—坯料；4—挡板 辊锻近似于小送进量情况下的拔长，即轴向的伸长应变较大，横向的宽展较小。 采用辊锻工艺可以生产的锻件如扳手、剪刀、锄头、麻花钻、柴油机连杆、履带拖拉机的链轨带、涡轮机叶片等。 第二节 楔横轧 图5-2 常见楔横轧机的类型及原理 第三节 摆动辗压 图5-3 摆动辗压的工作原理