第九章-金属的其它塑性成形工艺课件

第九章第九章 金属的其它塑性成形工艺金属的其它塑性成形工艺1.尽量使锻件的形状接近于零件的形状，尽量使锻件的形状接近于零件的形状，达到少无切屑加工的目的，节省原材料和切削加工工作量，同时得到合理的纤维组织，提高零件的力学性能和使用性能。2.减少变形率，减少变形率，可以在较小的锻压设备上制造出大锻件。3.具有更高的生产率。具有更高的生产率。4.广泛采用电加热和少氧化、无氧化加热，广泛采用电加热和少氧化、无氧化加热，提高锻件表面品质，改善劳动条件。随着科学技术的不断发展，对压力加工提出了越来越高的要求：不仅要生产出各种毛坯，而且还要直接生产出各种形状复杂的零件；不仅能用易变形的材料进行加工，而且还要用难变形的材料进行生产。因此，近年来在压力加工中出现了许多新工艺、新技术。这些新工艺的特点是：这些新工艺的特点是：第一节第一节 零件的挤压成形零件的挤压成形 挤压是将金属坯料放在挤压筒内，用强大的压力作用于模具，迫使坯料产生定向塑性变形并从模具中挤出，从而获得所需零件或半成品的成形加工方法。挤压有如下特点：挤压时金属坯料在三向受压状态下变形，因此它可提高金属坯料的塑性。塑性好、变形程度大，可以一次挤压出各种形状复杂、深孔、薄壁、异型截面的零件。零件精度高，表面粗糙度低。一般尺寸精度IT6IT7，表面粗糙度Ra可达3.20.4m。挤压变形后零件内部的纤维组织是连续的，基本沿零件外形分布而不被切断，从而提高了零件的力学性能。一、零件挤压的特点一、零件挤压的特点材料利用率可达70%，生产率比其他锻造方法提高几倍。可加工难于用其它塑性成形方法加工的脆性材料，加工仅在几秒内完成，因此对于变形温度范围窄的材料尤为有利。变形抗力大，挤压设备需要吨位大，模具易磨损。故为了降低抗力型材和管材等常采用热挤压成形。1.按照挤压时金属流动方向和凸模运动方向的关系按照挤压时金属流动方向和凸模运动方向的关系,可分为可分为:正挤压 金属的流动方向与凸模运动方向相同。适用于制造横截面是圆形、椭圆形、扇形、矩形等的零件，也可是等截面的不对称零件。反挤压 金属的流动方向与凸模运动方向相反。适用于制造横截面为原形、方形、长方形、多层圆形、多格盒形的空心件。二、零件挤压的类型二、零件挤压的类型图9-1正挤压图9-2反挤压复合挤压挤压过程中，一部分金属的流动流动方向与凸模运动方向相同，而另一部分金属的流动方向与凸模运动方向相反。适用于制造截面为圆形、方形、六角形、齿形、花瓣形的双杯类、杯-杆类零件。径向挤压金属的流动方向与凸模运动方向成90角。此类成型过程可制造十字轴类零件，也可制造花键轴的齿形部分、齿轮的齿形部分等。图9-3复合挤压图9-4径向挤压2.按照挤压时坯料的温度状态分为按照挤压时坯料的温度状态分为:热挤压：将毛坯加热到热模锻的温度范围内的挤压，挤压力小，但精度低。冷挤压：回复温度以下（通常是室温下），精度好，但抗力大。温挤压：加热温度在回复温度与再结晶温度之间进行的挤压，抗力较热挤压小，氧化程度小，尺寸精度较高。静液挤压：凸模与坯料不直接接触，而是给液体施加压力（达340MPa）。再经液体传给坯料，使金属通过凹模而成形。由于在坯料侧面无通常挤压时的摩擦，所以变形较均匀，可提高一次挤压的变形量。挤压力也较其它挤压工艺小10%50%。静液挤压可用于低塑性材料，如铍、钽、铬、钼、钨等金属及其合金的成形，对常用材料可采用大变形量一次挤成线材和型材。如圆柱斜齿轮和麻花钻等形状复杂的零件。应用应用1)型材和管材的挤压(一次塑性成形)。多采用热挤压。2)各种零件的挤压(二次塑性成形)。多采用冷挤压。第二节第二节 零件的轧制成形零件的轧制成形原理及生产过程原理及生产过程 轧制是使金属坯料在回转轧辊的空隙中，靠摩擦力的作用得以连续进入轧辊而变形的一种加工方法。2方法方法 1)纵轧纵轧:它是轧辊轴线与坯料轴线在空间互相垂直的轧辊轴线与坯料轴线在空间互相垂直的轧制方法。两轧辊轴线平行，旋转方向相反，坯料作垂直于轧辊轴线方向的运动。纵轧工件不旋转，仅作直线运动，纵轧工件不旋转，仅作直线运动，在轧辊的作用下产生连续性的拔长变形和一些增宽变形。纵轧包括包括各种型材和板材的轧制，辊锻轧制，辗环轧制等方法。图9-6辊锻（a）送料（b）辊锻 辊锻轧制是把轧制工艺应用到锻造生产中的一种新工艺。辊锻是使坯料通过装有扇形模块的一对相对旋转的轧辊时受亚尔变形的成形工艺。它既可以作为模锻前的制坯工序，也可直接辊锻锻件。目前，成形辊锻适用于如扳手、活动扳手等扁截面的长杆件、汽轮机叶片及连杆类零件的生产。辗环轧制辗环轧制是用来扩大环形坯料的外径和内径，扩大环形坯料的外径和内径，从而获得各种无接缝环状零件的轧制成形工艺，如图9-7（a）。图中辗压轮由电动机带动旋转，利用摩擦力使坯料在辗压轮和芯辊之间受压变形。辗压轮还可由油缸推动做上下移动，改变它与芯辊之间的距离，使坯料厚度减小、直径增大。导向辊用以保障坯料正确运送，信号辊用来控制环坯直径。如在环坯端面安装端面辊，则可进行径向-轴向辗环成形，如图9-7（b）。（a）径向辗环（b）径向-轴向辗环图9-7碾环轧制2)横轧横轧 它是轧辊轴线与坯料轴线互相平行的轧制方法。横轧时工件作旋转运动，在轧辊作用下产生连续变形。齿轮轧制是一种少无切削加工齿轮的新工艺。直齿轮和斜齿轮均可用热轧制造，如图所示。图9-8齿轮热轧 在轧制前将毛坯外缘加热，然后将带齿形的轧轮作径向进给，迫使轧轮与毛坯对辗。在对辗过程中，坯料上一部分金属受压形成齿谷，相邻部分的金属被轧轮齿部“反挤”而上升，形成齿顶。3)斜轧斜轧(螺旋斜轧螺旋斜轧)轧辊轴线与坯料轴线在空间交叉成一定角度的轧制方法。如周期轧制如图9-9（a），钢球轧制，如图9-9（b）、丝杠冷轧等。螺旋斜轧采用的轧辊带有螺旋型槽，相交成一定角度，并作同方向旋转，坯料在轧辊间既绕自身轴线转动，有向前进，与此同时受压变形获得所需产品。螺旋斜轧可以直接热轧出带螺旋线的高速滚刀体、自行车后闸壳以及冷轧丝杠等。螺旋斜轧钢球是使棒料在轧辊间螺旋型槽里受到轧制并分离成但个球，轧辊每转一周即可轧制出一个钢球。轧制过程是连续的。（a）周期轧制（b）钢球轧制图2.47斜轧4）楔横轧）楔横轧楔横轧原理利用轧件轴线与轧辊轴线平行，轧辊的辊面上镶有楔型凸棱，并作通向旋转的平行轧辊对沿轧辊轴向送进的坯料进行轧制的成形工艺成为楔横轧，如图所示。该工艺适用于成形高径比不小于1的回转体轧件。在楔横轧中，坯料的变形过程主要是靠两个楔型凸棱压缩坯料，使坯料的径向尺寸减小、轴向尺寸增大。楔横轧机适合轧制各种实心、空心台阶轴，如汽车、摩托车、电动机上的各种台阶轴，凸轮轴等。图9-10两辊式楔横轧图9-11楔形凸块展开图楔横轧机的类型楔横轧机的类型两辊式楔横轧机：两辊式楔横轧机：按照轧辘的形状它又分为三种。辘式模横轧机辘式模横轧机操作方便，轧辘加工容易，但轧制大件时需要有较大的轧辑和导板。大轧辑需要大型设备才能加工，导板易磨损，并在安装不当时易刮伤轧件。单辘弧形板式模横轧机单辘弧形板式模横轧机（见图 9-12）的弧形板相当于半径为负值的轧辘，其调整十分麻烦。由于内弧模板加工十分困难，所以该机已被淘汰。板式模横轧机板式模横轧机（见图 9-13)可不用导板，模具加工方便。但其精度不如辘式模横轧机，调整也较复杂。例如，用搓丝板模横轧机生产螺纹标准件时，用机械手将坯料垂直插入两搓板之间，插人的时间必须是在一个搓丝板的牙型顶部和另一搓丝板牙型的根部相重合的瞬间，否则滚出的螺纹将出现乱扣现象。其次，搓丝板的间隔必须与螺纹中径吻合。若间隔过大，则螺纹牙型顶部充填不足，螺纹中径变大；若间隔过小，则过高的滚轧压力将使搓丝极的寿命缩短，螺纹的圆柱度降低。三辘式模横轧机三辘式模横轧机(见图 9-14)。该机的特点是轧件在三轧辘间旋转，不需导板，避免了导 板刮伤轧件；三轧辘互成 120角，从三个方向压缩轧件。与两辗式模横轧机相比，其应力状态得到了改善，轧件质量好，轧制过程稳定；三辘轧制加大了极限模展角，使轧辘直径减小。但三辘轧制工艺调整显然比两辘轧制复杂；轧件的最小直径必须大于轧辘直径的 1/6，否则轧辘不 能接触轧件。1)特点特点 生产率高。（轧辊生产率为锤上模锻的510倍)质量好。(连续变形、变形均匀)节约金属材料。(比锤上模锻损耗降低610个百分点)劳动条件好，易于实现“两化”。设备结构简单，对厂房地基条件要求低。2)应用应用 型材轧制(一次塑性成形)3特点及应用特点及应用 零件的轧制(二次塑性成形)第三节第三节 摆动碾压摆动碾压摆动碾压可以用较小的设备碾压出较大的锻件；产品质量高、节约材料，可实现净成形、净终成形加工；易于实现自动化。主用要于生产具有回转体的薄盘类锻件及带法兰的半轴类锻件，如齿轮坯、铣刀坯、汽车后半轴等。摆动碾压又称摆碾，是利用一个绕中心轴摆动的圆锥形模具对坯料局部加压使其高度减小、直径增大的成形方法。图9-15为摆动碾压的工作原理示意图。锥形凸模的轴线与机器主轴线相交成角，称为摆角(通常取13)。当主轴旋转时，凸模绕主轴产生摆动，对坯料进行局部碾压，使坯料整个截面逐步产生塑性变形。一、摆动碾压得原理一、摆动碾压得原理图9-15运动轨迹为圆的摆头结构二、摆动碾压得类型二、摆动碾压得类型1.按成形温度分为：冷摆碾成形（温度低于T再）、温摆碾成形（温度等于T再）、热摆碾成形（温度高于T再）。2.按摆碾运动形式分：I型摆碾、II型摆碾和III型摆碾。如图9-16。通过控制内外两层偏心套的偏心距传动摆头（锥体模），摆头的运动轨迹可以为圆、直线、螺旋线、菊花线和多叶玫瑰线等五种，以适应复杂零件的需要。图9-16摆辗的三种类型三、摆动碾压的特点及应用三、摆动碾压的特点及应用1.坯料接触面积小，故所需成形压力小，设备吨位仅为一般冷锻设备吨位的5%10%。2.碾压属于冷变形，变形速度慢，且逐步进行，因此摆碾表面光滑，表面粗糙度Ra=0.41.6m，尺寸精度高，误差为0.025mm。3.能碾压成形高经比很小，一般锻造方法不能成形的薄圆盘件（厚度仅为0.2mm）。4.设备占地面积小，周期短，投资少，易于实现机械化、自动化。目前，冷摆碾除用来制造铆钉外，还用来冷镦挤成形各种复杂的轴对称件，如：伞齿轮、齿环、推力轴承圈、端面凸轮、轴套、千斤顶、棘轮等。热摆碾多用来成形尺寸较大及精度要求高的零件，如汽车半轴、法兰、摩擦盘、火车轮、锣、拨、蝶形弹簧及铣刀片等。第四节第四节 冷镦与电镦冷镦与电镦冷镦与电镦均属于镦锻成形工艺，一般是对棒料的端部进行局部镦粗。冷镦和冷挤压一起同属于冷锻范围。冷镦时金属流动方向与凸模的运动方向垂直，冷镦的工件断面积比毛坯的断面积有所增大。镦挤复合时金属流动方向除了同镦粗相同外，还有一部分金属沿凸模运动的方向一致或相反方向流动。镦挤复合方法可以制作多台阶的带孔或不带孔的扁平类零件及多台阶的轴类零件。一、冷镦一、冷镦冷镦是用线材在自动冷镦机上加工冷锻件的成形工艺。冷镦主要用来成形以轴为对称或近似轴对称的、形状比较简单的实心及空心零件，是大量生产销钉、螺钉、螺栓、及螺母等标准件的主要成形工艺。冷镦有多种类型：二、电镦二、电镦冷镦属于冷变形，锻件的强度及硬度高，表面品质好，生产率高。但冷镦时坯料的每次变形量不能太大，变形的工步较多，而且只适于锻造性好的坯料。电镦与冷镦属区别在于它是利用低频电流通过两电极（夹爪及模具）时产生的电阻热使坯料加热段达到变形温度，进行预锻聚料而成形工件的（图9-18）。电镦属于热加工，锻件的变形量大，变形工步少，特别适合镦锻如内燃机气门一类零件。（图9-19）精密模锻精密模锻是在模锻设备上锻造出形状复杂、锻件精度高的模是在模锻设备上锻造出形状复杂、锻件精度高的模锻工艺。如精密模锻伞齿轮，其齿形部分可直接锻出而不必再经锻工艺。如精密模锻伞齿轮，其齿形部分可直接锻出而不必再经切削加工。模锻件尺寸精度可达切削加工。模锻件尺寸精度可达IT12IT15，表面粗糙度为，表面粗糙度为Ra3.21.6。一、精密模锻工艺过程：一、精密模锻工艺过程：先将原始坯料普通模锻成中间坯料先将原始坯料普通模锻成中间坯料再对中间坯料进行严格的清理，除去氧化再对中间坯料进行严格的清理，除去氧化皮或缺陷皮或缺陷最后采用无氧化或少氧化加热最后采用无氧化或少氧化加热后精锻（如图后精锻（如图9-20）。）。精锻的加热温度应较低一些。碳钢在精锻的加热温度应较低一些。碳钢在450 900。故精锻也称为温锻。故精锻也称为温锻。第五节第五节 精密模锻精密模锻图9-20精密模锻的大致工艺过程 精锻时需在中间坯料上涂敷润滑剂，以减少摩擦延长锻模使用寿命，精锻时需在中间坯料上涂敷润滑剂，以减少摩擦延长锻模使用寿命，降低设备的功率损耗。降低设备的功率损耗。需要精确计算原始坯料的尺寸，严格按坯料质量下料。需要精确计算原始坯料的尺寸，严格按坯料质量下料。否则会增大锻件尺寸公差，降低精度。否则会增大锻件尺寸公差，降低精度。需要精细清理坯料表面，除净坯料表面的氧化皮、脱需要精细清理坯料表面，除净坯料表面的氧化皮、脱碳层及其它缺陷等。碳层及其它缺陷等。应采用无氧化或少氧化加热法，尽量减少坯料表面形应采用无氧化或少氧化加热法，尽量减少坯料表面形成的氧化皮，以提高锻件尺寸精度，降低表面粗糙度。成的氧化皮，以提高锻件尺寸精度，降低表面粗糙度。精密模锻的锻件精度很大程度上取决于锻模的加工精精密模锻的锻件精度很大程度上取决于锻模的加工精度。为排除模膛中的气体，减小金属流动阻力，使金属更好度。为排除模膛中的气体，减小金属流动阻力，使金属更好地充满模膛，在凹模上应开有排气小孔。地充满模膛，在凹模上应开有排气小孔。模锻时要很好地进行润滑和冷却锻模。模锻时要很好地进行润滑和冷却锻模。精密模锻一般都在刚度大、精度高的模锻设备上进行。精密模锻一般都在刚度大、精度高的模锻设备上进行。如曲柄压力机、摩擦压力机或高速锤等。如曲柄压力机、摩擦压力机或高速锤等。二、精密模锻工艺特点：二、精密模锻工艺特点：多向模锻多向模锻是将坯料放入锻模内，用几个冲头从不同方向同时或依次对坯料加压，以获得形状复杂的精密锻件的成形新工艺。多向模锻多向模锻能锻出具有凹面、凸肩或多向孔穴等形状复杂的锻件，这些锻件难以用常规的模锻设备制造。多向加压改变了金属的变形条件，提高了金属的塑性，适宜于塑性较差的高合金钢的模锻。第六节第六节 多向模锻多向模锻图9-21多向模锻一、多向模锻的优点一、多向模锻的优点1.多向模锻采用封闭式锻模，没有飞边槽，锻件可设计成空心或实心的，零件易卸出，拔模斜度小。锻件精度高，材料的利用率较高，达4090以上。2.多向模锻尽量采用挤压成形，金属分布合理，金属流线完好理想，力学性能好，强度一般能提高30以上，延伸率也有提高。极有利于产品的精密化和小型化。采用挤压成形的多向模锻亦称三维挤压。3.多向模锻往往在一次加热过程中就完成锻压工序，减少了锻件的氧化损失，有利于模锻的机械化操作，显著降低了劳动强度。由于多向模锻在实现锻件精密化和改善锻件品质等方面具有独特的优点，因此它在工业发达国家已被广泛采用。多向模锻过程如图所示。多向模锻一般需要在具有多向施压特点的专门锻造设备上进行。二、多向模锻的缺点是：二、多向模锻的缺点是：1.必须采用专用多向模锻压力机，锻件成形压力高于一般模锻成形压力，需要大吨位的设备。2.毛坯加热时抗氧化要求高，只允许有一层极薄的氧化皮；要获得较好的模锻效果，必须对坯料进行感应电加热或气体保护无氧化加热，因此，电力消耗大。3.毛坯尺寸要求严格，质量偏差小，因此下料必须准确。4.多向模锻模锻工艺本身可以是锻件的精度提高到理想程度，从而减少了机械加工余量和机械加工工时，通过了领导生产率，降低了生产成本。5.多向模锻一般需要在具有多向施压的专门锻造设备上进行。这种锻压设备的特点就在于能够在相互垂直或交错方向加压。6.对金属材料来说，多向模锻适用范围广泛。不但可应用于钢材与非金属材料，而且也可用于高合金钢与镍铬合金等材料。7979图9-22多向模锻示意图第七节第七节 径向（旋转）模锻径向（旋转）模锻 径向锻造是采用两个以上环绕坯径向锻造是采用两个以上环绕坯料的模锻（或称锤头），以高频率、短冲料的模锻（或称锤头），以高频率、短冲程向坯料施加径向脉冲打击力，使坯料径程向坯料施加径向脉冲打击力，使坯料径向尺寸减少，轴向尺寸加大。同时，加压向尺寸减少，轴向尺寸加大。同时，加压方向绕轴线回转，使坯料截面对称，最后方向绕轴线回转，使坯料截面对称，最后锻成沿轴向具有不同横截面的实心或空心锻成沿轴向具有不同横截面的实心或空心锻件。锻件。它有坯料相对于锻模作轴向送进它有坯料相对于锻模作轴向送进和无送进两种加工方式。和无送进两种加工方式。一、径向锻造的类型一、径向锻造的类型1.按锻打用锤头数量分为：按锻打用锤头数量分为：2.二、三、四、六、八锤头等多种二、三、四、六、八锤头等多种2.按锤头与坯料的相对运动分为：按锤头与坯料的相对运动分为：1）锤头回转式：坯料不转，锤头每次打击都要绕坯料轴旋转。）锤头回转式：坯料不转，锤头每次打击都要绕坯料轴旋转。2）坯料回转式：坯料旋转，锤头只作打击。）坯料回转式：坯料旋转，锤头只作打击。3）非回转式：坯料和锤头都不旋转。）非回转式：坯料和锤头都不旋转。3.空心锻件的加工分为：空心锻件的加工分为：插入芯棒和不用芯棒两种方式。插入芯棒和不用芯棒两种方式。二、二、径向旋转模锻特点与应用径向旋转模锻特点与应用1.锻件尺寸精度高，公差达到0.020.2mm，表面粗糙度低，Ra可达0.43.2m，锻件表面比切削加工面更光滑，与配合零件有较大的接触面。2.径向旋转模锻对锻件的横截面压缩量大于拉拔等成形工艺。锻件有较好的纤维组织，其抗拉及抗弯强度更高。3.锻件加工时间长，噪声大，要有专门的锻造设备，只适用于大量生产。应用：加工棒、管、线材等坯料。应用：加工棒、管、线材等坯料。第八节第八节 液态模锻液态模锻液态模锻液态模锻是将熔融的金属直接浇注到锻模模膛内，然后在液态或半固态的金属上施加压力，使之在压力下流动充型和结晶，并产生一定程度的塑性变形，从而获得所需锻件的方法。又称为挤压铸造。液态模锻是一种将铸造工艺与锻造工艺相结合的先进的液态模锻是一种将铸造工艺与锻造工艺相结合的先进的净终成形方法，净终成形方法，既具有压力铸造工艺简单、可生产形状复杂、制造成本较低的特点，又具有模锻件晶粒细小、内部组织紧密、力学性能好、成形精度高的优点。液态模锻所需锻造压力较小，仅为模锻压力的20%。因此，液态模锻主要应用于生产形状复杂并且要求力学性能高、尺寸精度好的中、小型零件，如柴油机活塞、仪器仪表外壳等零件。一、液态模锻的工艺过程一、液态模锻的工艺过程 原材料配制原材料配制熔炼熔炼浇注浇注加压成型加压成型脱模脱模冷却冷却热处理热处理检验检验入库。入库。液态模锻的工艺流程：液态模锻的工艺流程：图9-26液态模锻锻模图9-26为液态模锻所采用的锻模。锻造时，先将熔融的金属液体倒入凹模内，凸模下行，对金属施加压力，经过短时间保持压力后，金属成形，凸模返程，通过顶件装置顶出锻件。液态模锻通常是在液压模锻机上进行。液态模锻通常是在液压模锻机上进行。液态模锻的模具在使用前应充分预热，并涂抹润滑剂，以便于脱模及减少模具的磨损；在使用过程中，应及时对锻模进行冷却，防止模具发生龟裂及变形。二、液态模锻工艺的主要特点：二、液态模锻工艺的主要特点：3.液态模锻对材料的选择范围很宽，不仅适用于铸造合金，而且还适液态模锻对材料的选择范围很宽，不仅适用于铸造合金，而且还适用于变形合金，也适用于非金属材料（如塑料等）。用于变形合金，也适用于非金属材料（如塑料等）。直接式液态模锻：直接式液态模锻：压头（成型凸模）直接作压头（成型凸模）直接作用在液态金属上，在压力下充型、凝固、并用在液态金属上，在压力下充型、凝固、并伴有微量的塑性变性组织。适合于生产形状伴有微量的塑性变性组织。适合于生产形状简单、性能要求较高的零件。简单、性能要求较高的零件。间接式液态模锻：间接式液态模锻：同全立式压铸相似。同全立式压铸相似。直接式液态模锻间接式液态模锻1.在成型过程中，液态金属在压力下完成在成型过程中，液态金属在压力下完成结晶凝固改善了锻件的组织和性能。结晶凝固改善了锻件的组织和性能。2.已凝固的金属在压力作用下，产生了局已凝固的金属在压力作用下，产生了局部塑性变形，使制件外侧壁紧贴模壁，液态部塑性变形，使制件外侧壁紧贴模壁，液态金属自始至终处于等静压状态。但其值随着金属自始至终处于等静压状态。但其值随着凝固层的增厚而下降。凝固层的增厚而下降。一、粉末冶金一、粉末冶金将几种金属粉末或金属与非金属粉末混匀后压制成形，再经过烧结而制成材料或制品的技术称为粉末冶金。二、粉末锻造二、粉末锻造粉末锻造是将粉末冶金法与精密锻造相结合的一种金属加工方法。首先应用粉末冶金法将金属原料及其它材料制成粉末，混匀后用锻模压制成形，烧结后用锻模进行锻制，经后处理后获得尺寸精度高、表面质量好、内部组织致密的锻件。因此，粉末锻造在现代汽车制造业中得到了广泛的应用。第九节第九节 粉末冶金及粉末锻造粉末冶金及粉末锻造图9-27粉末锻造三、粉末锻造的原理：三、粉末锻造的原理：粉末锻造是粉末冶金成型方法和锻造相结合的一种金属加工方法。粉末锻造是粉末冶金成型方法和锻造相结合的一种金属加工方法。它是将粉末预压成型后，在充满保护气体的炉子中烧结制坯，将坯料它是将粉末预压成型后，在充满保护气体的炉子中烧结制坯，将坯料加热至锻造温度后模锻而成。加热至锻造温度后模锻而成。四、四、粉末锻造粉末锻造的优点的优点（与模锻相比）（与模锻相比）材料利用率高，可达材料利用率高，可达90%以上。而模锻的材料利用率只以上。而模锻的材料利用率只有有50%左右。左右。力学性能高。材质均匀无各向异性，强度、塑性和冲击力学性能高。材质均匀无各向异性，强度、塑性和冲击韧性都较高。韧性都较高。锻件精度高，表面光洁，可实现少、无切削加工。锻件精度高，表面光洁，可实现少、无切削加工。生产率高。每小时产量可达生产率高。每小时产量可达5001000件。件。锻造压力小。如锻造压力小。如130汽车差速器行星齿轮，钢坯锻造需汽车差速器行星齿轮，钢坯锻造需用用25003000kN压力机，粉末锻造只需压力机，粉末锻造只需800kN压力机。压力机。可以加工热塑性差的材料。如难于变形的高温铸造合金可以加工热塑性差的材料。如难于变形的高温铸造合金可用粉末锻造方法锻出形状复杂的零件。采用粉末锻造出可用粉末锻造方法锻出形状复杂的零件。采用粉末锻造出的零件有差速器齿轮、柴油机连杆、链轮、衬套等。的零件有差速器齿轮、柴油机连杆、链轮、衬套等。一、一、超塑性成形的基本概念超塑性成形的基本概念金属及合金在特定的组织条件，即低的变形速率(e=102104/s)、一定的变形温度一定的变形温度(约为熔点一半)和均匀的细晶粒度(晶粒平均直径为0.25m)，温度条件及变形速度下进行变形时，可呈现出异乎寻常的塑性异乎寻常的塑性（延伸率可超过100%，甚至1000%以上），如钢超过500%、纯钛超过300%、锌铝合金超过1000%。而变形抗力则大大降低（常态的1/5左右，甚至更低），这种现象称为超塑性。超塑性状态下的金属在拉伸变形过程中不产生缩颈现象，必须应力仅为常态金属变形应力的几分之一至几十分之一。第十节第十节 超塑性成形超塑性成形8282 图图9-28为超塑性板料深冲为超塑性板料深冲方法示意图。板料深冲时需先方法示意图。板料深冲时需先将超塑性板料的法兰部分加热将超塑性板料的法兰部分加热到一定温度，并在外围加油压，到一定温度，并在外围加油压，即可一次深冲出薄壁深冲件。即可一次深冲出薄壁深冲件。板料深冲件的深冲比板料深冲件的深冲比H/d0 0可为可为普通拉深件的普通拉深件的15倍，且工件壁倍，且工件壁厚均匀、无凸耳、无各向异性。厚均匀、无凸耳、无各向异性。超塑成形见视频。超塑成形见视频。图9-28超塑性板料深冲1板料冲压板料冲压 零件直径较小，但很高。选用超塑性材料可以一次拉深成型，零件直径较小，但很高。选用超塑性材料可以一次拉深成型，质量很好，零件性能无方向性。质量很好，零件性能无方向性。二、超塑性成型工艺的应用二、超塑性成型工艺的应用视频超塑成形8383图9-29超塑性板料成形2板料气压成型板料气压成型 超塑性金属板料放于模具中，把板料与模具一起加热到规定温度，超塑性金属板料放于模具中，把板料与模具一起加热到规定温度，向模具内吹入压缩空气或抽出模具内的空气形成负压，板料将贴紧在凹向模具内吹入压缩空气或抽出模具内的空气形成负压，板料将贴紧在凹模或凸模上，获得所需形状的工件。该法可加工的板料厚度为模或凸模上，获得所需形状的工件。该法可加工的板料厚度为0.44 mm。板料成形方法主要有真空成形法和吹塑成形法，如图板料成形方法主要有真空成形法和吹塑成形法，如图9-29所示。所示。将超塑性板料放在模具中，将板料与模具同时加热到超塑性温度后，抽出将超塑性板料放在模具中，将板料与模具同时加热到超塑性温度后，抽出模具内的空气（真空成形法）或向模具内吹入压缩空气（吹塑成形法），模具内的空气（真空成形法）或向模具内吹入压缩空气（吹塑成形法），模具内产生的压力将板料紧贴在模具上，从而获得所需形状的工件。真空模具内产生的压力将板料紧贴在模具上，从而获得所需形状的工件。真空成形法最大气压为成形法最大气压为105 Pa，成形时间仅为，成形时间仅为2030 s，仅适用于厚度为，仅适用于厚度为0.44 mm的薄板零件的成形。吹塑成形法成形时压力大小可变，可产生较大的的薄板零件的成形。吹塑成形法成形时压力大小可变，可产生较大的变形，适用于厚度较大、强度较高的板料成形。变形，适用于厚度较大、强度较高的板料成形。1.扩大了可锻金属材料的种类。扩大了可锻金属材料的种类。如过去只能采用铸造成形的镍如过去只能采用铸造成形的镍基合金，现在可以采用超塑模锻成形。基合金，现在可以采用超塑模锻成形。2.金属填充模膛的性能好，金属填充模膛的性能好，可锻出尺寸精度高、机械加工余量可锻出尺寸精度高、机械加工余量很小、甚至不用加工的零件。很小、甚至不用加工的零件。3.能获得均匀细小的晶粒组织，能获得均匀细小的晶粒组织，零件的力学性能均匀一致。零件的力学性能均匀一致。4.金属的变形抗力小，金属的变形抗力小，可充分发挥中、小设备的作用。可充分发挥中、小设备的作用。三、超塑性模锻工艺特点三、超塑性模锻工艺特点 高温合金及钛合金在常温下塑性很差，变形抗力大，不均高温合金及钛合金在常温下塑性很差，变形抗力大，不均匀变形引起各向异性的敏感性强，用常规工艺难以成形，材料匀变形引起各向异性的敏感性强，用常规工艺难以成形，材料损耗极大。如采用普通热模锻毛坯再进行机械加工，金属损耗损耗极大。如采用普通热模锻毛坯再进行机械加工，金属损耗达达80%，产品成本过高。，产品成本过高。如果在超塑性状态进行模锻，就完全克服了上述缺点。如果在超塑性状态进行模锻，就完全克服了上述缺点。3挤压和模锻挤压和模锻 超塑性模锻目前超塑性模锻目前主要应用主要应用于航天、仪表、模具等行业中生产于航天、仪表、模具等行业中生产高温合金以及钛合金等难以加工成形的高精度零件。如高强度合高温合金以及钛合金等难以加工成形的高精度零件。如高强度合金的飞机起落架、涡轮盘、注塑模等。金的飞机起落架、涡轮盘、注塑模等。第十一节第十一节 高能高速成形高能高速成形高能高速成形高能高速成形（又称高速成形）是利用炸药或电装置在极短的时间里释放出的电能或化学能、电磁能或机械能，通过介质以高压冲击波作用于坯料，使其产生变形和贴模的加工方法。采用高速成形可对坯料进行拉深、翻边、胀形、起伏、弯曲、冲孔等冲压工序，而且工件精度高并能加工一些难以加工的金属材料。高速高能成形可加工难加工材料，加工精度高，加工时间短，设备费用较低。缺点是：噪声大，单位时间内的产量低。一、高能高速成形的特点高能高速成形的特点1.高能高速成形仅用凹模就可以实现，高能高速成形仅用凹模就可以实现，因此，模具简单，因此，模具简单，节省模具材料，缩短模具制造周期，降低模具成本。节省模具材料，缩短模具制造周期，降低模具成本。2.坯料表面无损伤，坯料表面无损伤，改善变形的均匀性，零件精度高，表改善变形的均匀性，零件精度高，表面质量好面质量好3.可提高材料的塑性变形能力，可提高材料的塑性变形能力，对于塑性差的难成形材料对于塑性差的难成形材料来说是一种较理想的工艺方法。来说是一种较理想的工艺方法。4.利于采用复合工艺利于采用复合工艺5.采用高能高速成形方法可在一道工序中完成，可有效采用高能高速成形方法可在一道工序中完成，可有效缩缩短生产周期，降低成本。短生产周期，降低成本。1爆炸成形爆炸成形爆炸成形是利用炸药爆炸产生的化学能使金属材料产生塑性变形的加工方法。爆炸成形装置简单，操作容易，无需冲压设备，工件的尺寸不受设备能力限制，尤其适合于试制或小批量生产大型工件二、高能高速成形的类型二、高能高速成形的类型2电液成形电液成形电液成形是利用液体中电荷经电极放电，产生强大的冲击波从而使坯料在模具中成形的加工工艺。电液成形主要用于板料的拉深、胀形、翻边等，但由于受到设备容量的限制，电液成形仅适合中小件的成形，尤其适合管类零件的胀形加工。闭合开头，使贮存在电容器中的电荷经液体中的电极放电，在放电回路中产生强大的冲击波（可达30000A），电极附近的水被迅速气化，产生很高的冲击压力，使坯料成形。3电磁成形电磁成形当开头闭合时，贮存在电容器中的电能形成高速增长和衰减的脉冲电流，并在周围形成一个强大的变化磁场，处于磁场中的坯料内部会产生感应电流，与磁场相互作用的结果是使坯料高速贴模成形。见图9-32。当开关闭合5时，线圈6中产生脉冲电流并在其周围形成强大的交变磁场，工件中因此产生感应电流并与磁场相互作用，最终使坯料高速贴模成形。电磁成形工艺对管子和管接头的连接装配特别适合，已在生产中得到推广应用。4高速锤成形高速锤成形 利用高压气体（140个大气压的空气或氦气）的突然膨胀，推动锤头系统和框架系统作高速相对运动，使金属坯料在高速冲击下成形。各种压力加工方法比较各种压力加工方法比较