第10章(2)特種鍛造

1、特種鍛造特種鍛造定義：定義： 將坯料用一對裝有模具轉(zhuǎn)向相反的鍛輥曳入，產(chǎn)生塑將坯料用一對裝有模具轉(zhuǎn)向相反的鍛輥曳入，產(chǎn)生塑性變形，獲得具有一定形狀尺寸和性能鍛件的加工性變形，獲得具有一定形狀尺寸和性能鍛件的加工方法稱為輥鍛，是來自于軋制的鍛造成形方法。方法稱為輥鍛，是來自于軋制的鍛造成形方法。一、一、 輥鍛輥鍛軋輥坯料輥鍛模輥鍛示意圖軋輥坯料輥鍛模一般模鍛一般模鍛：模具直線運(yùn)動：模具直線運(yùn)動 輥鍛輥鍛：模具旋轉(zhuǎn)運(yùn)動：模具旋轉(zhuǎn)運(yùn)動 軋制軋制：軋輥整個(gè)圓周都是工：軋輥整個(gè)圓周都是工 作部分，采用長坯料。作部分，采用長坯料。輥鍛輥鍛：只有扇形模一部分工：只有扇形模一部分工 作，短坯料。作，短坯料。特

2、點(diǎn)：（1）連續(xù)的靜壓過程，無沖擊和振動。變形 實(shí)質(zhì)是坯料的拔長。（2）生產(chǎn)率高。（3）節(jié)約金屬材料。（4）設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單。（5）勞動條件好，易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動化。（6）節(jié)約模具鋼材。（7）鍛件質(zhì)量好。應(yīng)用：應(yīng)用：汽車前軸汽車前軸前軸是載重汽車上最大的鍛件，其質(zhì)量通常在前軸是載重汽車上最大的鍛件，其質(zhì)量通常在70130kg。采用采用“精密輥鍛精密輥鍛-整體熱模鍛整體熱模鍛”的精密鍛造成形技術(shù)：的精密鍛造成形技術(shù)：前軸前軸難以鍛造成形的工字梁和彈簧座通過精密輥鍛成形難以鍛造成形的工字梁和彈簧座通過精密輥鍛成形；模鍛只對兩端彎臂成形模鍛只對兩端彎臂成形。大大降低了鍛造主機(jī)的噸位，只需用大大降低了鍛造主

3、機(jī)的噸位，只需用2500噸螺旋壓力機(jī)即可鍛噸螺旋壓力機(jī)即可鍛造造120kg左右質(zhì)量的前軸鍛件，產(chǎn)品精度達(dá)到左右質(zhì)量的前軸鍛件，產(chǎn)品精度達(dá)到12500噸熱模鍛噸熱模鍛壓力機(jī)鍛件水平，而模具壽命提高了壓力機(jī)鍛件水平，而模具壽命提高了50%，生產(chǎn)成本了降低，生產(chǎn)成本了降低20%。應(yīng)用：應(yīng)用：汽車前軸汽車前軸目前在國內(nèi)已經(jīng)建成目前在國內(nèi)已經(jīng)建成9條前軸條前軸“精密輥鍛精密輥鍛-整體熱模鍛整體熱模鍛”生產(chǎn)線，生產(chǎn)線，成為前軸鍛造企業(yè)技術(shù)改造的主要方案。成為前軸鍛造企業(yè)技術(shù)改造的主要方案。精密輥鍛-精密熱模鍛各道工序的鍛件 視頻視頻二、二、 等溫鍛造等溫鍛造等溫鍛造成形主要用于鈦合金、鋁合金、鎂合金零件的

4、鍛造。等溫鍛造成形主要用于鈦合金、鋁合金、鎂合金零件的鍛造。在常規(guī)條件下，這些金屬材料的在常規(guī)條件下，這些金屬材料的鍛造溫度范圍比較窄鍛造溫度范圍比較窄，尤其是，尤其是在鍛造在鍛造具有簿腹板、高肋條和薄壁鍛件具有簿腹板、高肋條和薄壁鍛件時(shí)，毛坯料的溫度下降時(shí)，毛坯料的溫度下降很快，需要大幅度地提高設(shè)備噸位才能完成鍛造，并且極易造很快，需要大幅度地提高設(shè)備噸位才能完成鍛造，并且極易造成鍛件和模具開裂。成鍛件和模具開裂。與其他常規(guī)鍛造的主要不同點(diǎn)在于：把鍛模的溫度控制在和毛與其他常規(guī)鍛造的主要不同點(diǎn)在于：把鍛模的溫度控制在和毛坯加熱溫度大致相同的范圍內(nèi)，使毛坯在溫度不變的條件下完坯加熱溫度大致相同

5、的范圍內(nèi)，使毛坯在溫度不變的條件下完成鍛造的全過程。成鍛造的全過程。等溫精密成形由于減小或消除了模具激冷和材料應(yīng)變硬化的影等溫精密成形由于減小或消除了模具激冷和材料應(yīng)變硬化的影響，提高了材料的塑性，不僅使變形抗力減小，而且有利于簡響，提高了材料的塑性，不僅使變形抗力減小，而且有利于簡化成形過程，以較少的變形工步成形具有復(fù)雜形狀的鍛件?；尚芜^程，以較少的變形工步成形具有復(fù)雜形狀的鍛件。二、二、 等溫鍛造等溫鍛造為了保證恒溫成形的條件，模具也為了保證恒溫成形的條件，模具也必須加熱到與坯料相同的溫度，必須加熱到與坯料相同的溫度，模具常采用電感應(yīng)法或電阻法加熱模具常采用電感應(yīng)法或電阻法加熱。等溫模鍛

6、模具圖等溫模鍛模具圖1下模板；下模板；2中間墊板；中間墊板；3、8隔熱層；隔熱層；4、5加熱圈加熱圈；6凸模；凸模；7上模板；上模板；9凹模；凹模；10頂桿；頂桿；11墊板墊板我國采用等溫鍛造、近等溫鍛造成形技術(shù)大批量生產(chǎn)航空、航我國采用等溫鍛造、近等溫鍛造成形技術(shù)大批量生產(chǎn)航空、航天、兵器、大型燃?xì)廨啓C(jī)、氣輪機(jī)、船舶、石油化工、工程機(jī)天、兵器、大型燃?xì)廨啓C(jī)、氣輪機(jī)、船舶、石油化工、工程機(jī)械、汽車提供所需的高溫合金、鈦合金、鋁合金等難變形材料械、汽車提供所需的高溫合金、鈦合金、鋁合金等難變形材料的等溫鍛件。的等溫鍛件。 等溫鍛造成形的航空、兵器用高強(qiáng)度鍛件等溫鍛造成形的航空、兵器用高強(qiáng)度鍛件Y

7、10系列等溫鍛造液壓機(jī)系列等溫鍛造液壓機(jī)三、超塑性鍛造三、超塑性鍛造金屬材料的超塑性金屬材料的超塑性:金屬在特定條件金屬在特定條件(晶粒細(xì)化，極低的變形速度及等溫變形晶粒細(xì)化，極低的變形速度及等溫變形)下，下，能夠具有比一般條件下更大的塑性。能夠具有比一般條件下更大的塑性。如如:一般塑性較好的低碳鋼拉伸時(shí)延伸率只有一般塑性較好的低碳鋼拉伸時(shí)延伸率只有30%40%； 塑性好的有色金屬也只有塑性好的有色金屬也只有60%70%； 超塑性狀態(tài)，一般認(rèn)為塑性差的金屬延伸率在超塑性狀態(tài)，一般認(rèn)為塑性差的金屬延伸率在100%200%范圍內(nèi)，塑性好的金屬延伸率在范圍內(nèi)，塑性好的金屬延伸率在500%2000%范

8、圍內(nèi)。范圍內(nèi)。 超塑性模鍛工藝過程：超塑性模鍛工藝過程：1.將合金在接近正常再結(jié)晶溫度下進(jìn)行熱變形將合金在接近正常再結(jié)晶溫度下進(jìn)行熱變形(擠壓、軋制或鍛擠壓、軋制或鍛造等造等)以獲得超細(xì)的晶粒組織；以獲得超細(xì)的晶粒組織；2.在超塑溫度下，在預(yù)熱的模具中模鍛成所需的形狀在超塑溫度下，在預(yù)熱的模具中模鍛成所需的形狀3.對鍛件進(jìn)行熱處理，以恢復(fù)合金的高強(qiáng)度狀態(tài)。對鍛件進(jìn)行熱處理，以恢復(fù)合金的高強(qiáng)度狀態(tài)。 根據(jù)超塑性存在條件，超塑性模鍛要求坯料在成形過程中保持根據(jù)超塑性存在條件，超塑性模鍛要求坯料在成形過程中保持恒溫，即將模具和變形合金加熱到同樣溫度的一種鍛造工藝。恒溫，即將模具和變形合金加熱到同樣溫

9、度的一種鍛造工藝。 (a)普通模鍛 (b)超塑性模鍛 表表1兩種模鍛工藝的比較兩種模鍛工藝的比較(鈦合金渦輪盤鍛件鈦合金渦輪盤鍛件) 工藝參數(shù)普通模鍛超塑性模鍛毛坯加熱溫度()940940模具加熱溫度()480940變形速度(mm/s)12.742.30.025平均單位壓力(MPa)500583117模鍛時(shí)工序次數(shù)41(1)顯著提高金屬材料的塑性顯著提高金屬材料的塑性。例如過去認(rèn)為不能變形的鑄造。例如過去認(rèn)為不能變形的鑄造鎳基合金，也可以使之具有超塑性，并且能模鍛尺寸精確的鎳基合金，也可以使之具有超塑性，并且能模鍛尺寸精確的渦輪盤、葉片，甚至帶葉片的整體渦輪。渦輪盤、葉片，甚至帶葉片的整體渦輪

10、。 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)(2)極大地降低金屬的流變抗力極大地降低金屬的流變抗力。一般超塑性模鍛的總壓力只。一般超塑性模鍛的總壓力只是相當(dāng)于普通模鍛的幾分之一到幾十分之一。是相當(dāng)于普通模鍛的幾分之一到幾十分之一。(3)金屬的超塑性能使形狀復(fù)雜、薄壁、高肋的鍛件在一次模金屬的超塑性能使形狀復(fù)雜、薄壁、高肋的鍛件在一次模鍛中鍛成鍛中鍛成。而普通模鍛高強(qiáng)度合金時(shí)，則需要多次鍛打，甚至。而普通模鍛高強(qiáng)度合金時(shí)，則需要多次鍛打，甚至很難鍛成。這樣既能減少加熱次數(shù)及節(jié)約燃料，又可消除在多很難鍛成。這樣既能減少加熱次數(shù)及節(jié)約燃料，又可消除在多次加熱中所形成的表面氧化缺陷。次加熱中所形成的表面氧化缺陷。美國用超塑性模鍛制造

11、美國用超塑性模鍛制造Ti-6Al-6V-2Sn鈦合金的飛機(jī)大梁鈦合金的飛機(jī)大梁。此合金在普通模鍛時(shí)由于鍛造溫度范圍較窄，隨著變形溫度此合金在普通模鍛時(shí)由于鍛造溫度范圍較窄，隨著變形溫度的下降，變形抗力急增，很難模鍛。的下降，變形抗力急增，很難模鍛。采用超塑性模鍛很容易成形，其模鍛工藝參數(shù)如下：平面毛采用超塑性模鍛很容易成形，其模鍛工藝參數(shù)如下：平面毛坯的鈦合金加熱到坯的鈦合金加熱到980，在精鑄的，在精鑄的MAR-M200合金模具中進(jìn)合金模具中進(jìn)行等溫模鍛，變形速度行等溫模鍛，變形速度0.04mm/s，成形時(shí)間為，成形時(shí)間為35min，模，模鍛總壓力鍛總壓力2670kN。 應(yīng)用應(yīng)用美國國家宇航

12、局用超塑性模鍛美國國家宇航局用超塑性模鍛TAZ-8A高溫合金的渦輪葉片高溫合金的渦輪葉片。TAZ-8A是美國近年來發(fā)展的一種新型鑄造合金，無可鍛性，是美國近年來發(fā)展的一種新型鑄造合金，無可鍛性，輕微鍛造就要破裂；輕微鍛造就要破裂；采用超塑性卻模鍛出渦輪葉片。模鍛工藝參數(shù)如下：把直徑采用超塑性卻模鍛出渦輪葉片。模鍛工藝參數(shù)如下：把直徑25.4mm的細(xì)晶粒圓坯料加熱到的細(xì)晶粒圓坯料加熱到1093，在加熱的模具中，在加熱的模具中進(jìn)行等溫模鍛，一次變形量就可達(dá)進(jìn)行等溫模鍛，一次變形量就可達(dá)75%。 應(yīng)用應(yīng)用四、復(fù)合成形四、復(fù)合成形 復(fù)合成形技術(shù)突破了傳統(tǒng)鍛造加工方法的局限性，復(fù)合成形技術(shù)突破了傳統(tǒng)鍛造

13、加工方法的局限性，將不同種類的鍛造加工方法組合將不同種類的鍛造加工方法組合將其它金屬成形方法將其它金屬成形方法(如鑄造、粉末冶金等如鑄造、粉末冶金等)和鍛造和鍛造加工方法結(jié)合加工方法結(jié)合使變形金屬在外力作用下產(chǎn)生塑性流動，得到所需使變形金屬在外力作用下產(chǎn)生塑性流動，得到所需形狀、尺寸和性能的制品。形狀、尺寸和性能的制品。溫鍛溫鍛+冷整形的外星輪等溫鍛件冷整形的外星輪等溫鍛件溫鍛較熱鍛可獲得較高精度的鍛件，如溫鍛較熱鍛可獲得較高精度的鍛件，如上海納鐵福傳上海納鐵福傳動軸有限公司開發(fā)了利用溫鍛動軸有限公司開發(fā)了利用溫鍛-冷精整成形技術(shù)的冷精整成形技術(shù)的外外星輪三銷套星輪三銷套溫鍛溫鍛- -冷精整成

14、形冷精整成形自動化生產(chǎn)線。自動化生產(chǎn)線。昆山精密模具標(biāo)準(zhǔn)件公司開放的昆山精密模具標(biāo)準(zhǔn)件公司開放的 30CrMnSiNi2A30CrMnSiNi2A超高強(qiáng)度鋼殼體零件超高強(qiáng)度鋼殼體零件溫溫?cái)D壓擠壓- -冷變薄拉深冷變薄拉深生產(chǎn)線。生產(chǎn)線。汽車差速器錐齒輪通過汽車差速器錐齒輪通過冷鐓頭、溫成形、沖孔、冷鐓頭、溫成形、沖孔、冷精整冷精整生產(chǎn)，齒厚公差為土生產(chǎn)，齒厚公差為土0.005mm，齒間誤，齒間誤差為差為0.0l0.03mm。汽車聯(lián)軸節(jié)每件重汽車聯(lián)軸節(jié)每件重l2.5kg，經(jīng)過，經(jīng)過45道溫?cái)D道溫?cái)D(正擠、正擠、鐓粗、沖邊、反擠、成形等鐓粗、沖邊、反擠、成形等)，然后再冷成形兩次，然后再冷成形兩次，其公差可達(dá)其公差可達(dá)0.040.08mm。半閉式擠壓預(yù)成形半閉式擠壓預(yù)成形件生產(chǎn)帶枝叉轉(zhuǎn)向節(jié)鍛件件生產(chǎn)帶枝叉轉(zhuǎn)向節(jié)鍛件冷冷/溫?cái)D聯(lián)合成形溫?cái)D聯(lián)合成形生產(chǎn)生產(chǎn)100400軸承套圈軸承套圈采用采用鑄造毛坯鑄造毛坯再再精鍛精鍛生產(chǎn)鋁合金輪轂鍛件生產(chǎn)鋁合金輪轂鍛件鍛造所用的坯料一般均為體積金屬。粉末鍛造成形工藝鍛造所用的坯料一般均為體積金屬。粉末鍛造成形工藝以金屬以金屬粉末為原料粉末為原料，經(jīng)過壓制成形、燒結(jié)、熱鍛成形及后續(xù)處理等工，經(jīng)過壓制成形、燒結(jié)、熱鍛成形及后續(xù)處理等工序制成所需形狀的鍛