成形工藝與模具設(shè)計第十二章課件

1、第十二章 其他金屬體積成形方法簡介第一節(jié) 型材及零件體積成形技術(shù)第二節(jié) 特種成形工藝第三節(jié) 快速原型制造技術(shù)簡介第一節(jié) 型材及零件體積成形技術(shù)一、拉拔成形1.拉拔概述圖12-1拉拔示意圖在外加拉力作用下，迫使金屬坯料通過?？缀鬁p小直徑或橫截面積，獲得一定形狀尺寸制品的成形方法稱為拉拔，如圖12-1所示。拉拔是制造棒材、管材、線材及各種型材的重要成形方法之一。利用拉拔可拉制各種金屬制品，如圖12-2所示。圖12-2金屬拉拔制品第一節(jié) 型材及零件體積成形技術(shù)一、拉拔成形2.拉拔工藝(1)實(shí)心拉拔實(shí)心拉拔如圖12-1所示，主要用于棒材、線材及型材拉拔。拉制棒料可有多種截面形狀，如圓形、方形、矩形及六

2、角形等；線材拉拔也稱拉絲，用于拉制各種金屬絲、線以及電工用漆包線等；型材拉拔主要生產(chǎn)各種特殊截面的異形型材。圖12-1拉拔示意圖第一節(jié) 型材及零件體積成形技術(shù)一、拉拔成形(2)空心拉拔空心拉拔用于生產(chǎn)管材及各種空心異形截面的型材，如圖12-3所示，根據(jù)使用芯棒不同，有多種拉拔工藝。 1)空拉。拉拔時管坯內(nèi)部不放芯頭，僅靠凹?？诩s束使管坯外徑減小的工藝方法稱為空拉，如圖12-3a所示。2)固定芯頭拉拔。固定芯頭拉拔是指利用帶芯桿的短芯頭進(jìn)行的拉拔，如圖12-3b所示。圖12-3空心拉拔第一節(jié) 型材及零件體積成形技術(shù)一、拉拔成形3)長芯棒拉拔。長芯棒實(shí)際上是一種浮動芯頭拉拔，如圖12-3c所示。4

3、)浮動芯頭拉拔。如圖12-3d所示，浮動芯頭拉拔時，利用芯頭自身外輪廓形狀與管內(nèi)壁的摩擦而穩(wěn)定在凹?？谔帉?shí)現(xiàn)管坯減徑成形。5)擴(kuò)徑拉拔。將連接有擴(kuò)徑芯頭的芯桿從固定小直徑管坯的后端插入，然后向前方拉動芯桿，利用擴(kuò)徑芯頭外輪廓使管坯直徑增大，壁厚和長度減小，如圖12-4所示。圖12-4擴(kuò)徑拉拔第一節(jié) 型材及零件體積成形技術(shù)一、拉拔成形6)頂管法。如圖12-5所示，頂管法是指將小直徑芯棒插入帶底大直徑管坯中，利用芯棒將管坯從凹?？谝粋?cè)頂出實(shí)現(xiàn)減徑變形，常用于改制小直徑管。圖12-5頂管法第一節(jié) 型材及零件體積成形技術(shù)一、拉拔成形3.拉拔工藝的特點(diǎn)1)拉拔過程中，金屬在拉拔模內(nèi)產(chǎn)生塑性變形。通過?？?/p>

4、后坯料的截面形狀和尺寸與?？诩靶景粝嗤?)拉拔制件的形狀尺寸與毛坯相差較大，為減小變形量，通常需多道次成形。3)拉拔制件的尺寸精度高且表面光潔，生產(chǎn)工具與設(shè)備簡單，在一臺設(shè)備上可以生產(chǎn)多品種和規(guī)格的制品，適合于連續(xù)生產(chǎn)細(xì)長的棒材、型材及線材。第一節(jié) 型材及零件體積成形技術(shù)一、拉拔成形4.拉拔力拉拔力是選擇模具材料、結(jié)構(gòu)及設(shè)備等的重要工藝參數(shù)，其大小受諸多因素的影響。1)變形材料的力學(xué)性能。拉拔力一般與變形金屬的抗拉強(qiáng)度成線性關(guān)系， 材料的強(qiáng)度、硬度越高，所需拉拔力也就越大。2)變形程度的影響。拉拔力與金屬變形程度成正比，即隨坯料斷面收縮率增加而增大。3)凹模傾角的影響。一般拉拔模傾角(見圖1

5、2-1)在49范圍內(nèi)時，拉拔應(yīng)力隨增加而減小。但當(dāng)9以后，拉拔應(yīng)力隨增大而增大，其間存在一個最佳模角。第一節(jié) 型材及零件體積成形技術(shù)一、拉拔成形4)拉拔速度的影響。通常，低速拉拔(v5m/min)時，拉拔應(yīng)力隨v增加而增大。6m/minv1。第一節(jié) 型材及零件體積成形技術(shù)二、軋制成形圖12-10工字鋼的軋制成形使金屬坯料靠摩擦力咬入相互作用的軋輥之間，利用旋轉(zhuǎn)軋輥的壓力作用使其產(chǎn)生連續(xù)變形，獲得所需截面形狀尺寸的制品并改變其性能的塑性加工方法稱為軋制。圖12-10所示為在萬能軋機(jī)上進(jìn)行的工字鋼軋制成形。第一節(jié) 型材及零件體積成形技術(shù)二、軋制成形(1)軋制成形的特點(diǎn)軋制最本質(zhì)的變形特點(diǎn)是金屬在變

6、形區(qū)內(nèi)產(chǎn)生連續(xù)性變形，一般用于制造如圖12-11所示各種金屬型材、板材及管材等，通常稱為一次塑性成形。圖12-11軋制的金屬型材第一節(jié) 型材及零件體積成形技術(shù)二、軋制成形圖12-12軋制的機(jī)械零件近年來，軋制工藝正在逐步向零件加工方向發(fā)展，軋制如圖12-12所示各種形狀尺寸的機(jī)械零件。軋制零件具有精度高、質(zhì)量好、生產(chǎn)率高及成本低等優(yōu)點(diǎn)，并可減少材料消耗。因此，在機(jī)械制造領(lǐng)域中獲得了越來越廣泛的應(yīng)用。第一節(jié) 型材及零件體積成形技術(shù)二、軋制成形圖12-13縱軋與橫軋(2)軋制工藝分類根據(jù)軋輥軸線與坯料軸線的位置關(guān)系及軋輥的旋轉(zhuǎn)方向，可將軋制分為縱軋、橫軋、斜軋和楔橫軋等。軋制成形原理如圖12-13

7、所示?？v軋時，軋輥軸線與坯料軸線垂直，兩軋輥的旋轉(zhuǎn)方向相反，坯料不旋轉(zhuǎn)，僅作直線運(yùn)動，產(chǎn)生連續(xù)拔長和少量展寬變形；橫軋時，軋輥軸線與坯料軸線平行，兩軋輥旋向相同，坯料旋轉(zhuǎn)過程中在垂直于軋輥軸線方向上進(jìn)給，通常用于零件軋制。第一節(jié) 型材及零件體積成形技術(shù)二、軋制成形2.軋制工藝(1)縱軋縱軋的工藝方法較多，主要有型軋、輥軋及環(huán)軋軋制等。1)型軋型軋主要用于各種金屬型材的軋制成形。如圖12-14所示的圓鋼、方鋼、板材及各種型材等，都屬于型軋的工藝范疇。圖12-14型材軋制第一節(jié) 型材及零件體積成形技術(shù)二、軋制成形圖12-15輥鍛順向送料成形2)輥軋輥軋也稱輥鍛 。輥鍛是使坯料咬入一對相對旋轉(zhuǎn)的軋輥

8、上所裝有扇形模具的間隙中，利用模具傳遞壓力使其產(chǎn)生變形，從而獲得所需零件的鍛造方法，如圖12-15所示。輥鍛原理與軋鋼相似，不同之處在于軋制型材時的型槽直接做在軋輥上，而輥鍛是將扇形鍛模緊固在軋輥上，且可隨時更換。第一節(jié) 型材及零件體積成形技術(shù)二、軋制成形 輥鍛的工藝特點(diǎn)一般鍛模的工作行程是直線運(yùn)動， 輥鍛模工作做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動；輥鍛鍛模只與坯料的一部分相接觸，所需設(shè)備噸位??；輥鍛空行程短，生產(chǎn)率是錘上模鍛的510倍；輥鍛的纖維方向按鍛件輪廓分布，力學(xué)性能好，輥制螺紋比切削螺紋提高抗拉強(qiáng)度10%25%、疲勞強(qiáng)度40%、沖擊強(qiáng)度100%；輥鍛時，模具與坯料滾動接觸，磨損小、使用壽命長。但輥鍛時沒有封閉

9、型腔來全面控制金屬變形，導(dǎo)致成形制件的尺寸精度和表面質(zhì)量相對較差。第一節(jié) 型材及零件體積成形技術(shù)二、軋制成形圖12-15輥鍛順向送料成形 坯料咬入及送料方式圖12-16輥鍛逆向送料成形輥鍛通常有順向和逆向兩種坯料進(jìn)給方式。順向送料時，坯料沿軋輥旋轉(zhuǎn)方向送進(jìn)，端部被鍛模咬入，如圖12-15所示。逆送是指坯料逆著軋輥旋轉(zhuǎn)方向送進(jìn)，即將坯料置于沒有鍛模的兩軋輥之間，被旋轉(zhuǎn)的扇形鍛模從中間某一部位咬入，如圖12-16所示。第一節(jié) 型材及零件體積成形技術(shù)二、軋制成形 輥鍛模a.制坯輥鍛模與模鍛制坯型腔設(shè)計方法類似，首先根據(jù)鍛件圖繪制出鍛件截面圖和計算毛坯圖，然后確定輥鍛道次。此時，按輥鍛毛坯最大截面尺寸

10、選取坯料尺寸，然后根據(jù)輥鍛前、后的截面面積A0和An算出總延伸系數(shù)z=A0/An。設(shè)平均延伸系數(shù)m(常取1.41.6)，則輥鍛道次n按下式計算第一節(jié) 型材及零件體積成形技術(shù)二、軋制成形圖12-17輥鍛模型槽尺寸輥鍛模型槽如圖12-17所示，輥鍛時，上、下輥模之間應(yīng)留有s=13mm的間隙，坯料在鍛輥半徑方向壓縮而沿長度方向流動，產(chǎn)生的展寬變形量可按b=(0.30.5)(H入-H出)近似估算，高溫輥鍛時取較大系數(shù)。第一節(jié) 型材及零件體積成形技術(shù)二、軋制成形b.成形輥鍛模設(shè)計成形輥鍛模時，首先確定輥鍛道次，每道次延伸系數(shù)比制坯輥鍛略大，一般取1.52.5。分別按熱鍛件圖或熱輥鍛件圖設(shè)計終鍛型槽或初成

11、形型槽，同時需考慮坯料體積分配、成形輥鍛的對中性和穩(wěn)定性、填充相鄰區(qū)段形狀和尺寸的差異性、送料穩(wěn)定性等。輥鍛是旋轉(zhuǎn)成形，金屬產(chǎn)生連續(xù)靜壓變形，一般輥鍛模采用45鋼即可滿足使用要求，型槽表面熱處理硬度4550HRC，其余部位可略低。第一節(jié) 型材及零件體積成形技術(shù)二、軋制成形圖12-18輥鍛成形產(chǎn)品 輥鍛的應(yīng)用從制件形狀來看，輥鍛主要適用于三類制件的成形加工。寬厚比和長寬比相對較大的盤類零件，如扳手、犁鏵等；沿長度方向橫截面積遞減的鍛件，如葉片等；此外，比較成熟的是輥鍛桿類零件，如柴油機(jī)連桿、拖拉機(jī)連桿等，已經(jīng)形成制坯及零件的批量生產(chǎn)，部分產(chǎn)品如圖12-18所示。第一節(jié) 型材及零件體積成形技術(shù)二、

12、軋制成形圖12-19輾環(huán)加工3)環(huán)軋環(huán)軋也稱輾環(huán)、碾壓或擴(kuò)孔，是利用輾輥的轉(zhuǎn)動壓力擴(kuò)大環(huán)形坯料的內(nèi)徑和外徑的加工方法，如圖12-19所示。 環(huán)軋工藝分類按照環(huán)軋時的坯料變形方向，可將其分為徑向環(huán)軋和徑-軸向環(huán)軋兩種類型。第一節(jié) 型材及零件體積成形技術(shù)二、軋制成形 環(huán)軋工藝特點(diǎn)環(huán)軋加工時，坯料產(chǎn)生局部連續(xù)變形，流線分布合理，變形區(qū)處于芯輥與軋輥之間；環(huán)軋制件精度高；環(huán)軋制件的尺寸和生產(chǎn)批量幾乎不受限制；材料耗費(fèi)率僅為機(jī)械加工的1/21/8，制造費(fèi)用可減少60%；環(huán)軋加工勞動條件好，無噪聲、振動，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化自動化。第一節(jié) 型材及零件體積成形技術(shù)二、軋制成形 環(huán)軋工藝過程環(huán)軋通常是在坯料加熱狀態(tài)

13、下進(jìn)行。工作時，主動輥(碾壓輥)轉(zhuǎn)向與信號輥和導(dǎo)向輥轉(zhuǎn)向相同，與從動輥(芯輥)轉(zhuǎn)向相反。碾壓輥在電動機(jī)帶動下旋轉(zhuǎn)并下壓，接觸環(huán)坯后帶動芯輥反向旋轉(zhuǎn)，使環(huán)坯切向伸長，軸向略有增寬，主變形是環(huán)壁減薄，內(nèi)、外徑增大。導(dǎo)向輥隨環(huán)坯外徑增大而向外移動，誘導(dǎo)環(huán)坯保持圓形并防止其中心位置左右擺動，增加成形穩(wěn)定性。環(huán)軋件的形狀尺寸精度由碾壓輥、導(dǎo)向輥及信號輥的位置精度保證。第一節(jié) 型材及零件體積成形技術(shù)二、軋制成形圖12-20臥式環(huán)軋機(jī)上雙向環(huán)軋 環(huán)軋方式徑向環(huán)軋時，環(huán)坯上、下端面呈自由變形狀態(tài)，變形結(jié)束后上、下端面易形成凸起或凹陷。因此，常采用圖12-20所示雙向(徑-軸向)環(huán)軋工藝。即在徑向環(huán)軋的基礎(chǔ)上，

14、增設(shè)一對工作表面與主碾壓輥和芯輥的旋轉(zhuǎn)軸相垂直的軸向軋輥。第一節(jié) 型材及零件體積成形技術(shù)二、軋制成形 環(huán)軋工藝應(yīng)用環(huán)軋適用于任何可鍛金屬環(huán)形零件的成形，常用材料包括碳鋼、合金鋼、銅及難成形的鈦合金等。無縫環(huán)軋件的應(yīng)用包括抗磨軸承環(huán)、齒輪軸、火車輪軸承及航空發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)動環(huán)和靜止環(huán)，還可用于環(huán)軋核反應(yīng)堆環(huán)形零件及閥體等。第一節(jié) 型材及零件體積成形技術(shù)二、軋制成形(2)橫軋橫軋使坯料咬入一對位置確定且反向旋轉(zhuǎn)的軋輥中，軋輥外緣具有與待成形制件形狀相同的型槽，對輾過程中向坯料施加徑向壓力使其逐漸被壓入型槽內(nèi)，形成一定形狀尺寸的制件。橫軋主要用于加工回轉(zhuǎn)體零件，如圖12-21a所示齒輪橫軋。圖12-21橫

15、軋第一節(jié) 型材及零件體積成形技術(shù)二、軋制成形圖12-21橫軋圖12-21b所示為內(nèi)回轉(zhuǎn)楔形模橫軋，使軋坯在同心布置的固定外模與回轉(zhuǎn)內(nèi)模之間受到回轉(zhuǎn)內(nèi)模的自轉(zhuǎn)輾壓，軋坯產(chǎn)生自轉(zhuǎn)的同時繞軋輥中心公轉(zhuǎn)，最終被軋制成形。第一節(jié) 型材及零件體積成形技術(shù)二、軋制成形(3)斜軋斜軋也稱螺旋斜軋，是制造變截面零件的軋制工藝。斜軋時，傾斜配置一對軋輥同向旋轉(zhuǎn)，軋坯在軋輥轉(zhuǎn)動力作用下反向旋轉(zhuǎn)并作軸向移動，即產(chǎn)生螺旋運(yùn)動使其徑向壓縮軸向伸長。根據(jù)軋制零件的形狀特點(diǎn)，通?？煞中避埢剞D(zhuǎn)體和斜軋螺旋體。螺旋體斜軋時，軋坯軸向與軋輥軸向傾斜一個角度，軋輥旋轉(zhuǎn)的垂直速度使軋坯作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，而其水平速度推動軋坯軸向進(jìn)給，逐漸軋出

16、齒紋或螺紋。第一節(jié) 型材及零件體積成形技術(shù)二、軋制成形回轉(zhuǎn)體斜軋時，軋坯在軋輥周向旋轉(zhuǎn)帶動及隨螺旋孔型推動下產(chǎn)生軸向進(jìn)給，同時在軋輥輾壓作用下繞其自身軸線反向轉(zhuǎn)動，被擠入軋輥型槽內(nèi)時形成制件形狀。圖12-22所示為螺旋斜軋鋼球的工藝過程。斜軋適合于軋制形狀呈周期性變化的毛坯或零件，如鋼球、滾柱、軸承內(nèi)圈、翅片管及麻花鉆等。圖12-22螺旋斜軋鋼球第一節(jié) 型材及零件體積成形技術(shù)二、軋制成形(4)楔橫軋楔橫軋與橫軋相似，但楔橫軋的軋輥上裝有帶楔形的模具。成形時，坯料在兩個作相向平面運(yùn)動的平板楔形?；蛟趦蓚€同向旋轉(zhuǎn)的圓弧楔形模之間被橫向軋制，受楔角輾壓作用而直徑減小，長度增加。如圖12-23所示，利

17、用楔橫軋可以軋制各種軸類、特別是階梯軸或變截面軸類零件。楔橫軋是一種高效金屬成形方法，具有產(chǎn)品精度高、工作載荷小、設(shè)備質(zhì)量輕及生產(chǎn)率高等優(yōu)點(diǎn)。圖12-23楔橫軋第二節(jié) 特種成形工藝一、粉末冶金成形1.粉末冶金概述(1)粉末冶金的特點(diǎn)1)制取多組元材料2)制取硬質(zhì)合金和難熔合金3)制取特種材料及零件4)成形制件精度高性能好第二節(jié) 特種成形工藝一、粉末冶金成形(2)粉末冶金的應(yīng)用1)粉末合金材料利用粉末冶金制成常規(guī)材料制備工藝所不能生產(chǎn)的特殊材料，如燒結(jié)硬質(zhì)合金、磁性材料、多孔材料等。2)粉末冶金零件如圖12-24所示，利用粉末冶金工藝制成滑動軸承、銅基或鐵基含油軸承及軸承套等減摩零件，可實(shí)現(xiàn)自潤

18、滑。圖12-24粉末冶金產(chǎn)品第二節(jié) 特種成形工藝一、粉末冶金成形工業(yè)部門粉末冶金產(chǎn)品的用例汽車及拖拉機(jī)制造工業(yè)凸輪、軸承襯、油泵齒輪、氣門套管、制動片、活塞環(huán)、含油軸承、墊圈、摩擦離合器片一般機(jī)械制造工業(yè)硬質(zhì)合金、金屬陶瓷、立方氮化硼刀片、濾油器、含油軸承、襯套、滾輪、撥叉、齒輪、模具、量具、刀具電機(jī)、電器制造工業(yè)碳刷、磁極、觸點(diǎn)、襯套、真空電極材料、磁性材料軍事工業(yè)穿甲彈頭、多孔炮彈箍、軍械零件宇航工業(yè)耐熱材料、固體燃料、火箭與宇航零件辦公用具工業(yè)偏心軸、調(diào)整墊圈、齒條導(dǎo)板、小型軸承表12-1粉末冶金產(chǎn)品的用途示例第二節(jié) 特種成形工藝一、粉末冶金成形2.粉末冶金制品的結(jié)構(gòu)工藝性由于金屬粉末的

19、流動性不好，特殊形狀的制件不宜模壓成形。另外，壓制時比壓較大，模具薄弱部位易損壞。因此，要求制件結(jié)構(gòu)盡可能簡單，便于壓制及脫模。一般，制件長徑比應(yīng)小于3；階梯圓柱形制件，各級直徑差不宜大于3mm；制件形狀應(yīng)避免尖角，圓角半徑不小于0.5mm；避免狹長槽和細(xì)長臂，制件上的孔、槽不應(yīng)垂直于壓制方向。表12-2所示為改善粉末充填模腔條件的壓坯設(shè)計示例。表12-2改善粉末充填模腔狀況的壓坯示例不適當(dāng)?shù)膲号餍螤罱?jīng)修改后的壓坯形狀圖例不適當(dāng)部位的說明圖例修改要點(diǎn)粉末不易裝均勻，壓坯密度不均勻，燒結(jié)時易變形用加厚薄壁的方法減少壁厚差，便于裝粉壓制，壓坯密度較均勻，燒結(jié)時可減少變形壁厚急劇變化，裝粉不均勻，壓

20、坯密度不均勻，易損壞，燒結(jié)時易變形適當(dāng)加厚薄壁部分，減少壁厚的急劇變化，有利于裝粉、壓制、脫模、燒結(jié)時可減少變形倒錐度一般是不可壓制的，也不便脫模把倒錐度填補(bǔ)起來，燒結(jié)后用機(jī)加工方法做出倒錐度當(dāng)法蘭和主體分界處的轉(zhuǎn)角為尖角時，不利于粉末充填和流動，壓制時易產(chǎn)生應(yīng)力集中，易開裂把轉(zhuǎn)角做成r0.25mm的圓角，便于粉末充填和流動，壓制時可避免應(yīng)力集中和開裂第二節(jié) 特種成形工藝一、粉末冶金成形3.粉末冶金成形工藝過程粉末冶金成形工藝如圖12-25所示，大部分粉末冶金制品經(jīng)壓制燒結(jié)后即可作為成品使用，部分零件要求的力學(xué)性能較高，還需鍛造成形。因此，通常分為粉末壓制成形和粉末鍛造成形兩部分。圖12-25

21、粉末冶金成形工藝過程第二節(jié) 特種成形工藝一、粉末冶金成形圖12-26典型粉末(1)粉末壓制成形過程1)制粉在物料準(zhǔn)備階段將粉末退火，消除表面氧化物和吸附氣體及其加工硬化現(xiàn)象，然后進(jìn)行篩粉。典型粉末如圖12-26所示。2)混、配料混料是按照配比計算結(jié)果將各種化學(xué)組元混合成均勻的混合物，還需加入相應(yīng)的添加劑等，然后再制粒、烘干、過篩。第二節(jié) 特種成形工藝一、粉末冶金成形圖12-27模壓成形示意圖3)壓制壓制是給封閉模具型腔內(nèi)的松散粉末加壓，使之產(chǎn)生塑性變形并壓合成壓坯或零件的工藝過程。常溫壓制包括鋼模冷壓、靜液壓制、等靜壓制、注射成形、粉末軋制、粉末擠壓及粉末鍛造。有時為提高壓制質(zhì)量還可加溫壓制，

22、如溫壓、熱鍛、熱擠壓、熱等靜壓等。 普通模壓成形普通模壓成形如圖12-27所示，即將粉料裝入鋼制模內(nèi)加壓成形。第二節(jié) 特種成形工藝一、粉末冶金成形壓制過程中，粉末之間及其與模壁之間存在摩擦，導(dǎo)致壓坯各部位密度和強(qiáng)度分布不均，如圖12-28a所示。為提高壓坯密度的均勻性，可采用如圖12-28b所示的雙向壓制工藝。圖12-28模壓坯的密度分布第二節(jié) 特種成形工藝一、粉末冶金成形 靜液壓制靜液壓制是將粉末裝入置于耐高壓鋼制密封容器中有彈性的橡膠、塑料囊或金屬轂體等模套內(nèi)，通入高壓流體使靜壓力直接作用在彈性模套內(nèi)的粉末體上，粉末均衡受壓可獲得密度均勻和強(qiáng)度較高的壓坯，壓制質(zhì)量優(yōu)于普通鋼模壓制。等靜壓分

23、為冷、熱等靜壓兩種工藝。冷等靜壓通常采用油或水為壓力介質(zhì)。熱等靜壓使用氬氣等氣體作為壓力介質(zhì)，在加熱狀態(tài)可一次性實(shí)現(xiàn)成形和燒結(jié)。第二節(jié) 特種成形工藝一、粉末冶金成形 注射成形將金屬粉末與粘接劑的混合料注射到模腔內(nèi)，成形與脫粘(排除粘接劑)后再進(jìn)行燒結(jié)，所獲得制件的性能接近于鑄件。其優(yōu)勢之一是能夠控制燒結(jié)收縮，公差可保持在名義尺寸的(0.30.5)%。另外，注射成形零件的孔隙度低，密度大于96%的金屬理論密度。 粉末軋制成形使具有可塑性、成形性和流動性的粉末從軋機(jī)的漏斗中漏下，粉末因其與軋輥及其自身摩擦而不斷咬入旋轉(zhuǎn)的軋輥型腔中被輾壓成帶坯，如圖12-29所示。第二節(jié) 特種成形工藝一、粉末冶金成

24、形圖12-29粉末軋制過程示意圖圖12-30粉末熱擠壓成形示意圖 擠壓成形擠壓成形是使擠壓模內(nèi)的粉末或壓坯在壓力作用下，通過擠壓嘴擠成坯塊或制品的成形方法，如圖12-30所示?？煞譃槔鋽D壓和熱擠壓。前者需在粉末中添加一定量的有機(jī)粘結(jié)劑，以提高可塑性和坯塊強(qiáng)度。熱擠壓則是把粉末或壓坯裝入包套內(nèi)加熱，在較高溫度下帶著包套一起擠壓成形。第二節(jié) 特種成形工藝一、粉末冶金成形4)燒結(jié)燒結(jié)的目的是進(jìn)一步提高壓坯的強(qiáng)度和密度或獲得各種特殊性能。不同于金屬熔化，燒結(jié)時至少有一種元素仍處于固態(tài)。 燒結(jié)方法粉末燒結(jié)中主要有填料保護(hù)燒結(jié)、氣體保護(hù)燒結(jié)、真空燒結(jié)、加壓燒結(jié)、浸滲燒結(jié)等。第二節(jié) 特種成形工藝一、粉末冶金

25、成形 燒結(jié)時間及燒結(jié)溫度一般等溫?zé)Y(jié)可分為三個階段。黏結(jié)階段，晶?；静话l(fā)生變化，整個燒結(jié)體還未產(chǎn)生收縮；燒結(jié)頸長大階段，原子向顆粒結(jié)合面遷移使燒結(jié)頸擴(kuò)大，顆粒間距縮小，隨著晶粒長大，燒結(jié)體收縮密度和強(qiáng)度增加，如圖12-31b所示。當(dāng)燒結(jié)體密度達(dá)到90%以后，多數(shù)孔隙形成圖12-31c、d所示接近于圓形的封閉孔隙，通常將這一階段稱為閉孔隙球化和縮小階段。圖12-31球形顆粒的燒結(jié)模型第二節(jié) 特種成形工藝一、粉末冶金成形 燒結(jié)設(shè)備燒結(jié)爐的種類有很多。按照加熱方式，可分為燃料加熱爐和電加熱爐。按作業(yè)的連續(xù)性，還可分為間歇式燒結(jié)爐和連續(xù)式燒結(jié)爐兩種。燒結(jié)爐應(yīng)保證爐內(nèi)溫度準(zhǔn)確和溫度分布均勻。燒結(jié)時需適

26、當(dāng)調(diào)節(jié)壓坯移動速度和燒結(jié)盒的數(shù)量。燒結(jié)爐結(jié)構(gòu)要求密封性好，應(yīng)能將保護(hù)氣體與發(fā)熱體隔離，以免保護(hù)氣體散逸，保證爐內(nèi)氣體純度。5)后處理制品燒結(jié)后的處理主要有整形、復(fù)壓、浸漬、浸金屬、機(jī)加工、熱處理、浸油、浸塑及電鍍等。關(guān)于后處理方式，通常需根據(jù)產(chǎn)品要求來確定。第二節(jié) 特種成形工藝一、粉末冶金成形(2)粉末鍛造工藝及模具1)粉末鍛造工藝粉末鍛造是將金屬粉末壓制成形，之后進(jìn)行燒結(jié)、加熱至鍛造溫度后進(jìn)行擠壓或模鍛(無飛邊模鍛)以制成鍛件的加工方法。粉末鍛造工藝流程的前序與傳統(tǒng)粉末冶金工藝相同，后序通常有三種工藝方法：粉末鍛造、燒結(jié)鍛造、鍛造燒結(jié)。鍛造過程中，采用壓縮空氣和膠體石墨對模具進(jìn)行冷卻潤滑。良

27、好潤滑有利于克服粉鍛件表面低密度層的形成。第二節(jié) 特種成形工藝一、粉末冶金成形2)粉末鍛造模具粉末鍛造用模具與精鍛模具相似，通常采用單型腔模鍛。圖12-32所示為粉末鍛造模具的典型結(jié)構(gòu)。為平衡壓坯徑向變形脹力，采用預(yù)應(yīng)力圈組合凹模結(jié)構(gòu)，整體浮動式下凸?？杀阌阱懠撃?。圖12-32粉末鍛造模具基本結(jié)構(gòu)第二節(jié) 特種成形工藝一、粉末冶金成形圖12-33行星齒輪粉末鍛造模具粉末鍛造也可在熱模鍛壓力機(jī)、摩擦壓力機(jī)或高速錘上完成。圖12-33所示為用于摩擦壓力機(jī)的汽車行星齒輪粉鍛模結(jié)構(gòu)。第二節(jié) 特種成形工藝二、擺動碾壓成形擺動輾壓是利用曲面輾壓模繞軸心轉(zhuǎn)動，使坯料產(chǎn)生連續(xù)性局部壓縮變形，制造軸對稱盤形零件

28、的一種塑性成形方法，通常稱作擺輾。圖12-34所示為利用擺輾制造的金屬零件。圖12-34擺動輾壓產(chǎn)品第二節(jié) 特種成形工藝二、擺動碾壓成形1.擺輾工藝特點(diǎn)擺輾的最主要特點(diǎn)是使坯料產(chǎn)生連續(xù)性局部變形，是小變形逐步積累的塑性成形方法。擺輾時坯料與模具型面的接觸面積很小，且由于摩擦約束小，加工極限可提高10%20%，并且所需設(shè)備噸位小。金屬經(jīng)冷輾后產(chǎn)生顯著的冷作硬化，可使制件強(qiáng)度硬度大為提高。據(jù)資料介紹，擺輾過程中輾溝的顯微硬度比車溝高1.9倍。冷擺輾推力軸承套圈等環(huán)類零件，較磨削套圈的使用壽命高2倍以上。第二節(jié) 特種成形工藝二、擺動碾壓成形圖12-35擺動輾壓工作原理2.擺輾成形過程如圖12-35所

29、示，擺頭軸線與機(jī)床主軸線有一夾角，稱為擺角，當(dāng)擺頭帶動輾壓凸模繞軸心擺動時，向置于下凹模上的坯料施加壓力，隨著擺頭的往復(fù)滾動輾壓，坯料上表面逐漸被輾壓成具有與輾壓模母線形狀相同中心射線的形狀。擺輾時，在輾壓凸模擺動壓力作用下，局部變形區(qū)沿鍛坯周向移動，呈螺旋面逐漸擴(kuò)展并改變整個鍛坯形狀。第二節(jié) 特種成形工藝二、擺動碾壓成形如圖12-36所示，利用擺頭母線與凹模形狀的不同組合，可以實(shí)現(xiàn)擺輾鐓擠、擺輾反擠、輾擴(kuò)反擠和正、反輾擠等復(fù)合成形。為降低流動摩擦，擺輾模工作表面的表面粗糙度值應(yīng)較低，必要時可進(jìn)行潤滑。圖12-36復(fù)合擺輾成形第二節(jié) 特種成形工藝二、擺動碾壓成形3.擺輾模具根據(jù)所用擺輾機(jī)類型，

30、可將擺輾模分為立式擺輾機(jī)用模具和臥式擺輾機(jī)用模具兩種，一般短軸類和盤類零件通常采用立式擺輾。圖12-37所示為立式擺輾鐓粗-反擠模結(jié)構(gòu)。將凸臺置于擺動凸模側(cè)，曲面形狀在固定凹模內(nèi)成形，并利用下頂桿輔助鍛后脫模。圖12-37立式擺輾模結(jié)構(gòu)第二節(jié) 特種成形工藝二、擺動碾壓成形圖12-38臥式擺輾模結(jié)構(gòu)對于帶法蘭的長軸類鍛件，可采用如圖12-38所示用于臥式擺輾機(jī)的模具結(jié)構(gòu)。與平鍛模結(jié)構(gòu)相似，模具由凸模、活動凹模和固定凹模三部分組成。擺動凸模由壓緊圈和螺釘緊固在擺頭上?；顒影寄：凸潭ò寄７謩e緊固在夾緊滑塊和工作臺上，兩部分組成一個完整的凹模，鍛后可縱向開模脫件。第二節(jié) 特種成形工藝三、徑向鍛造及多向

31、模鍛1.徑向鍛造徑向鍛造的變形方式類似于拔長，主要用于鍛造長軸或具有復(fù)雜內(nèi)表面形狀的空心類零件，屬于旋轉(zhuǎn)鍛造。(1)徑向鍛造的加工原理徑向鍛造是指利用分布于坯料橫截面周圍的兩個或多個錘頭反復(fù)徑向鍛擊，減小坯料橫截面積或改變其斷面形狀的鍛造方法，如圖12-39所示。圖12-39徑向鍛造加工原理徑向鍛造的方式有三種：錘頭旋轉(zhuǎn)、坯料回轉(zhuǎn)和非回轉(zhuǎn)式徑向鍛造第二節(jié) 特種成形工藝三、徑向鍛造及多向模鍛(2)徑向鍛造的工藝特點(diǎn)1)徑向鍛造有效提高了軸向延伸效率，提高了金屬塑性，可用于塑性較差金屬的鍛造成形。2)徑向鍛造時金屬的變形量及其移動體積小，相對減小了鍛造變形功，可降低設(shè)備噸位。3)徑向鍛造類似脈沖加

32、載，盡管每次鍛擊變形量小，但鍛擊頻率高，因而仍然具有較高的生產(chǎn)效率。4)錘頭形狀簡單，便于更換產(chǎn)品，具有較強(qiáng)的工藝適應(yīng)性。5)徑向鍛造的零件尺寸精度高，表面質(zhì)量好。第二節(jié) 特種成形工藝三、徑向鍛造及多向模鍛圖12-40四錘頭徑向鍛造機(jī)鍛造階梯軸徑向鍛造可采用冷鍛、熱鍛和溫鍛三種工藝方式，其中，冷鍛可強(qiáng)化鍛件表面，提高尺寸精度和表面質(zhì)量。徑向鍛造通常可在滾柱式旋轉(zhuǎn)鍛造機(jī)、曲柄連桿徑向鍛造機(jī)、曲柄搖桿旋轉(zhuǎn)鍛造機(jī)和液壓萬能鍛造機(jī)上實(shí)現(xiàn)。圖12-40所示為四錘頭徑向鍛造機(jī)鍛造階梯軸。第二節(jié) 特種成形工藝三、徑向鍛造及多向模鍛(3)徑向鍛造的應(yīng)用徑向鍛造已被廣泛應(yīng)用于各種機(jī)床、汽車、飛機(jī)制造等行業(yè)中。它

33、的主要產(chǎn)品是實(shí)心階梯軸、空心軸、各種形狀橫截面的桿類零件及帶膛線的槍管和炮管等，還可用于鍛造各種氣瓶、筒形件縮頸等。第二節(jié) 特種成形工藝三、徑向鍛造及多向模鍛圖12-41多向模鍛成形過程2.多向模鍛多向模鍛通常在多向模鍛水壓機(jī)或機(jī)械壓力機(jī)上進(jìn)行，是通過模具在垂直和水平兩個方向上同時或依次對金屬進(jìn)行擠壓鍛造的成形方法。(1)多向模鍛工藝過程圖12-41所示為多向模鍛成形過程。圖12-41a所示為上模下行對置于下模的坯料進(jìn)行擠壓鍛造；上、下模處于閉合狀態(tài)時，水平?jīng)_頭橫向壓入，如圖12-41b所示；鍛件成形后，水平?jīng)_頭退出后上模返程，開模取件，如圖12-41c所示。第二節(jié) 特種成形工藝三、徑向鍛造及

34、多向模鍛(2)多向模鍛的工藝特點(diǎn)1)金屬在模具閉合的三向壓應(yīng)力狀態(tài)下擠壓變形，使塑性大為提高，有利于低塑性合金鍛造成形。2)鍛?？捎卸鄠€分型面，使坯料在任意水平方向上變形，適合于鍛造帶有橫、縱孔形的復(fù)雜鍛件，簡化鍛造工藝并減少熱鍛火次，提高生產(chǎn)效率并降低生產(chǎn)成本。3)金屬在封閉模具內(nèi)變形，避免鍛件的金屬流線終端外露，提高鍛件力學(xué)性能及抗表面腐蝕性能。多向模鍛要求下料精確，要求設(shè)備具有較好的剛性、精度和足夠的噸位，以增大合模力。第二節(jié) 特種成形工藝三、徑向鍛造及多向模鍛(3)多向模鍛的應(yīng)用多向模鍛可用來鍛造其他成形方法難以生產(chǎn)的復(fù)雜鍛件，特別適合于鍛造帶有多向形狀的中空零件，如管接頭、各種鍛造閥

35、體以及鑿巖機(jī)缸體等。對于一些難成形金屬制品，也正在或已經(jīng)開發(fā)出多向模鍛工藝，如飛機(jī)起落架、發(fā)動機(jī)機(jī)匣及各種盤軸組合鍛件等。第二節(jié) 特種成形工藝四、半固態(tài)成形及液態(tài)模鍛簡介1.半固態(tài)成形半固態(tài)成形是指金屬或合金處于液-固相交匯區(qū)間時，將其以很小的外力壓入模具型腔中，進(jìn)行常規(guī)壓鑄、擠壓或鍛造的一種新型成形方法。(1)半固態(tài)金屬制坯金屬由液態(tài)向固態(tài)轉(zhuǎn)化的結(jié)晶過程中，強(qiáng)烈攪拌可打碎樹枝晶網(wǎng)架，使分散的粒狀組織懸浮于液相中。因此，可以采用機(jī)械攪拌、電磁攪拌或應(yīng)變誘發(fā)熔化激活法來制備上述粒狀組織。圖12-42所示為螺旋式金屬攪拌器的結(jié)構(gòu)簡圖。圖12-42螺旋式金屬攪拌器第二節(jié) 特種成形工藝四、半固態(tài)成形及

36、液態(tài)模鍛簡介(2)成形方法及應(yīng)用半固態(tài)成形主要有流變鑄造、觸變鑄造和注射成形三種方法。流變鑄造是指在一定固相成分時，將經(jīng)過攪拌后的半固態(tài)金屬漿液直接壓鑄或擠壓的成形方法；觸變鑄造是將經(jīng)過預(yù)成形或特殊制備的非枝晶組織錠坯重新加熱到液固轉(zhuǎn)化區(qū)，達(dá)到適當(dāng)黏度時進(jìn)行壓鑄或擠壓成形；注射成形是使熔融金屬液冷卻至適當(dāng)溫度，然后直接壓射入模具中使之成形的方法。第二節(jié) 特種成形工藝四、半固態(tài)成形及液態(tài)模鍛簡介2.液態(tài)模鍛液態(tài)模鍛是對液態(tài)金屬進(jìn)行模鍛的鑄、鍛組合工藝。(1)液態(tài)模鍛的工藝特點(diǎn)液態(tài)模鍛金屬的組織和性能得到改善，鍛件表層晶粒細(xì)密。其結(jié)晶組織和力學(xué)性能比壓鑄件好，甚至可以超過軋制件。與普通鍛造相比，液

37、態(tài)模鍛提高了金屬充型性，容易獲得輪廓清晰、尺寸精度和表面精度都較高的復(fù)雜鍛件。液態(tài)模鍛兼有鑄造工藝簡單、成本低，又有鍛造產(chǎn)品性能好、質(zhì)量可靠的優(yōu)點(diǎn)。液態(tài)模鍛的金屬凝固時間短，成形時的壓力低， 生產(chǎn)效率高，能源消耗低。第二節(jié) 特種成形工藝四、半固態(tài)成形及液態(tài)模鍛簡介(2)液態(tài)模鍛工藝及其應(yīng)用液態(tài)模鍛通常需要經(jīng)過原材料配制、熔煉、澆注、加壓成形、保壓凝固及鍛后處理等工藝流程。如圖12-43所示，液態(tài)模鍛時，先將熔融金屬液注入鍛模型腔內(nèi)，處于液相與固相混合狀態(tài)下施加壓力使其充滿型腔。圖12-43液態(tài)模鍛工藝過程第二節(jié) 特種成形工藝四、半固態(tài)成形及液態(tài)模鍛簡介對熔點(diǎn)不高的有色金屬及其合金，采用液態(tài)模鍛

38、效果比較顯著。黑色金屬及其合金的液態(tài)模鍛，因模具使用壽命低而受到一定限制。液態(tài)模鍛主要適用于高溫下塑性較好的金屬材料，特別是有色金屬及其合金，包括鑄造合金，甚至有些變形合金的液態(tài)模鍛也已經(jīng)開始應(yīng)用。液態(tài)模鍛主要適用于鍛造各種形狀復(fù)雜、尺寸精度要求較高的金屬零件，如炮彈引信、波導(dǎo)管彎頭、油泵殼體等有色合金零件以及缸體等鐵碳合金零件。第三節(jié) 快速原型制造技術(shù)簡介圖12-44快速原型產(chǎn)品快速原型制造是計算機(jī)技術(shù)、激光技術(shù)、材料科學(xué)與工程的技術(shù)集成，直接將計算機(jī)設(shè)計數(shù)據(jù)快速轉(zhuǎn)化為實(shí)物，從而實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)品進(jìn)行快速評估、修改設(shè)計、工裝準(zhǔn)備并進(jìn)行投產(chǎn)?？焖僭椭圃旒夹g(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于快速模型制造、快速模具制造和快

39、速功能零件制造等領(lǐng)域。圖12-44所示為利用快速原型技術(shù)制作的產(chǎn)品。第三節(jié) 快速原型制造技術(shù)簡介一、快速原型制造方法簡介它將在計算機(jī)上設(shè)計的零件三維模型，進(jìn)行網(wǎng)格化處理和分層處理，通過成型軟件獲得所分各層截面的二維輪廓數(shù)據(jù)信息，并自動生成加工路徑，控制成型頭有選擇性地固化、切割、噴涂或燒結(jié)一層層材料，從而形成零件各不同截面并逐步疊加成三維原型，再進(jìn)行相應(yīng)的后處理獲得最終零件?？焖僭椭圃斓墓に囘^程如圖12-45所示。圖12-45快速原型技術(shù)原理第三節(jié) 快速原型制造技術(shù)簡介一、快速原型制造方法簡介1.快速原型制造工藝過程進(jìn)行快速原型制造生產(chǎn)，首先需要在三維CAD造型系統(tǒng)中完成產(chǎn)品原型的設(shè)計，即三維建模。然后對模型所具有的一些不規(guī)則自由曲面進(jìn)行近似處理。根據(jù)產(chǎn)品模型的結(jié)構(gòu)特征選擇合適的加工方向，在該方向上對模型進(jìn)行分層處理。然后利用相應(yīng)控制軟件指令快速原型制造機(jī)床的成型頭，根據(jù)分層處理后的各截面輪廓信息作