第3章 精密成形技術(shù)

第3章精密成形技術(shù)精密成型技術(shù)是指零件成型后，僅需少量加工或不再加工(近凈成型技術(shù)或凈成型技術(shù))就可用做機(jī)械構(gòu)件的一種成型技術(shù)。它是建立在新材料、新能源、信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)等多學(xué)科高新技術(shù)成果的基礎(chǔ)上，改造了傳統(tǒng)的毛坯成型技術(shù)，使之由粗糙成型變?yōu)閮?yōu)質(zhì)、高效、高精度、輕量化、低成本、無公害的成型技術(shù)。它使得成型的機(jī)械零件具有精確的外形、高的尺寸精度和形位精度、低的表面粗糙度。精密成型技術(shù)具有以下特點(diǎn)：可方便快捷地制出過去很難制出的結(jié)構(gòu)件，為新產(chǎn)品的開發(fā)提供有力的技術(shù)支持，并具有對(duì)市場要求做出迅速響應(yīng)的能力；(2)較理想地保留了材料組織的連續(xù)結(jié)構(gòu)，提高了零件的機(jī)械、力學(xué)和物理綜合性能；(3)近凈成型尺寸及形位精度高，為后續(xù)采取高效率、高精度加工提供了理想的毛坯；(4)高效率、低消耗、低成本，為縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、降低產(chǎn)品成本提供了有利條；(5)較傳統(tǒng)成型產(chǎn)品改善了生產(chǎn)條件、減少了對(duì)環(huán)境的污染，是一種清潔生產(chǎn)技術(shù)。因此，精密成型技術(shù)將成為今后推廣應(yīng)用的重要綠色制造技術(shù)，是新工藝、新材料、新設(shè)備，以及各項(xiàng)新技術(shù)成果的綜合集成技術(shù)。常見的少無切削加工技術(shù)包括：粉末成形技術(shù)、精密液態(tài)成形技術(shù)、精密固態(tài)成形技術(shù)、精密焊接技術(shù)，以及最近幾年才發(fā)展起來的快速原型技術(shù)等。3.1精密液態(tài)成形技術(shù)鑄造是一種液態(tài)金屬成形方法。長期以來，應(yīng)用最廣泛的是普通砂型鑄造。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和生產(chǎn)水平的不斷提高以及人類社會(huì)生活、生產(chǎn)的需要，在繼承古代鑄造技術(shù)和應(yīng)用近代科學(xué)技術(shù)成就的基礎(chǔ)上，開創(chuàng)了許多新的鑄造方法和工藝。使現(xiàn)代鑄造技術(shù)朝著“精密、潔凈、高效”方向發(fā)展。現(xiàn)代鑄造技術(shù)以熔體潔凈、鑄件組織細(xì)密（性能高）和表面光潔、尺寸精度高、生產(chǎn)效率高為主要特征，可以簡稱為精密潔凈高效鑄造工藝技術(shù)。精密潔凈鑄造是采用各種特殊的工藝方法實(shí)現(xiàn)的。常見的包括:精密砂型鑄造（組芯造型鑄造、熔模鑄造、陶瓷型鑄造、殼型鑄造），消失模鑄造，高效金屬型鑄造（擠壓鑄造、壓力鑄造、低壓鑄造），半固態(tài)鑄造，近終形狀鑄造等。3.1.1組芯造型技術(shù)組芯造型鑄造技術(shù)(corepackagecasting)又稱為精密砂型鑄造技術(shù)，就是用一組裝配好的砂芯代替砂型來生產(chǎn)鑄件，這組裝配好的砂芯就稱為組芯，即組芯由單個(gè)砂芯組裝而成，如圖3-1所示。組芯造型技術(shù)與濕型砂鑄造工藝相比具有尺寸精度高、大量減少砂循環(huán)、采用氣體硬化單一芯砂系統(tǒng)(添加有機(jī)或無機(jī)粘結(jié)劑的芯砂可有效地回收，回收率達(dá)95%以上)等優(yōu)點(diǎn)。造芯造型的主要工藝步驟包括:制芯、裝配砂芯、澆注和凝固、后處理等。圖3-1組芯造型技術(shù)圖3-1組芯造型技術(shù)組芯造型工藝中的砂芯主要采用樹脂砂冷芯盒工藝制備，也就是將干凈的石英砂與三乙膠等樹脂混合，然后通過自動(dòng)化的制芯中心將芯砂射入芯盒并吹二氧化碳?xì)怏w進(jìn)行硬化，然后取芯，制好的砂芯進(jìn)入裝配階段(組芯)。在組芯鑄造工藝中，鑄件的澆口和冒口也是用制芯工藝制備的。如圖所示為自動(dòng)化的冷芯盒制芯中心。2．組芯目前有以下幾種組芯工藝方法:粘膠、螺釘緊固、注鋁和鎖芯工藝。1）粘膠。這是最快速、最常用的組芯法，尺寸精度最高。其主要優(yōu)點(diǎn)有:聚酷膠類型熱熔粘結(jié)劑品種較多(粘膠熔化溫度1400~1800℃，相應(yīng)的粘度為2-4Pa·s)，粘結(jié)時(shí)間為3~4s,粘結(jié)處經(jīng)按壓后強(qiáng)度大增,在干燥的儲(chǔ)存室中無儲(chǔ)存時(shí)間限制;抗?jié)裥阅芎茫傻钟叱睗窨諝?用量少，強(qiáng)度高,多種有效而經(jīng)濟(jì)的熔化裝置。(2)注鋁。簡單連接處可以注鋁，如預(yù)組合水套芯和圓筒芯。該工藝的優(yōu)點(diǎn)在于落砂后用過的芯砂和金屬鋁不會(huì)混淆,回收后的鋁可被再次熔化并使用。缺點(diǎn)是該工藝成本高且難以自動(dòng)化。(3)螺釘緊固。螺釘緊固不適用于圓弧芯頭。另外，螺釘不能被再利用。該工藝經(jīng)濟(jì)效益比粘膠法差，但比注鋁好。(4)鎖芯工藝。該工藝的優(yōu)點(diǎn)是用一個(gè)通用芯固定預(yù)組合芯，但它同時(shí)也帶來了問題。組合預(yù)組合芯必須使用昂貴的工裝，通用芯生產(chǎn)的費(fèi)用比熱熔粘結(jié)膠及螺釘?shù)馁M(fèi)用高得多。另外，只有當(dāng)組合預(yù)組合芯的工裝沒有被磨損時(shí)，缸體尺寸的精度才可被保證。大約射芯50000次后將出現(xiàn)尺寸偏差，必須進(jìn)行檢測、調(diào)整。組芯過程可以實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化，目前最快的組芯速度是每小時(shí)160型。3．澆注和凝固圖3-2（a）圖3-2（b）組裝好的砂芯可存放在緩沖區(qū)并通過自動(dòng)運(yùn)輸裝置連續(xù)輸送到澆注流水線上進(jìn)行澆注。為了保證澆注所需液態(tài)金屬的供應(yīng)，一般在澆注線上設(shè)置一個(gè)帶塞棒的中間包，如圖3-2所示。將組芯的澆口對(duì)準(zhǔn)中間包的產(chǎn)口后，用液壓提升裝置提起塞棒，金屬液通過澆道從冒口進(jìn)入并充滿鑄型圖3-2（a）圖3-2（b）4．后處理采用組芯造型工藝澆鑄的鑄件凝固剛結(jié)束、鑄件還處于紅熱狀態(tài)時(shí)，就可以連組芯和鑄件一起送入熱處理爐。在熱處理爐中完成落砂和鑄件的熱處理。這樣鑄造余熱得到有效的利用，明顯提高能源的利用效率。組芯造型技術(shù)的應(yīng)用，組芯造型是生產(chǎn)高尺寸精度鑄造鋁合金缸體缸蓋的最新、最好的工藝之一。世界著名的汽車企業(yè)，如福特、馬自達(dá)、大眾、奧迪、雪鐵龍等，已成功地運(yùn)用該工藝。選擇這種生產(chǎn)工藝的理由是:高生產(chǎn)率、高柔性(在切換發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)時(shí))、高鑄件質(zhì)量穩(wěn)定性、潛在的高自動(dòng)化、最小的消耗。3.1.2壓力鑄造技術(shù)壓力鑄造簡稱壓鑄，它是在壓鑄機(jī)的承壓室內(nèi)澆注液態(tài)金屬或半液態(tài)金屬，使其在高壓高速下填充鑄型，并在高壓下冷凝形成鑄件的一種鑄造方法。其常用壓比為5~150MPa，金屬液的流速達(dá)5~100m/s，填充時(shí)間極短（一般為0.01~0.21s）。高壓、高速是壓力鑄造的根本特點(diǎn)。1、發(fā)展概況壓鑄技術(shù)的出現(xiàn)，迄今已有150年的歷史。最初壓鑄是用于印刷文字的鑄造，后來用于計(jì)算機(jī)和留聲機(jī)上錫鉛合金零件的鑄造，1904年后才用于機(jī)械零件的鑄造，20世紀(jì)20年代美國的Kipp公司制造出機(jī)械化的熱壓室壓鑄機(jī)，到了冷壓室壓鑄機(jī)的產(chǎn)生，壓鑄的材料擴(kuò)展到了銅、鋁合金。20世紀(jì)40年代壓鑄技術(shù)進(jìn)入工業(yè)生產(chǎn)。20世紀(jì)50年代大型壓鑄機(jī)的誕生，壓鑄技術(shù)才真正拓寬了廣泛地工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域。隨著壓鑄機(jī)，壓鑄工藝、壓鑄模及潤滑劑等壓鑄技術(shù)的發(fā)展，壓鑄合金也從最初的鉛到鋅、鋁、銅、鎂最后到鐵合金的發(fā)展過程，隨著壓鑄合金熔點(diǎn)的不斷提高，壓鑄技術(shù)的應(yīng)用會(huì)越來越廣泛。目前壓鑄技術(shù)已廣泛用于汽車工業(yè)、儀表、電氣通信、家電和玩具等行業(yè)，并且能生產(chǎn)出形狀復(fù)雜、薄壁精美的金屬器件。我國壓鑄生產(chǎn)開始于20世紀(jì)50年代，發(fā)展于60年代到70年代，90年代后有了長足進(jìn)展。我國多小型壓鑄，壓鑄合金以鋅合金為主，多為家電、玩具等非受力件，在汽車、摩托車等機(jī)械設(shè)備零件的壓鑄所占比重較小，在壓鑄件的質(zhì)量方面于國外相比仍有較大差距。2、壓鑄原理與壓鑄工藝壓鑄在壓鑄機(jī)上進(jìn)行，壓鑄機(jī)一般由壓型也稱為壓鑄模、壓室、射壓系統(tǒng)等組成，壓鑄時(shí)把液態(tài)金屬裝入壓室，射壓系統(tǒng)推動(dòng)壓射頭把液態(tài)金屬高速壓入壓型，保持壓力，結(jié)晶凝固后，壓射頭回退，由頂出機(jī)構(gòu)頂出鑄件。壓力鑄造的基本工藝流程如圖3-3所示。3、壓鑄設(shè)備壓鑄機(jī)是壓鑄生產(chǎn)的主要設(shè)備，主要由合型機(jī)構(gòu)和壓射機(jī)構(gòu)兩部分組成。根據(jù)壓室的不同，壓鑄機(jī)分為熱壓室和冷壓室兩類。熱壓室壓鑄機(jī)的壓室與金屬液的保溫裝置連成一個(gè)整體，只適用于壓鑄低熔點(diǎn)合金（如鉛、錫、鋅等合金）。熱壓室壓鑄機(jī)的主要特點(diǎn)是壓鑄生產(chǎn)工序簡單，生產(chǎn)效率高，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，金屬消耗小，工藝穩(wěn)定，壓入型腔的液態(tài)金屬干凈，無氧化類雜質(zhì)，鑄件質(zhì)量好，但由于壓室和沖頭長時(shí)間浸泡在液態(tài)金屬中，影響使用壽命，常用用于低熔點(diǎn)合金如鋅合金制件的壓鑄。熱室壓鑄機(jī)的工作原理圖如圖3-4所示。冷壓室壓鑄機(jī)的壓室與保溫裝置是分離的，壓鑄時(shí)從保溫坩鍋中舀取液態(tài)金屬，倒入壓鑄機(jī)上的壓室，然后進(jìn)行壓射。臥式冷壓室壓鑄機(jī)的工作原理圖如圖3-5所示。它可用來壓鑄鋁、銅、鎂等熔點(diǎn)較高的合金。4、壓鑄生產(chǎn)特點(diǎn)1）可鑄造結(jié)構(gòu)復(fù)雜的薄壁鑄件壓力鑄造的填充壓力高，金屬液流動(dòng)速度快，因此，可獲得極其復(fù)雜的薄壁鑄件，并可直接鑄出各種型孔、螺紋和齒輪輪齒等結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鑄件。2）鑄件機(jī)械性能好由于填充壓力高，并在高壓下冷凝結(jié)晶，因此，補(bǔ)縮能力強(qiáng)，鑄件組織致密。同時(shí)，由于冷卻快，鑄件晶粒細(xì)小，機(jī)械性能好。3）充型極快，冷凝時(shí)間短，壓鑄生產(chǎn)率高。4）由于填充速度極快，型內(nèi)氣體難以排除干凈，鑄件中常有一些壓力很高的小氣孔。這些小氣孔對(duì)鑄件質(zhì)量有一定的不良影響，如對(duì)壓鑄件進(jìn)行熱處理，小氣孔中氣體膨脹將使鑄件產(chǎn)生變形，所以壓鑄件一般不進(jìn)行熱處理。5）壓鑄機(jī)和壓鑄模的投資大，同時(shí)由于受到壓鑄機(jī)規(guī)格（噸位）的限制，所以壓鑄只適用于大批大量中小型鑄件的生產(chǎn)。綜上所述壓力鑄造主要適用于大批大量中有色金屬，小型鑄件尤其是外形復(fù)雜薄壁鑄件的生產(chǎn)。5、我國壓鑄技術(shù)展望1）開發(fā)新型壓射控制系統(tǒng)。高速高壓充型，是一個(gè)極其復(fù)雜的熱態(tài)動(dòng)力學(xué)過程。壓鑄件高質(zhì)量、致密薄壁無氣孔，在很大程度上與每次壓射的穩(wěn)定性和再現(xiàn)性有關(guān)，因此，必須開發(fā)新型的壓射控制系統(tǒng)和安裝靠近壓型的熱探測器和傳感器。2）發(fā)展新的壓射工藝。如半固態(tài)壓鑄、雙活塞壓鑄、真空壓鑄、加氧壓鑄等都可以有效地減少鑄件氣孔和提高力學(xué)性能，使壓鑄件能夠熱處理。3）開發(fā)新型壓鑄合金。如金屬基復(fù)合材料（MMCs）,這種合金具要高的比強(qiáng)度、比模量、耐磨和減摩性能、熱強(qiáng)性和低的熱膨脹系數(shù)，且工藝比較簡單，成本低，應(yīng)用上局限性小。其鑄造的填充性好，表面質(zhì)量令人滿意。另外壓鑄鎂合金、高鋁鋅基合金，也都具有獨(dú)特的機(jī)械物理性能，且鑄造性能良好。4）開展CAD/CAE/CAM系統(tǒng)的研究開發(fā)，為使填充和凝固更為精確快捷，同時(shí)實(shí)現(xiàn)壓鑄模的快速原型制造。3.1.3低壓鑄造技術(shù)低壓鑄造是液體金屬在壓力作用下充填型腔，以形成鑄件的一種方法。由于所用的壓力較低，所以叫做低壓鑄造。1、發(fā)展概況低壓鑄造最早由英國人E.F.LAKE于1910年提出并申請(qǐng)專利。1950年以后由于汽車工業(yè)的發(fā)展，使低壓鑄造工藝和設(shè)備有了一個(gè)飛躍。汽車輪轂由于質(zhì)量要求高，本身結(jié)構(gòu)又適于低壓鑄造，而且需求量大，因此極大地推動(dòng)了低壓鑄造技術(shù)的發(fā)展。英國在60年代率先發(fā)展低壓鑄造汽車輪轂，其后美國、日本、西德相繼發(fā)展。1981年低壓鑄造汽車鑄鋁輪轂市場占有率僅4%，1994年擴(kuò)大到40%，至2000年市場份額則擴(kuò)大到了60%。2、低壓鑄造原理及過程低壓鑄造原理如下圖3-6所示。它是向儲(chǔ)有金屬液的坩鍋爐中通入2~7N/mm2壓力的壓縮空氣或惰性氣體，并作用在液面上，金屬液自上而下通過升液管壓入鑄型型腔，并保持一定的壓力（或適當(dāng)增壓），直到鑄件凝固為止。然后去除液面壓力，升液管及澆注系統(tǒng)中的未凝固金屬液又在重力作用下流回坩鍋。3、低壓鑄造過程低壓鑄造的工藝規(guī)范包括充型、增壓、鑄型預(yù)熱溫度、澆注溫度，以及鑄型的涂料等。金屬材料熔煉→封閉爐體→制備模具→預(yù)熱模具→制備復(fù)合型芯→合模→低壓澆鑄成型→高壓補(bǔ)縮、保壓→鑄件成型后→放氣→結(jié)晶凝固→開型→取出鑄件→清理。4、低壓鑄造的特點(diǎn)1）提高了鑄型壽命和鑄件質(zhì)量低壓鑄造既克服了重力鑄造流動(dòng)性差、鑄件成形不良和易形成縮孔及縮松的缺點(diǎn)；又克服了壓力鑄造填充速度過快，對(duì)鑄型型腔的沖刷作用大，使鑄型壽命降低和易在鑄件上產(chǎn)生氣孔的缺點(diǎn)。2）澆注和凝固壓力可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整，由于填充壓力適當(dāng)，可適用于各種鑄型（金屬型、砂型等）。3）有較好的補(bǔ)縮作用由于在壓力作用下充型，冷凝、能對(duì)澆口起補(bǔ)縮作用；且能實(shí)現(xiàn)自上而下的順序凝固，鑄件組織致密，機(jī)械性能好。4）采用金屬鑄型則生產(chǎn)效率高，應(yīng)用較廣進(jìn)行低壓鑄造需解決坩鍋以及坩鍋與鑄型間的密封問題。當(dāng)采用砂型時(shí)，鑄型安裝比較麻煩，生產(chǎn)效率低，應(yīng)用較少；采用金屬鑄型則生產(chǎn)效率高，應(yīng)用較廣。低壓鑄造的鑄件精度和表面質(zhì)量取決于所用鑄型的種類。5）低壓鑄造設(shè)備簡單，投資少,易于實(shí)現(xiàn)。5、低壓鑄造設(shè)備低壓鑄造設(shè)備一般由保溫爐及其附屬裝置，鑄型開合系統(tǒng)和供氣系統(tǒng)三部分組成。（如圖3-7所示）按鑄型和保溫爐的連接方式，可分為頂鑄式低壓鑄造機(jī)和側(cè)鑄式低壓鑄造機(jī)兩種類型。1）保溫爐及附屬裝置它由爐體、熔池、密封蓋和升液管等所組成，是低壓鑄造機(jī)的基本部分。保溫爐的爐型很多，如焦炭爐，煤氣爐，電阻爐，感應(yīng)爐等。但目前廣泛使用的是電阻加熱爐，其次是電熱反射爐。供氣系統(tǒng)在低壓鑄造中，正確控制對(duì)鑄型的充型和增壓是獲得良好鑄件的關(guān)鍵，這個(gè)控制完全由供氣系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)不同鑄件，不同鑄件的要求，供氣系統(tǒng)應(yīng)可以任意調(diào)節(jié)，工作要穩(wěn)定可靠，結(jié)構(gòu)要使維修方便。21世紀(jì)低壓鑄造展望1)大型薄壁鋁合金鑄件一直是鑄造界的難題，低壓鑄造是最佳工藝方法。據(jù)有關(guān)方面信息，美國目前可生產(chǎn)直徑800mm、長5m、壁厚6～8mm的巡航導(dǎo)彈艙體，合金材料A357。我國也將研制直徑600mm左右、高3m、壁厚6mm的差壓鑄件。2)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中若干鋁合金零件如排氣管、缸蓋以及摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)缸頭、缸蓋和輪轂?zāi)壳按罅咳圆捎媒饘傩椭亓﹁T造。特別是鋁合金輪轂，我國起步時(shí)大部分都采用低壓鑄造，現(xiàn)在由于低壓鑄造成套設(shè)備不能滿足工藝要求，生產(chǎn)率低，許多原來采用低壓鑄造的廠家走回頭路又用金屬型重力鑄造法生產(chǎn)。但隨著技術(shù)進(jìn)步，包括汽車、摩托車缸頭、缸蓋、排氣岐管和輪轂將大量采用低壓鑄造法生產(chǎn)，使鑄件質(zhì)量提高一個(gè)檔次。3)質(zhì)量大于1000kg以上的大型離心泵不銹鋼葉輪(CF-3M,CD-4MCu)，葉片厚度薄，面積大，而軸頸斷面尺寸大，鑄件厚薄不均，且工作時(shí)承受應(yīng)力腐蝕環(huán)境。常規(guī)砂型重力澆注時(shí)鑄件中出現(xiàn)比較嚴(yán)重縮松。在腐蝕環(huán)境下壽命大大縮短。此類零件在低壓鑄造設(shè)備完備的前提下，采用樹脂砂或石墨型低壓鑄造法有望鑄造成組織致密、尺寸精確的優(yōu)質(zhì)鑄件。這類鑄件在核電裝備中具有重要地位。3.1.4液態(tài)模鍛技術(shù)液態(tài)模鍛，又稱擠壓鑄造、連鑄連鍛，1973年由前蘇聯(lián)首次用于鑄造生產(chǎn)，當(dāng)時(shí)稱為“液態(tài)金屬模壓”，是金屬液在壓力下充型及凝固而獲得鑄件的一種鑄造方法。如圖3-8所示。圖3-8這是一種既具有鑄造特點(diǎn)，又類似模鍛的新興金屬成形工藝。它是將一定量的被鑄金屬圖3-8液態(tài)模鍛(擠壓鑄造)可分為兩大類:直接擠壓鑄造(directsqueezecasting)和間接擠壓鑄造(indirectsqueezecasting)。直接擠壓工藝類似于金屬模鍛，壓力直接施加于液態(tài)金屬的整個(gè)面上；間接擠壓工藝與壓鑄接近，壓力通過澆道間接作用于液態(tài)金屬上。間接擠壓鑄件內(nèi)部質(zhì)量低于直接擠壓件而高于壓鑄件。1、液態(tài)模鍛技術(shù)的特點(diǎn)液態(tài)模鍛是鑄鍛相結(jié)合的一種新興工藝，它既具有鑄造工藝簡單、生產(chǎn)成本低、可制件形狀復(fù)雜的優(yōu)點(diǎn)，又具有模鍛產(chǎn)品晶粒細(xì)密、組織均勻、力學(xué)性能好、成型精度高的特點(diǎn)。主要有以下幾點(diǎn)：（1）在成形過程中，尚未凝固的金屬液自始至終在等靜壓的作用下結(jié)晶凝固、流動(dòng)成形；已凝固的金屬層在壓力下發(fā)生塑性變形，具有熱變形組織，晶粒細(xì)小，組織均勻，同時(shí)壓力使制件外側(cè)緊貼模具內(nèi)壁，使工件形狀尺寸準(zhǔn)確。（2）由于先結(jié)晶凝固層產(chǎn)生塑性變形，要消耗一部分能量，因此金屬液經(jīng)受的等靜壓不是定值，而是隨著凝固層的增厚而下降。（3）固液區(qū)在壓力作用下，發(fā)生強(qiáng)制性的補(bǔ)縮，從而能消除制件內(nèi)部縮孔疏松等缺陷，提高了制件力學(xué)性能。（4）與普通熱模鍛相比，金屬液的流動(dòng)性遠(yuǎn)大于固體金屬，充填模具型腔的性能較好，能夠用一副模具一次成形形狀比較復(fù)雜的制件。（5）密度、力學(xué)性能基本等同模鍛件。2、液態(tài)模鍛技術(shù)參數(shù)在液態(tài)模鍛的成形過程中，涉及的工藝參數(shù)主要有：液鍛比壓、加壓開始時(shí)間、保壓時(shí)間、模具預(yù)熱溫度、金屬液澆注溫度、模具潤滑等。研究工作者結(jié)合產(chǎn)品對(duì)液態(tài)模鍛的工藝參數(shù)作了大量有益探索現(xiàn)將幾個(gè)主要工藝參數(shù)總結(jié)如下：1）液鍛比壓單位面積上的壓力。壓力的作用是使金屬液在等靜壓的作用下凝固，并消除制件氣孔、縮孔疏松等缺陷，從而使制件獲得較好的內(nèi)部組織和較高的力學(xué)性能。比壓過低時(shí)，未凝固的金屬液在先凝固的封閉殼層內(nèi)自由凝固，又液態(tài)金屬比固態(tài)金屬收縮值大，使最后凝固部分得不到補(bǔ)縮而產(chǎn)生縮孔疏松，使產(chǎn)品致密性下降；比壓過高，雖對(duì)提高產(chǎn)品性能有一定的作用，但同時(shí)會(huì)降低模具壽命，增加設(shè)備動(dòng)力消耗及費(fèi)用。2）開始時(shí)間開始加壓時(shí)間即施壓前金屬液在模具內(nèi)的停留時(shí)間。開始加壓時(shí)間應(yīng)以金屬液的溫度不低于固相線溫度為準(zhǔn)，因而金屬處于熔融狀態(tài)時(shí)加壓效果最好。開始加壓時(shí)間若過晚，金屬自由凝固外殼厚度增大，增加了變形抗力，減小了加壓效果，影響制件質(zhì)量。實(shí)際上由于現(xiàn)行的液壓機(jī)合型行程較長、速度較慢，模具與合金液溫差較大等原因，加壓只可能過遲，而不會(huì)過早。因此應(yīng)當(dāng)在金屬液澆入金屬型型腔后立即加壓。3）澆注溫度合金的澆注溫度對(duì)零件的成形質(zhì)量有很大的影響，澆注溫度過高，容易產(chǎn)生縮孔，模具受熱浸蝕愈嚴(yán)重，加壓時(shí)，容易出現(xiàn)毛刺，可能會(huì)把模具卡住，甚至?xí)?dǎo)致模具出現(xiàn)熱裂紋；澆注溫度過低，會(huì)因?yàn)楹辖鹉踢^快而產(chǎn)生澆不充足或冷隔缺陷，但是如果此時(shí)的比壓比較大，就可以很好地避免因溫度低所造成的缺陷，所以一般都會(huì)通過提高比壓來降低澆注溫度，這也正是液態(tài)模鍛的高比壓低溫穩(wěn)定成形的突出優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)橐簯B(tài)模鍛時(shí)希望消除氣孔、縮孔縮松，而在較低溫度澆注時(shí)，氣體易于從合金熔液內(nèi)部逸出，易于消除氣孔；且一旦施壓后，還能使金屬液同時(shí)進(jìn)人過冷狀態(tài)，獲得同時(shí)形核的條件，進(jìn)而獲得等軸晶組織。通常根據(jù)合金的液相線溫度和凝固范圍來確定理想的金屬液澆注溫度，一般控制在最低值，對(duì)于薄壁件或熱容量較小的合金澆注溫度可取高些，反之取得低些。4）保壓時(shí)間保壓時(shí)間是指從金屬液充滿模具型腔后開始到撤消壓力為止的時(shí)間段，這段時(shí)間實(shí)際上是金屬液在壓力下實(shí)現(xiàn)凝固、結(jié)晶和補(bǔ)縮的時(shí)間。保壓時(shí)間的長短，主要取決于制件斷面的最大壁厚，一般取0.5~1Sec/mm。保壓時(shí)間過短，即制件心部尚未完全凝固即卸壓，會(huì)因制件內(nèi)部得不到補(bǔ)縮而產(chǎn)生縮孔、縮松等缺陷；保壓時(shí)間過長，增加了制件內(nèi)應(yīng)力，可能造成制件因凝固收縮而產(chǎn)生熱裂，影響制件表面質(zhì)量。5）模具預(yù)熱溫度液態(tài)模鍛是將高溫液態(tài)金屬直接澆入模具中，凝固時(shí)放出的熱量使模具型腔表面溫度迅速升高，在模具模壁方向存在溫度差而產(chǎn)生熱應(yīng)力，故模具在使用前要進(jìn)行均勻預(yù)熱，以減小溫差，降低熱應(yīng)力。模具溫度過高，容易發(fā)生制件粘模，使脫模困難；模具溫度過低，則使制件質(zhì)量難以得到保證，如產(chǎn)生冷隔和表面裂紋等缺陷。6）冷卻態(tài)模鍛卸壓后，一般應(yīng)立即脫模，故制件的出模溫度較高。為了防止高溫的制件空冷時(shí)在薄壁與厚壁的交界處產(chǎn)生裂紋，應(yīng)將出模后的制件立即用沙子或者土埋上，待冷卻到150℃以下時(shí)再取出空冷。3、液態(tài)模鍛技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)(1)液態(tài)模鍛可以消除制件內(nèi)部的氣孔、縮孔和疏松等缺陷，產(chǎn)生局部的塑性變形，使制件組織致密。加之，在壓力下結(jié)晶，還有明顯的細(xì)化晶粒、加快凝固速度和使組織均勻化的作用。因而液鍛件的機(jī)械性能一般要高于普通鑄件，而接近甚至達(dá)到同種合金的鍛件水平，同時(shí)它沒有鍛件中通常存在的各向異性。(2)液態(tài)金屬在壓力下成形和凝固，使制件和型腔壁貼合緊密。模具之間的氣隙減小，使導(dǎo)熱系數(shù)增加，凝固速度加快，有利于晶粒細(xì)化。且液鍛件有較高的表面光潔度和尺寸精度，其級(jí)別能達(dá)到壓鑄件的水平。所以，液態(tài)模鍛已成為近凈成形的一種重要方法。(3)液鍛件在凝固過程中，各部位處于壓應(yīng)力狀態(tài)下，有利于制件的補(bǔ)縮和防止制件裂紋的產(chǎn)生。因而，液態(tài)工藝的實(shí)用性較強(qiáng)，適用的合金不受鑄造好壞的限制。它不僅適用于鑄造性能好的合金，而且也適用于鑄造性能不好的變形合金。既可用于鋁、銅、鎂、鋅等有色合金，還可用于鐵、鋼等黑色金屬，還用于鎳、鈷等高溫合金，甚至可用于復(fù)合材料和鑄石等方面。(4)液態(tài)模鍛是在壓力機(jī)或擠壓鑄造機(jī)上進(jìn)行的。便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化、可大大減輕人的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善車間的生產(chǎn)環(huán)境。(5)由于凝固層產(chǎn)生塑性變形，要消耗一部分能量，因此金屬液經(jīng)受的等靜壓值不是固定不變的，而是隨著凝固層的增厚下降。(6)液態(tài)模鍛的固液區(qū)在壓力的作用下，發(fā)生強(qiáng)制性的補(bǔ)縮。對(duì)于薄壁和復(fù)雜的零件，因?yàn)橹萍睦淠俣瓤欤袝r(shí)來不及加壓就凝固了，因而，此工藝的應(yīng)用將受到限制。4、液態(tài)模鍛技術(shù)的新發(fā)展液鍛技術(shù)的新發(fā)展有以下幾個(gè)方面：(1)發(fā)展半固態(tài)成形技術(shù)半固態(tài)加工利用了金屬從液態(tài)向固態(tài)或固態(tài)向液態(tài)過渡(即固液共存)時(shí)的特性，綜合了凝固加工和塑性加工的長處，即加工溫度低，比如鋁合金，與凝固加工相比，加工溫度可降低120℃；變形抗力小；可一次加工成形狀復(fù)雜且精度要求高的零件。半固態(tài)技術(shù)在歐美國家及日本發(fā)展很快。(2)用液鍛工藝生產(chǎn)復(fù)合材料日本進(jìn)行了鋁—碳纖維、鋁—不銹鋼絲纖維等增強(qiáng)復(fù)合材料的液鍛研究，英國進(jìn)行了可選擇性的纖維、盤形剎車測徑器等液鍛研究，還研究了為改善以Al-A12為金屬母體成分鑄造顆粒性能時(shí)液鍛工藝的作用，國內(nèi)也進(jìn)行了馬達(dá)連桿軸瓦雙金屬液鍛工藝的研究等。（3）液鍛工藝的新發(fā)展是液態(tài)擠壓液態(tài)擠壓是在液態(tài)模鍛的基礎(chǔ)上，結(jié)合熱擠壓變形的特點(diǎn)而發(fā)展起來的一種液態(tài)成形工藝，其成形過程為：將液態(tài)金屬直接澆入擠壓桶內(nèi)，借助擠壓沖頭對(duì)未凝固液態(tài)或準(zhǔn)凝固金屬施以壓力，使其在壓力下發(fā)生流動(dòng)、結(jié)晶和凝固。隨后，擠壓成形?？谔幍臏?zhǔn)凝固金屬經(jīng)受斷面縮減的大塑性變形，一次成形出管、棒、型材類制品。擠壓的主要特征是利用壓力下結(jié)晶和熱擠壓減輕大變形原理，使制件性能改善，其組織為熱擠壓組織。利用液態(tài)擠壓工藝也可以直接制備金屬基復(fù)合材料管、棒、型材類制件，由此突破了現(xiàn)有復(fù)合材料成形方法均需二次變形，即先成形出復(fù)合材料坯體，再經(jīng)擠、軋等工藝制成管、棒型材的限制，可以減少成形工序，降低成本，有望成為成形高性能復(fù)合材料的管、棒、型材的一條新途徑。國外液態(tài)模鍛技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用范圍。但是，由于我國尚未開發(fā)出適合液態(tài)模鍛工藝要求的專用或者通用液態(tài)模鍛機(jī)械，在一定程度制約了該技術(shù)的發(fā)展，影響先進(jìn)工藝技術(shù)的實(shí)施。因此，發(fā)展我國液態(tài)模鍛產(chǎn)業(yè)的最關(guān)鍵問題是盡快開發(fā)和生產(chǎn)自己的高效、低價(jià)位模鍛機(jī)系列，并針對(duì)具體工作進(jìn)行工藝技術(shù)的開發(fā)和試生產(chǎn)。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，新的工藝、新的技術(shù)不斷涌現(xiàn)，傳統(tǒng)制造業(yè)正面臨這嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。作為鑄、鍛結(jié)合的液態(tài)模鍛技術(shù)，也要面對(duì)更多的技術(shù)要求和市場的激烈競爭，因此液態(tài)模鍛技術(shù)也相應(yīng)的要完善和繼續(xù)發(fā)展。3.1.5半固態(tài)成形技術(shù)1、發(fā)展概況從70年代初美國麻省理工學(xué)院的Flemings教授等開發(fā)出半固態(tài)加工技術(shù)以來，

現(xiàn)已得到迅速發(fā)展。美國在此技術(shù)的開發(fā)研究和工業(yè)應(yīng)用等方面處于全球領(lǐng)先地位；歐

洲國家和日本也相繼開展此方面的工作，并取得很大進(jìn)展。半固態(tài)加工技術(shù)最廣泛的應(yīng)用主要集中在汽車工業(yè)，用以進(jìn)行汽車零件的近終形狀(NearNetShape)制造以及使其輕量化；另外，這項(xiàng)技術(shù)還被越來越多地用于航空、兵器、儀表等工業(yè)的主要構(gòu)件。目前，半固態(tài)金屬加工技術(shù)的發(fā)展主要圍繞著半固態(tài)金屬的制備和成形、基礎(chǔ)理論、金屬基復(fù)合材料的制造、工業(yè)應(yīng)用和開發(fā)等方面。與此同時(shí)，很多相關(guān)的新技術(shù)和應(yīng)用領(lǐng)域不斷被開發(fā)出來。

2、半固態(tài)成形原理半固態(tài)成形，在金屬凝固過程中，進(jìn)行強(qiáng)烈攪拌，使普通鑄造易于形成的樹枝晶網(wǎng)絡(luò)被打碎，得到一種液態(tài)金屬母液中均勻懸浮著一定顆粒狀固相組分的固-液混合漿料，采用這種既非液態(tài)、又非完全固態(tài)的金屬漿料加工成形的方法，稱為金屬的半固態(tài)加工。SSM成形是介于鑄造和鍛造之間的一種工藝過程，適用于很多常規(guī)的成形方法。通常根據(jù)采用的成形設(shè)備對(duì)其命名，這些設(shè)備包括：改進(jìn)的壓鑄設(shè)備、注射成形設(shè)備、連續(xù)鑄造設(shè)備和模鍛設(shè)備等。在研究和應(yīng)用中，鑄造設(shè)備在SSM成形中占較大比例，因而SSM

成形多稱為半固態(tài)鑄造。

SSM原料在進(jìn)入模具內(nèi)腔之前有不同的處理方法，從而使SSM成形分為兩大類：流

變成形(Rheoforming)和觸變成形(Thixo-

forming)。流變成形是將獲得的

SSM原料直接成形；觸變成形是將SSM原料首先制成錠料，生產(chǎn)時(shí)，將定量的錠坯重新加熱至半固態(tài)然后再成形。

對(duì)于流變成形，由于直接獲得的SSM原料保存和輸送很不方便，因而發(fā)展較緩慢，一般僅用于SSM連續(xù)成形方面；對(duì)觸變成形，由于SSM坯料便于輸送和加熱，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，所以，觸變成形在工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。

3、半固態(tài)金屬的成形工藝1）流變鑄造圖3-9流變成形原理由原始漿料連鑄或直接成形的方法被稱為“流變鑄造（rheocasting）”，目前進(jìn)入實(shí)用的流變成形技術(shù)只有一種，它被稱之為射鑄(InjectionMoldingorThixomolding)技術(shù)。射鑄技術(shù)只應(yīng)用于鎂合金(ASTMSpectifications-AZ91D)的半固態(tài)成形，成形件為汽車零件毛坯，成形機(jī)中包含一個(gè)特殊的螺旋推進(jìn)系統(tǒng)(Extruder),并配有半固態(tài)鎂合金加熱源；當(dāng)小塊狀的鎂合金(由傳統(tǒng)的枝晶鎂合金錠剪切而成)送入螺旋推進(jìn)系統(tǒng)后，鎂合金一邊被加熱，一邊由左向右螺旋剪切推進(jìn)；到達(dá)螺旋推進(jìn)系統(tǒng)左邊的半固態(tài)鎂合金已經(jīng)具有流變性，隨后被射入模具型腔成形。如所示。圖3-9流變成形原理2）觸變成形一般觸變成形中半固態(tài)組織的恢復(fù)仍用感應(yīng)加熱的方法，然后進(jìn)行壓鑄、鍛造加工成形。如圖3-10所示。半固態(tài)金屬的觸變成形可以分為幾種：一是觸變壓鑄(thixodie-casting),其成形設(shè)備是壓鑄機(jī)；二是觸變鍛造(thixoforging),其成形設(shè)備是壓力機(jī)；三是觸變擠壓，其成形設(shè)備是擠壓機(jī)；四是觸變軋制，其成形設(shè)備是軋機(jī)。以上成形方法的前兩種工藝是目前實(shí)際生產(chǎn)中已經(jīng)成熟的工藝，而后兩種工藝尚不成熟。圖3-10圖3-101）由于SSM本身具有均勻的細(xì)晶粒組織及特殊的流變特性，在壓力下成形使工件具有很高的綜合力學(xué)性能；成形溫度比全液態(tài)成形溫度低，減少液態(tài)成形缺陷，提高鑄件質(zhì)量，拓寬壓鑄合金的種類至高熔點(diǎn)合金；2）能夠減輕成形件的質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)金屬制品的近凈成形；SSM成形件表面平整光滑；內(nèi)部組織致密、晶粒細(xì)小、力學(xué)性能高；凝固收縮小，

因而鑄件尺寸精度高；SSM成形件尺寸與成品零件幾乎相同，極大地減少了機(jī)械加工量，

可以做到少或無切削加工。3）SSM充型平穩(wěn)、無湍流和噴濺、溫度低而且釋放了部分結(jié)晶潛熱，因而減輕了對(duì)成形裝置尤其是模具的熱沖擊，使其壽命大幅度提高；同時(shí)，SSM凝固時(shí)間縮短，從而有

益于提高生產(chǎn)率。

4）用常規(guī)液態(tài)成形方法不可能制造的合金，例如某些金屬基復(fù)合材料的制備。因此，半固態(tài)金屬成形技術(shù)以其諸多的優(yōu)越性而被視為劃時(shí)代的金屬加工新工藝。5）不直接處理液態(tài)金屬，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，改善了勞動(dòng)條件；與固態(tài)金屬模鍛相比，SSM的流動(dòng)應(yīng)力顯著降低，因而SSM模鍛成形速度更高，

而且可以成形十分復(fù)雜的零件。5、半固態(tài)金屬制備方法制備方法：熔體攪拌法、應(yīng)變誘發(fā)熔化激活法、熱處理法、粉末冶金法等。其中熔體攪拌法是應(yīng)用最普遍的方法。熔體攪拌法根據(jù)攪拌原理的不同可分成如下兩種：1）機(jī)械攪拌法機(jī)械攪拌法設(shè)備技術(shù)比較成熟，易于實(shí)現(xiàn)，攪拌狀態(tài)和強(qiáng)弱易控制，剪切效率高；但對(duì)攪拌器材料的強(qiáng)度、可加工性及化學(xué)穩(wěn)定性要求很高。在半固態(tài)成形的早期研究中多采用機(jī)械攪拌法。2）電磁攪拌法在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下，使熔融金屬液在容器內(nèi)作渦流運(yùn)動(dòng)。電磁攪拌法的突出優(yōu)點(diǎn)是不用攪拌器，對(duì)合金液成分影響小，攪拌強(qiáng)度易于控制，尤其適合于高熔點(diǎn)金屬的半固態(tài)制備。3）應(yīng)變激活法應(yīng)

變激活法是預(yù)先連續(xù)鑄造出晶粒細(xì)小的金屬錠，再將金屬錠擠壓變形，而且變形量要足夠大，最后按需要將變形的金屬錠切成一定大小，再加熱到固液區(qū)，在加熱過程中發(fā)生回復(fù)和再結(jié)晶，使晶粒細(xì)化，進(jìn)而部分晶界熔化，得到固液兩相共存的半固態(tài)金屬漿料。該方法生產(chǎn)的金屬鑄錠純凈，產(chǎn)量大，但由于增加了預(yù)變形工序，使生產(chǎn)成本提高。同時(shí)該法只能用于生產(chǎn)小零件，應(yīng)用范圍有限。

4）電磁機(jī)械復(fù)合攪拌法

電磁機(jī)械復(fù)合攪拌技術(shù)，電磁攪拌時(shí)改變半固態(tài)漿料在攪拌室內(nèi)流動(dòng)，它可以在攪拌室內(nèi)沿垂直方向進(jìn)行上下移動(dòng)，這樣可以使整個(gè)攪拌室的半固態(tài)漿料進(jìn)行大范圍流動(dòng)，特制機(jī)械攪拌器的上下移動(dòng)是由電機(jī)控制的。電磁攪拌是由三對(duì)相對(duì)放置的N極和S極對(duì)半固態(tài)漿料產(chǎn)生的周向電磁力來實(shí)現(xiàn)的。石墨坩堝上的冷卻孔和加熱孔是用于放置冷卻管和加熱管的，這些器件作用是為了精確控制半固態(tài)漿料的溫度，以便得到固相率穩(wěn)定的半固態(tài)漿料。在整個(gè)攪拌過程中實(shí)施氬氣保護(hù)，以免半固態(tài)漿料發(fā)生氧化，影響半固態(tài)漿料的質(zhì)量。這種方法能夠有效的避免合金成分在攪拌時(shí)偏析，另一方面還能夠確保初生固相顆粒均勻分布。該方法在制備半固態(tài)復(fù)合材料漿料方面具有明顯的優(yōu)勢和應(yīng)用前景。6、SSM的工業(yè)應(yīng)用與開發(fā)前景半固態(tài)成形：半固態(tài)成形（SSF）的鋁和鎂合金件已經(jīng)大量地用于汽車工業(yè)的特殊零件上。生產(chǎn)的汽車零件主要有：汽車輪轂、主制動(dòng)缸體、反鎖制動(dòng)閥、盤式制動(dòng)鉗、動(dòng)力換向殼體、離合器總泵體、發(fā)動(dòng)機(jī)活塞、液壓管接頭、空壓機(jī)本體、空壓機(jī)蓋等。半固態(tài)加工技術(shù)除上述直接成形外，還有望于提純金屬(使3SM的液固兩相分離)、

制造金屬板帶等。尤其是用半固態(tài)加工技術(shù)制造金屬基復(fù)合材料愈來愈受到人們的重視。隨著不斷研究開發(fā)，半固態(tài)加工技術(shù)必將超出今天工業(yè)應(yīng)用的范圍。SSM適用于有液固共存區(qū)的合金體系。研究和生產(chǎn)證明，適用于半固態(tài)加工的金屬有：鎂合金、鋁合金、鋅合金、鎳合金、銅合金以及鋼鐵合金等，其中鋁鎂合金已用于工業(yè)生產(chǎn)。半固態(tài)加工技術(shù)有可能使黑色金屬實(shí)現(xiàn)壓鑄，很多國家正致力于這方面的研究。

3.1.6消失模鑄造技術(shù)消失模鑄造是將與鑄件形狀、尺寸相似的發(fā)泡塑料模型粘接組成模型簇,刷耐火材料涂層并烘干后,埋在干石英砂中振動(dòng)造型,在一定的條件下澆注液體金屬,使模型氣化并占據(jù)模型位置,冷卻凝固后獲得所需鑄件的方法。對(duì)于消失模鑄造有多種不同的叫法。國內(nèi)主要的叫法有：“干砂實(shí)型鑄造”、“負(fù)壓實(shí)型鑄造”，簡稱EPC鑄造。如圖3-11所示。1、消失模鑄造發(fā)展概況1956年美國人（H.F.SHOYER）開始了將聚苯乙烯泡沫塑料用于鑄造的試驗(yàn)，并獲得成功,引起了人們極大的興趣，1958年以專利的形式公布于眾，當(dāng)時(shí)稱之為“無型腔鑄造”。起初，該法只是用來制造金屬雕像等藝術(shù)品鑄件，美國馬薩諸塞工藝院鑄造出重約150Kg的青銅飛馬和高大的球墨鑄鐵鐘架。以后經(jīng)過許多實(shí)踐和探索，1962年西德從美國引進(jìn)圖3-11圖3-111964年美國的T.R.SMITH發(fā)表了使用無粘結(jié)劑干砂造型生產(chǎn)消失模鑄件的專利。到了1967年,采用普通粘土砂和自硬砂的消失模鑄造法獲得了成功,并在許多國家得到了應(yīng)用,生產(chǎn)了成千上萬噸鑄件,但無粘結(jié)劑干砂實(shí)型鑄造卻沒得到發(fā)展,仍處于探索階段。在整個(gè)六十年代直至七十年代,消失模鑄造法僅限于單件小批生產(chǎn),典型產(chǎn)品是汽車模具、機(jī)器底座、藝術(shù)品等。1968年，德國人E.KRYZMOWSKI在砂箱內(nèi)抽成負(fù)壓進(jìn)行澆注,取得了專利，即現(xiàn)在的消失模鑄造。八十年代以前，由于專利的制約，生產(chǎn)中使用無粘結(jié)劑干砂消失模鑄造受到限制；鑄造界與其他產(chǎn)業(yè)部門協(xié)調(diào)不夠；由于工藝不當(dāng)、型砂和涂料不合適以及模型質(zhì)量不高所導(dǎo)致的實(shí)型鑄件外觀及內(nèi)在質(zhì)量不夠好，造成了一部分人的等待、觀望甚至懷疑的態(tài)度，使得消失模鑄造法發(fā)展緩慢。1981年以后由于相應(yīng)專利技術(shù)失效，再加上經(jīng)過幾年努力，發(fā)泡聚苯乙烯原料珠粒有了很大進(jìn)步、模型組合粘結(jié)劑質(zhì)量改善、高質(zhì)量涂料被研制成功等工藝技術(shù)的進(jìn)步，消失模鑄造法得以迅速發(fā)展，并很快在生產(chǎn)上得到應(yīng)用。1982年美國首先公開了世界上第一條生產(chǎn)復(fù)雜鋁鑄件的消失模鑄造生產(chǎn)線。1984年美國福特汽車公司建立了年產(chǎn)100萬只鋁合金進(jìn)氣歧管高度自動(dòng)化的生產(chǎn)線。至此，消失模鑄造作為一種全新的鑄造工藝方法被應(yīng)用于生產(chǎn)。1990年美國通用汽車公司在Saturn建成了一套年產(chǎn)鑄件5.5萬噸，10萬平方米的新鑄造廠，用三條全自動(dòng)EPC生產(chǎn)線生產(chǎn)鋁合金缸體、缸蓋和球墨鑄鐵曲軸等鑄件。1979年，由我國著名消失模鑄造專家、中科院長春光學(xué)精密機(jī)械研究所研究員黃述哲教授在全國鑄造工藝學(xué)會(huì)上發(fā)表了“消失模鑄造基本特性的研究”論文報(bào)告，在國內(nèi)首次系統(tǒng)闡述了這一方法的特點(diǎn)和規(guī)律性。八十年代后期鄭州機(jī)械所也開始了消失模鑄造的試驗(yàn)性應(yīng)用研究。九十年代開始以來，清華大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、華中理工大學(xué)、西安交大等也紛紛加入了消失模鑄造的研究。90年代我國在北京宋莊鑄造總廠、福州柴油機(jī)廠、四川南川機(jī)械廠、湖北丹江口管理局建成了年產(chǎn)3000~5000t鑄件的消失模鑄造生產(chǎn)線。同時(shí)也引進(jìn)了國外先進(jìn)的消失模鑄造生產(chǎn)線，如一汽輕型發(fā)動(dòng)機(jī)從美國?？倒疽M(jìn)了制模、振動(dòng)臺(tái)等部分設(shè)備，國內(nèi)配套組成生產(chǎn)線；長沙汽車發(fā)動(dòng)機(jī)廠則引進(jìn)了意大利法塔公司全套制模、造型、澆灌生產(chǎn)線。2003年我國消失模鑄造行業(yè)的鑄件總產(chǎn)量約為140600噸，全國消失模鑄造生產(chǎn)廠總數(shù)約為120-140家。2、工藝過程：1）制作泡塑模型泡塑珠粒的選用，消失模鑄造專用的泡沫珠粒有三種：可發(fā)性聚苯乙烯樹脂珠粒（簡稱EPS）；可發(fā)性甲基丙烯酸甲脂與聚苯乙烯共聚樹脂珠粒（簡稱STMMA）；可發(fā)性聚甲基丙烯酸甲脂樹脂珠粒（簡稱EPMMA）。常用可發(fā)性聚苯乙烯樹脂珠粒（簡稱EPS），一般用于有色金屬、灰鐵、鑄鋼件的鑄造。珠粒特點(diǎn)：半透明，予發(fā)泡倍數(shù)40-60，粒徑為0.18-0.8mm，（6種尺寸），一般選用的原始珠粒直徑小于或等于鑄件最小壁厚的1/9-1/10。模型制作一般有兩種情況：（1）由泡沫珠粒制作予發(fā)泡-熟化-發(fā)泡成形-冷卻出模；予發(fā)泡，EPS珠粒在加入模具前，要先進(jìn)行予發(fā)泡以使珠粒膨脹到一定尺寸。予發(fā)泡過程決定了模型的密度，尺寸穩(wěn)定性和精度，是關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。適用于EPS珠粒予發(fā)泡的方法有三種：熱水予發(fā)泡；蒸汽予發(fā)泡和真空予發(fā)泡。真空予發(fā)泡的珠粒發(fā)泡率高，珠粒干燥，應(yīng)用較多。熟化。經(jīng)予發(fā)泡的EPS珠粒放在干燥、通風(fēng)的料倉中一段時(shí)間。以使珠粒泡空內(nèi)外界壓力平衡，使珠粒具有彈性和再膨脹的能力，除去珠粒表面的水份，熟化時(shí)間8-48小時(shí)。發(fā)泡成型。將予發(fā)泡且成型的EPS珠粒填充到金屬模具的形腔內(nèi)，加熱，使珠粒再次膨脹，填滿珠粒間的空隙，并使珠粒間相互融合，形成平滑表面，即模型。出模前必須進(jìn)行冷卻，使模型降溫至軟化溫度以下，模型硬化定型后，才能出模。出模后還應(yīng)有模型干燥及尺寸穩(wěn)定的時(shí)間。設(shè)備有蒸缸及自動(dòng)成型機(jī)兩種。（2）由泡塑板材制作：泡塑板材-電阻絲切割-粘接-模型。對(duì)簡單模型，可利用電阻絲切割裝置，將泡塑板材直接切割成所需模型。對(duì)于復(fù)雜模型，首先用電阻絲切割裝置，將泡塑板材切割成模型的幾個(gè)組成部分，然后進(jìn)行粘接成整體模型。2）組合模型蔟是將自行加工好（或外購的）泡塑模型與澆冒口系統(tǒng)粘結(jié)在一起，形成模行蔟。這種組合有時(shí)在涂料前進(jìn)行，有時(shí)在涂層制備后,壓箱造型時(shí)進(jìn)行。是消失模實(shí)型鑄造不可缺少的一到工序。目前使用的粘結(jié)材料有：橡膠乳液，樹脂溶劑，和熱熔膠及膠帶紙。3）模型涂層實(shí)型鑄造泡塑模型表面必須涂上一層一定厚度的涂料,形成鑄型內(nèi)腔。其涂層的作用是為了提高EPS模型的強(qiáng)度和剛度，提高模型表面耐型砂的沖刷能力，防止加砂過程中模型表面破損，及振動(dòng)緊實(shí)，負(fù)壓定型時(shí)模型的變形，確保鑄件的尺寸精度。外購的消失模鑄造專用涂料，在涂料攪拌機(jī)內(nèi)加水?dāng)嚢瑁蛊涞玫胶线m的粘度。攪拌后的涂料放入容器內(nèi)，用浸、刷、淋或噴的方法給模型蔟表面掛上一層涂料，一般涂兩遍，使涂層厚度為0.5-2mm。根據(jù)合金種類,結(jié)構(gòu)形狀、及尺寸大小的不同進(jìn)行選擇。掛好涂料的模型蔟在40-50℃的溫度下烘干。4）振動(dòng)造型僅介紹常用的造型方法,其工序：砂床制備-放置EPS模型-填砂-密封定型。（1）砂床制備將帶有抽氣室的砂箱放到振動(dòng)臺(tái)上，并卡緊。底部先放入一層一定厚度的底砂，（一般砂床的厚度為50-100mm以上）振動(dòng)緊實(shí)。型砂為無粘結(jié)劑，無添加物，不含水的干石英砂。黑色金屬漏度高，可選用較粗的砂；鋁合金則采用較細(xì)的砂。落砂后，造型用的型砂經(jīng)處理后，可循環(huán)使用。砂箱有方形和圓形兩種，為單面開口，設(shè)有抽氣室和抽氣管，起吊或行走機(jī)構(gòu)的砂箱。（2）放置EPS模型振實(shí)后，在砂箱內(nèi)的底砂上，按工藝要求放置EPS模型，并按培砂固定。（3）填砂加砂（軟管或雨淋），同時(shí)振動(dòng)（X、Y、Z），時(shí)間一般為3-60秒，使型砂充滿模型的各個(gè)部位，且使型砂的堆積密度增加。（4）密封定型砂箱表面用塑料薄膜覆蓋密封，用真空泵將砂箱內(nèi)抽成一定的真空，靠大氣壓力與鑄型內(nèi)壓力之差將砂粒粘結(jié)在一起，維持鑄型在澆注過程中不潰散，稱之為負(fù)壓定型。較為常用。5）澆注EPS模型一般在80℃左右軟化，420-480℃左右氣化分解，分解產(chǎn)物有氣體、液體、固體三部分，熱分解溫度不同，三者之間的含量不同。實(shí)型鑄造澆注時(shí)，在液態(tài)金屬的熱作用下，EPS模型發(fā)生熱解氣化，產(chǎn)生大量的氣體，不斷通過涂層型砂向外排放，在鑄型、模型及金屬間隙內(nèi)，形成一定氣壓，液態(tài)金屬不斷的占據(jù)EPS模型位置，向前推進(jìn)，發(fā)生液體金屬于EPS模型置換的過程。置換的最終結(jié)果是形成鑄件。澆注的操作過程采用，慢-快-慢的方法。并保持連續(xù)的澆注，要防止?jié)沧⑦^程中斷流。澆注鑄型真空維持3-5分鐘后停泵。澆注溫度比砂型鑄造的澆注溫度高30-50℃。6）落砂清理冷卻后，可用翻箱機(jī)傾翻砂箱即可取出鑄件，也可從砂箱中吊出鑄件，鑄件和型砂自然脫離，經(jīng)過處理后型砂可循環(huán)使用。鑄件去除澆、冒口后，進(jìn)行表面的清理和檢驗(yàn)后，合格的鑄件即可入庫備用。3、消失模鑄造需要的專用設(shè)備消失模鑄造與其他鑄造方法的主要區(qū)別是它所特有的黑區(qū)和白區(qū)部分。白區(qū)指制模工部和模型組合及涂料烘干工部，黑區(qū)指造型澆注工部。消失模鑄造的專用設(shè)備有：白區(qū)：制模工部：預(yù)發(fā)機(jī)、蒸缸、成型機(jī)、模型干燥室等；模型組合及涂料烘干工部：涂料研磨機(jī)、涂料混制滾筒、模型烘干設(shè)備等。黑區(qū)：造型澆注工部：造型振實(shí)臺(tái)、真空系統(tǒng)、砂處理系統(tǒng)、砂箱、雨淋加砂裝置、砂箱運(yùn)輸系統(tǒng)等。4、消失模鑄造的工藝優(yōu)越性與傳統(tǒng)的砂型鑄造相比，大量生產(chǎn)的消失模鑄造有如下工藝特征：1）一個(gè)與鑄件形狀完全一致、尺寸大小只差金屬收縮量的泡沫塑料模型保留在鑄型內(nèi)，形成“實(shí)型”鑄型，而不是傳統(tǒng)砂型的“空腔”鑄型（即“空型”）。2）其砂型為無粘結(jié)劑、無水份、無任何附加物的干石英砂。3）澆注時(shí)，泡沫塑料模型在高溫液體金屬作用下不斷分解氣化，產(chǎn)生金屬-模型的置換過程，而不象傳統(tǒng)“空型”鑄造是一個(gè)液體金屬的填充過程。制作一個(gè)鑄件，就要“消失”掉一個(gè)泡沫塑料模型。4）泡沫塑料模型可以分塊成形再進(jìn)行粘結(jié)組合。模型形狀（即鑄件形狀）基本不受任何限制。5、消失模鑄造的特點(diǎn)：1）鑄件質(zhì)量好，成本低。材質(zhì)不限，大小皆宜；尺寸精度高，表面光潔，減少清理，節(jié)省機(jī)械加工；內(nèi)部缺陷大大減少，組織致密。2）可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、大批量生產(chǎn)。自動(dòng)化流水線生產(chǎn),無污染、環(huán)保。可以大大改善作業(yè)環(huán)境、降低勞動(dòng)強(qiáng)度、減少能源消耗。3）與傳統(tǒng)鑄造技術(shù)相比，消失模鑄造技術(shù)具有與無倫比的優(yōu)勢，被國內(nèi)外鑄造界譽(yù)為“二十一世紀(jì)的鑄造技術(shù)”、“鑄造工業(yè)的綠色革命”。1999年，國家科技部把消失模鑄造技術(shù)列為國家重點(diǎn)推廣的高新技術(shù)。近年來，消失模鑄造技術(shù)在國內(nèi)外已經(jīng)成為改造傳統(tǒng)鑄造產(chǎn)業(yè)應(yīng)用最廣的高新技術(shù)。6、消失模鑄造技術(shù)發(fā)展趨勢1）隨著嚴(yán)格的質(zhì)量保證體系和各關(guān)鍵工序監(jiān)控儀表的完善，消失模鑄件的質(zhì)量將進(jìn)一步提高，廢品率將大為降低。2）在模具設(shè)計(jì)和制造領(lǐng)域，將大量采用快速原型制造技術(shù)和并行環(huán)境下計(jì)算機(jī)模擬仿真，從而大大縮短模具的生產(chǎn)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)鑄件的快捷生產(chǎn)。3）隨著聚苯乙烯泡沫塑料尾氣凈化裝置和舊砂處理設(shè)備的進(jìn)一步改善，以及各工序間自動(dòng)化程度的提高，將使消失模鑄造工廠（車間）綠色化。4）隨著技術(shù)的進(jìn)步，消失模鑄造技術(shù)將與其它先進(jìn)鑄造工藝相結(jié)合，開創(chuàng)出更新的復(fù)雜工藝，將使鑄件質(zhì)量和生產(chǎn)效率進(jìn)一步提高。例如，將消失模鑄造技術(shù)與低壓鑄造相結(jié)合，將實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬液填充速度的嚴(yán)格控制，同時(shí)也會(huì)實(shí)現(xiàn)氣化模型的有序氣化，使鑄件在一定的壓力下結(jié)晶凝固，從而獲得組織致密、高氣密性的鋁合金鑄件。3.1.7噴射成形技術(shù)噴射成形是把金屬熔融、液態(tài)金屬霧化、快速凝固、噴射沉積成形集成在一個(gè)冶金操作流程中制成金屬材料產(chǎn)品的新工藝技術(shù)，對(duì)發(fā)展新材料、改革傳統(tǒng)工藝、提升材料性能、節(jié)約能耗、減少環(huán)境污染都具有重大作用。這種方法最早由英國奧斯普瑞(Osprey)金屬公司獲得專利權(quán)(1972年)，故國際上通稱其為Osprey工藝。美國麻省理工學(xué)院因采用超聲氣霧化技術(shù)噴射，又命名為液相動(dòng)態(tài)壓實(shí)工藝(liquiddynamiccompaction)，簡稱LDC法。由于快速凝固的作用，所獲金屬材料成分均勻、組織細(xì)化、無宏觀偏析，且含氧量低。與傳統(tǒng)的鑄一鍛工藝和粉末冶金工藝相比較，它流程短、工序簡化、沉積效率高，不僅是一種先進(jìn)的制取坯料技術(shù)，還正在發(fā)展成為直接制造金屬零件的制程。現(xiàn)已成為世界新材料開發(fā)與應(yīng)用的一個(gè)熱點(diǎn)。1、噴射成形原理液態(tài)金屬的噴射流股從安裝在中間包底部的耐火材料噴嘴噴出，金屬被強(qiáng)勁的氣體流股霧化，形成高速運(yùn)動(dòng)的液滴。在霧化液滴與基體接觸前，其溫度介于固-液相溫度之間。隨后液滴沖擊在基體上，完全冷卻和凝固，形成致密的產(chǎn)品。如根據(jù)基體的幾何形狀和運(yùn)動(dòng)方式，可以生產(chǎn)小型材、圓盤、管子和復(fù)合材料等。圖3-12噴射成形原理當(dāng)噴霧錐的方向沿平滑的循環(huán)鋼帶移動(dòng)時(shí)，便可得到扁平狀的產(chǎn)品。多層材料可由幾個(gè)霧化裝置連續(xù)噴霧成形?？招牡漠a(chǎn)品也可采用類似的方法制成，將液態(tài)金屬直接噴霧到旋轉(zhuǎn)的基體上，可制成管坯圖3-12噴射成形原理2、噴射成形技術(shù)特點(diǎn)1）技術(shù)鏈?zhǔn)穷愃萍夹g(shù)中最短的，它直接在精煉爐后作為其后續(xù)工序完成成形，金屬或合金熔化后直接以霧滴的形態(tài)通過噴嘴噴出;2)其噴射速率達(dá)到500-8OOm/s，每分鐘的噴射量可達(dá)30-60㎏的合金液甚至更高(取決于噴嘴)，成形效率非常高，與熱噴涂技術(shù)相比，要快幾十倍甚至數(shù)百倍；3)成形件的精度較高，可以達(dá)到近凈成形的水平，這樣就可以減少后續(xù)工藝步驟，例如用這個(gè)方法得到的渦輪盤坯件，可直接在熱模鍛壓機(jī)上進(jìn)行終成形；4)所得坯件的冶金質(zhì)量非常好，既無成分偏析，又很少冶金缺陷，組織狀態(tài)遠(yuǎn)優(yōu)于鑄態(tài)組織，例如采用模具鋼制造出的金屬模具，其壽命是一般模具的幾倍。3、工藝的步驟1）由計(jì)算機(jī)獲取所制造零件的設(shè)計(jì)文件及數(shù)據(jù)；2)采用快速原型制造技術(shù)或快速數(shù)控加工，得到此零件的原型件；3)由此原型件得到其陶瓷模具；4)將液態(tài)金屬噴射到陶瓷型上形成零件的具有相應(yīng)精度的毛坯件(致密度、冶金質(zhì)量和材料性能達(dá)到要求)，需要考慮這個(gè)核心步驟的各個(gè)工藝參數(shù)的選?。?)此毛坯件(稱為噴射件)的工作表面無需加工，而其側(cè)面和背面需經(jīng)機(jī)加工，就可獲得的是近凈成形的坯件。這樣得到的金屬零件尺寸精度能夠得到保障，冶金質(zhì)量非常優(yōu)良，在工程實(shí)際上可以有極其廣泛的應(yīng)用。與其他相關(guān)技術(shù)相比，此技術(shù)亦有很多優(yōu)越性。一般的熱噴涂技術(shù)，不能直接使用液體金屬，由此產(chǎn)生的原材料制備困難是需要克服的，熱噴涂需要使用粉末或絲材。與熱噴涂技術(shù)相比，噴射成形直接將金屬鈍料熔化即可，既避免了粉未冶金技術(shù)氧化嚴(yán)重、工序繁多的問題，亦可避免金屬絲材難以制造的問題。況且，如果采用真空熔煉技術(shù)，在金屬錠料熔化的同時(shí)，可以對(duì)材料進(jìn)行精煉，使液態(tài)金屬的質(zhì)量等級(jí)大大提高。4、噴射成形工藝需要著重解決的問題噴射成形將金屬熔體的霧化與沉積成形合二為一，可直接由液態(tài)金屬制取快速凝固預(yù)制形坯，實(shí)現(xiàn)制取近凈成形的坯件。這個(gè)過程看似簡單，從材料到零件的技術(shù)鏈非常簡短，易于實(shí)現(xiàn)快速制造，但是這個(gè)工藝對(duì)于技術(shù)的要求非常高，有如下問題需要著重加以解決。(1)為了實(shí)現(xiàn)增多形核中心，使形核過程加速，可以采用合金，通過控制合金的成分來達(dá)到增大非自發(fā)形核的形核率。因此，對(duì)于金屬零件的選材，應(yīng)當(dāng)與一般的制造過程不同，如果采用噴射成形，則在使用的材料成分上要作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。(2)由于冷卻速度極快，噴射成形所得到的組織具有快速凝固組織的特點(diǎn)，從微觀上看，內(nèi)部是極其均勻細(xì)小的晶粒，并且有低的偏析傾向和過飽和的固溶程度，彌補(bǔ)了普通鑄錠因冷卻速度偏低而引起的材料組織的不足。質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%的V鋼用普通鑄造和噴射成形所得到的顯微組織的比較，后者的晶粒明顯比一般的鑄態(tài)組織細(xì)12個(gè)數(shù)量級(jí)，冶金缺陷亦少得多。(3)金屬材料由噴槍的噴嘴噴出時(shí)速度越高，到達(dá)沉積表面的時(shí)間就越短，而如果冷卻條件良好，到達(dá)時(shí)就已經(jīng)完成了凝固過程，這樣，晶粒來不及長大，得到的零件晶粒充分細(xì)小。這需要通過現(xiàn)代化的噴射成形設(shè)備來保證。(4)噴頭、噴嘴和霧化裝置的設(shè)計(jì)和制造是非常關(guān)鍵的，一方面，這些部件要能夠經(jīng)受得住高溫，特別是高溫合金的熔點(diǎn)非常高，因此它們需要由耐高溫材料來制造;另一方面，從噴嘴噴出的液滴應(yīng)當(dāng)被霧化成為極細(xì)的霧滴，不僅有利于坯件中形成細(xì)晶，而且有利于達(dá)到快速凝固的條件。(5)噴射成形設(shè)備必須采用自動(dòng)控制的方式，這是因?yàn)槠溥^程變化非常迅速，各個(gè)工藝參數(shù)都需要嚴(yán)格控制，并且在極短的時(shí)間內(nèi)對(duì)參數(shù)的變化非常靈敏，這就要求控制系統(tǒng)在瞬態(tài)就對(duì)這種變化作出反應(yīng)。這種被工業(yè)界看好的先進(jìn)成形制造技術(shù)還有許多科學(xué)問題需要深入研究:①進(jìn)行金屬噴射成形毛坯件的材料熱模擬試驗(yàn)，以獲取所用材料的高溫力學(xué)性能參數(shù)，從而指導(dǎo)金屬零件的選材、工藝路線的確定和工藝參數(shù)的優(yōu)化。②被噴射金屬高溫下塑性成形過程中材料的流動(dòng)應(yīng)力與溫度、應(yīng)變量、應(yīng)變速率等變形條件的參量之間的動(dòng)態(tài)響應(yīng)關(guān)系需要系統(tǒng)的研究，這種關(guān)系是非線性的、非常復(fù)雜的。同時(shí)，還要對(duì)組織變化進(jìn)行微觀觀測，找到塑性成形過程引起的組織變化，而這種變化反過來又會(huì)影響渦輪盤制件的使用性能和壽命。③對(duì)金屬噴射成形毛坯件的尺寸參數(shù)及公差開展研究，確定出毛坯件是否達(dá)到了近凈成形的程度，為制定后續(xù)加工工藝提供指導(dǎo)。④由于噴射成形時(shí)的溫度很高，霧滴到達(dá)沉積表面時(shí)的速度也很高，因此這個(gè)技術(shù)對(duì)于陶瓷模具的要求相應(yīng)也非常高，必須開展模具材料的研究，并且對(duì)于材料在模具中的傳熱、冷卻過程開展研究。5、噴射成形技術(shù)的應(yīng)用展望噴射成形技術(shù)在許多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。例如，芬蘭采用精密噴射成形技術(shù)，制造出復(fù)雜程度很高的金屬模具，下圖3-13是斧頭的鍛模，由于斧頭的刃口十分鋒利，因此這個(gè)模具的尺寸精度要求非常高。圖3-14是個(gè)金屬零件的壓鑄模，它不僅形狀復(fù)雜，而且由于要滿足壓鑄工藝的需要，模具在所需經(jīng)受的高溫和高壓方面要求也非常高，一般的金屬成形工藝是難以滿足其需要的。又如，噴射成形在高溫合金渦輪盤的成形制造方面亦有很好的應(yīng)用前景。圖3-13斧頭鍛模圖圖3-13斧頭鍛模圖3-14壓鑄模用計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬技術(shù)模擬鑄件凝固過程，可以模擬計(jì)算包括冒口在內(nèi)的三維鑄件的溫度場分布，即將鑄件首先剖分成六面體的網(wǎng)格，每一個(gè)網(wǎng)格單元有一初始溫度。然后計(jì)算其在實(shí)際生產(chǎn)條件下，在各種鑄型中的傳熱情況。算出各個(gè)時(shí)刻每個(gè)單元的溫度值、分析鑄件薄壁處、棱角邊緣處的凝固時(shí)間，厚壁處、鑄件芯部和冒口處的凝固時(shí)間，看看冒口是否能很好補(bǔ)縮鑄件，鑄件最后凝固處是否在冒口處可預(yù)測鑄件在凝固過程中是否出現(xiàn)縮孔、縮松缺陷，這種模擬計(jì)算可以概括為電腦試澆。由于工藝設(shè)計(jì)的不同，如砂型種類（硅砂、鉻鐵礦砂、鋯砂），冒口大小和位置，初始澆注溫度，冷鐵多少、大小的不同，其電腦試澆的結(jié)果也不同，反復(fù)試澆（即反復(fù)模擬計(jì)算），總可以找到一種科學(xué)、合理的工藝，即通過電腦模擬計(jì)算優(yōu)化了的工藝，進(jìn)而組織生產(chǎn)，就可以得到優(yōu)質(zhì)鑄件，這就是當(dāng)今所說的“鑄造工藝CAD技術(shù)”。由于電腦試澆并非真正的人力、物力投入進(jìn)行熱生產(chǎn)試驗(yàn)，只要有一臺(tái)計(jì)算機(jī)，在一定的程序軟件下進(jìn)行模擬計(jì)算就行，因而可以大量節(jié)省生產(chǎn)試驗(yàn)成本，而且可以進(jìn)行工藝優(yōu)化，因而其經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。3.2精密固態(tài)成形技術(shù)金屬固態(tài)成形技術(shù)是利用金屬在外力作用下產(chǎn)生塑性變形這一特性進(jìn)行成形加工的技術(shù)。金屬在外力的作用下產(chǎn)生塑性變形，成為具有所要求形狀、尺寸、精度和性能的制品。由于是利用金屬的塑性在壓力下的成形，所又稱為金屬塑性加工或金屬壓力加工。常見的金屬塑性成形方法有軋制、擠壓、拉拔、鍛造、沖壓等。這些塑性成形方法都是利用金屬的塑性而進(jìn)行成形加工的，屬于傳統(tǒng)的金屬塑性成形方法。隨著宇航、汽車等工業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)其制品在質(zhì)量、效率、節(jié)能降耗等方面的要求越來越高。因此，出現(xiàn)了精密鍛造、精密沖載、超塑性和等溫成形工藝、輥鍛和楔橫軋技術(shù)，粉末成形工藝等。金屬固態(tài)成形新工藝的特點(diǎn)：1）盡量使成形件的形狀接近零件的形狀，以便達(dá)到少、無切屑加工的目的，同時(shí)得到合理分布的纖維組織，提高零件的力學(xué)性能。2）具有更高的生產(chǎn)率。3）減小了變形力，可以在較小的壓力設(shè)備上制造出大型零件。4）廣泛采用電加熱和少氧化、無氧化加熱，提高零件表面質(zhì)量，改善勞動(dòng)條件。3.2.1精密模鍛技術(shù)在精度高、剛性好的鍛壓設(shè)備上使用精密模具制造無切削余量或少切削余量鍛件的工藝技術(shù)精密鍛壓與普通模鍛相比，鍛件的模鍛斜度小(0～3°)、表面光潔、凹凸圓角半徑小、主要尺寸容差小。1、鍛造發(fā)展簡史人類在新石器時(shí)代末期已開始以錘擊天然紅銅來制造裝飾品和小用品。中國約在公元前2000多年已應(yīng)用冷鍛工藝制造工具，如甘肅武威皇娘娘臺(tái)齊家文化遺址出土的紅銅器物就有明顯的錘擊痕跡。商代中期用隕鐵制造武器，采用了加熱鍛造工藝。春秋后期出現(xiàn)了塊煉熟鐵，經(jīng)過反復(fù)加熱鍛造以擠出氧化物夾雜并成形。14世紀(jì)以后出現(xiàn)了畜力和水力落錘鍛造。1842年，英國的J.內(nèi)史密斯制成第一臺(tái)蒸汽錘，使鍛造進(jìn)入應(yīng)用動(dòng)力的時(shí)代。以后陸續(xù)出現(xiàn)鍛造水壓機(jī)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)的夾板錘、空氣鍛錘和機(jī)械壓力機(jī)，到19世紀(jì)末已形成近代鍛壓機(jī)械的基本門類。夾板錘最早應(yīng)用于美國內(nèi)戰(zhàn)(1861～1865)期間，用以模鍛武器的零件，隨后在歐洲出現(xiàn)了蒸汽模鍛錘，模鍛工藝逐漸推廣。20世紀(jì)初期，隨著汽車開始大量生產(chǎn)，熱模鍛迅速發(fā)展，成為鍛造的主要工藝。20世紀(jì)中期，熱模鍛壓力機(jī)、平鍛機(jī)和無砧鍛錘逐漸取代了普通鍛錘，提高了生產(chǎn)率，減小了振動(dòng)和噪聲。隨著鍛坯少無氧化加熱技術(shù)、高精度和高壽命模具、熱擠壓、成形軋制等新鍛造工藝和鍛造操作機(jī)、機(jī)械手以及自動(dòng)鍛造生產(chǎn)線的發(fā)展，鍛造生產(chǎn)的效率和經(jīng)濟(jì)效果不斷提高。精密模鍛過程及工藝特點(diǎn)精密熱模鍛生產(chǎn)通常要經(jīng)過下料、加熱、制坯、預(yù)鍛、終鍛、切邊、校正或精整等多道工序。由于鍛件形狀尺寸和精度要求不同，有些工步可以省去，確定工步的一般原則和普通熱模鍛生產(chǎn)線相似；工藝流程設(shè)計(jì)對(duì)于正確選擇和利用設(shè)備、保證產(chǎn)品精度和質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)線投資和日常生產(chǎn)成本、節(jié)能節(jié)材、改善生產(chǎn)環(huán)境和勞動(dòng)條件。1）精密模鍛傘齒輪下料—感應(yīng)加熱（850℃）—鍛造—硬化處理—精整。其齒形部分可直接鍛出而不必再經(jīng)過切削加工。精密模鍛件尺寸精度可達(dá)IT12~IT15，表面粗糙度為Ra3.2~1.6μm。精密模鍛通常用于難切削加工或費(fèi)時(shí)的零件，以及對(duì)使用性能有較高要求零件。2）精密模鍛工藝特點(diǎn)：（1）精確計(jì)算原始坯料的尺寸，嚴(yán)格按坯料質(zhì)量下料。（2）精細(xì)清理坯料表面，除凈坯料表面的氧化皮、脫碳層及其它缺陷等。（3）采用無氧化或少氧化加熱方法，盡量減少坯料表面形成的氧化皮。（4）精鍛模膛的精度必須很高，一般要比鍛件的精度高兩級(jí)。精密鍛模一定有導(dǎo)柱、導(dǎo)套結(jié)構(gòu)，以保證合模準(zhǔn)確。為排除模膛中的氣體，減小金屬流動(dòng)阻力，使金屬更好地充滿模膛，在凹模上應(yīng)開有排氣小孔。（5）模鍛時(shí)要很好地進(jìn)行潤滑和冷卻鍛模。（6）精密模鍛一般都在剛度大、精度高的曲柄壓力機(jī)、摩擦壓力機(jī)或高速錘上進(jìn)行。3.精鍛模具模具是控制金屬流動(dòng)、獲得高精度鍛件的必不可少的工藝裝備。模具的失效形式主要是磨損(導(dǎo)致精度喪失)、早期破裂和疲勞破裂。在模具加工、模具結(jié)構(gòu)、模具使用方面，精密成形所用的模具比普通成形的模具無疑有更高的要求。首先是模具本身的加工精度。以溫冷結(jié)合的成形工藝制造的齒輪精度可達(dá)IT6-7級(jí)，而成形所需的模具精度應(yīng)該比齒輪高出1-2級(jí)，需要精密機(jī)加工的手段。為了提高抗磨損性能，模具的型面應(yīng)該進(jìn)行表面處理，提高硬度，降低粗糙度。圖3-15年輪型預(yù)應(yīng)力精鍛模精密成形的溫度較低，變形抗力大，即使是溫鍛，模腔內(nèi)的壓力也可能達(dá)到2000MPa以上，加上局部的應(yīng)力集中因素，模具的工作條件非常嚴(yán)酷。因?yàn)槌惺芄ぜ饘僮冃萎a(chǎn)生的極高的壓力，模具本身也會(huì)發(fā)生變形，甚至發(fā)生早期破裂，所以往往做得非常厚重。實(shí)際上，模具工作時(shí)最高應(yīng)力發(fā)生在內(nèi)壁，且拉應(yīng)力分量很高，失效從內(nèi)壁材料開始，而后擴(kuò)展，靠外壁的材料是安全的。為了充分利用模具各部分的強(qiáng)度，可將模具分層制造，內(nèi)層是工作部分，稱為鑲塊，外層是預(yù)應(yīng)力圈。然后各圈以相當(dāng)大的過盈量配合組裝在一起，有效降低鑲塊內(nèi)壁的拉應(yīng)力水平，外圈強(qiáng)度得到充分的利用。預(yù)應(yīng)力圈常用兩層，這就是“年輪型”預(yù)應(yīng)力模具，在精密成形領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。為了更好地利用每一層模具材料的強(qiáng)度，也可用薄鋼帶代替預(yù)應(yīng)力圈，多層纏繞鑲塊，這是纏繞型預(yù)應(yīng)力模，如圖3-15圖3-15年輪型預(yù)應(yīng)力精鍛?；A(yù)應(yīng)力系統(tǒng)。4.精度的動(dòng)態(tài)變化對(duì)于精度以微米計(jì)的精密成形工藝而言，除保證模具有很高的加工精度之外，模具在使用過程中尺寸精度變化同樣不可忽視。模具在工作狀態(tài)下承受來自工件的壓力，會(huì)發(fā)生彈性變形，型面尺寸亦會(huì)發(fā)生變化，而型面精度的任何變動(dòng)都將被出模后的鍛件繼承下來。雖然模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則是使其在任何工況下都保持彈性狀態(tài)，但在實(shí)際工作狀態(tài)下，由于型面上的壓力分布不均勻，型面一般又是變化、復(fù)雜的，各點(diǎn)的彈性位移不會(huì)相同，以至鍛件的尺寸精度也不會(huì)均勻分布。曾有一個(gè)直壁杯形冷鍛件例子，外徑30mm，局部出現(xiàn)“鼓肚”，直徑偏差達(dá)+O.lmm，不能使用。解決辦法可以選用剛度更好的鑲塊材料，例如硬質(zhì)合金，還要改進(jìn)預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)，施加更高的預(yù)應(yīng)力。即使是冷鍛，模具工作時(shí)溫度也會(huì)上升，因?yàn)楣ぜ乃苄宰冃无D(zhuǎn)化為熱。在溫鍛變形時(shí)，工件包含大量的熱，部分傳給模具，使其升溫。模具的熱膨脹不可避免，其型面發(fā)生位移，并且不均勻分布，必然影響鍛件精度，不能忽視。在溫鍛連續(xù)生產(chǎn)中，模具被周期性地加熱、冷卻，型腔尺寸不穩(wěn)定，只有連續(xù)鍛造若干個(gè)鍛件之后，模具的吸熱與散熱達(dá)到相對(duì)的平衡狀態(tài)，模具的工作溫度才會(huì)穩(wěn)定下來，使鍛件尺寸偏差趨于一致，但是尺寸偏差在模具設(shè)計(jì)、加工時(shí)必須事先給予補(bǔ)償?，F(xiàn)在已可以使用計(jì)算機(jī)模擬仿真的方法得到合理的補(bǔ)償值。在溫鍛時(shí)，鍛件結(jié)束變形后從高溫冷卻到室溫，經(jīng)歷一個(gè)冷卻收縮的過程。因?yàn)殄懠瞿r(shí)其內(nèi)部的溫度場并不是均勻分布，造成各部位的冷卻收縮量不同，導(dǎo)致尺寸偏差不均勻分布，可能局部超差，應(yīng)該引起注意。生產(chǎn)中，如果鍛件出模溫度不同，同一批鍛件也會(huì)有偏差波動(dòng)，所以要控制生產(chǎn)節(jié)拍。冷卻收縮引起的偏差可以用計(jì)算機(jī)模擬、預(yù)測，然后在模具上補(bǔ)償。如果采用溫冷復(fù)合鍛造工藝，鍛件精度由冷鍛保證，減少了溫度的干擾，精度得到明顯提高，這是該工藝受到重視的原因。5、精密模鍛技術(shù)發(fā)展應(yīng)用展望1）精密模鍛對(duì)設(shè)備的要求精密模鍛要求與之匹配的鍛造設(shè)備應(yīng)具有較好的剛性，精密的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，良好的可靠性、穩(wěn)定性，多缸的動(dòng)作能力，生產(chǎn)工序的自動(dòng)監(jiān)控和檢測功能等等。2、多學(xué)科滲透的精密鍛造技術(shù)精鍛是精密成形的重要分支，精鍛品的獲得已不單是鍛造技藝的推陳出新；新材料、傳感技術(shù)、信息技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、液壓技術(shù)、表面技術(shù)與鍛造原理的融合，使得精鍛技術(shù)日新月異。3、航天用輕合金的成形技術(shù)航天、航空零件多由鈦、鎂、鋁等合金材料構(gòu)成，這些材質(zhì)的強(qiáng)度高，抗變形能力強(qiáng)，因此多采用熱模鍛工藝與機(jī)加工的方法獲得。由于在成形過程中必須重點(diǎn)考慮材料的相變關(guān)系，成形設(shè)計(jì)難度較大，它反應(yīng)了一個(gè)國家基礎(chǔ)工業(yè)的科研水平。以往的鍛造業(yè)很少包容航天、航空領(lǐng)域，這方面越來越多的科研成果一旦服務(wù)于民用的需求，將極大地豐富基礎(chǔ)工業(yè)的應(yīng)用領(lǐng)域。6、精密鍛造市場展望精密鍛造的主要市場是“汽車”工業(yè)，日本、德國每輛車的精密冷鍛件已達(dá)40多千克，而國內(nèi)每輛車的精密鍛件只有20多千克。根據(jù)我國汽車工業(yè)“十五規(guī)劃，預(yù)測2005年汽車需求量為290～320萬輛，如果每輛車的冷鍛件能達(dá)到發(fā)達(dá)國家的水平，則將有6萬噸的冷鍛件需求，以平均單件0.5kg計(jì)算，至少有12億件的冷精鍛件的市場份額，市場需求量很大。摩托車目前近1000萬輛的市場，其中相關(guān)精密鍛件的需求也十分可觀。日本學(xué)者估算2010年前全球的電動(dòng)汽車產(chǎn)量將達(dá)到1500萬輛，相關(guān)的精密鍛件將有一個(gè)龐大的市場中國已成為各種家電、電器產(chǎn)品的第一大制造國，因此涉及到的有色金屬精鍛件制品、塑料制品種類繁多；加之汽車輕量化的迫切要求，將進(jìn)一步擴(kuò)大非黑色金屬精密鍛件的市場份額。3.2.2精密沖裁技術(shù)沖裁是利用模具使板料產(chǎn)生相互分離的沖壓工序。根據(jù)沖裁件加工質(zhì)量及加工原理的不同，沖裁又可劃分為普通沖裁和精密沖裁。精密沖裁簡稱精密沖壓，在一定條件下可以取代切削加工，具有優(yōu)質(zhì)、高效低耗、面廣的優(yōu)點(diǎn)，適合組織自動(dòng)化生產(chǎn)。精沖件的尺寸公差等級(jí)可達(dá)IT7~IT8級(jí)，剪切面粗糙度可達(dá)Ra2.4~0.4μm,相當(dāng)于磨削。1、發(fā)展概況精沖技術(shù)起源于1914年，歷經(jīng)了秘密期、普及期和發(fā)展期。20世紀(jì)70年代末80年代初，精沖技術(shù)伴隨著汽車工業(yè)得以快速發(fā)展，并在機(jī)械工業(yè)、電子工業(yè)、汽車工業(yè)和軍事工業(yè)得到廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)今，精沖件的品種、尺寸形狀、材料厚度和力學(xué)性能等都有了很大的提高。為適應(yīng)市場需求，生產(chǎn)的均衡性、質(zhì)量可靠性和加工經(jīng)濟(jì)性更加突出。迄今，全世界大約有45個(gè)國家采用精沖技術(shù)，生產(chǎn)的精沖零件約10000種，精沖機(jī)擁有量約3000～4000臺(tái)。2、實(shí)現(xiàn)精沖裁的技術(shù)要點(diǎn)：

精沖是塑性剪切過程。是在專用壓力機(jī)上，借助于特殊結(jié)構(gòu)的精沖模，并伴之適宜的精沖材料和潤滑劑而進(jìn)行的。在沖裁過程中如圖3-16所示。圖3-161）沖裁前，沖模的“V”形壓邊圈先壓住坯料防止剪切區(qū)以外的材料在剪切過程中隨凸圖3-162）壓邊圈和頂件板的夾持作用使坯料在沖裁過程中始終保持和沖裁方向垂直而不翹起，在結(jié)合凸模與凹模的小間隙，構(gòu)成了使坯料獲得塑性剪切的條件；3）在“V”形環(huán)壓邊力、沖裁力和頂件反力的作用下，坯料的變形區(qū)處在三向應(yīng)力狀態(tài)，提高了材料的塑性，避免了在沖裁結(jié)束前制件和板材的分離；4）沖裁前板料經(jīng)軟化處理以提高材料的塑性。精密沖裁件的質(zhì)量與模具結(jié)構(gòu)、模具精度、凸凹模的狀況、材料狀態(tài)、料厚、潤滑條件、設(shè)備精度、沖裁速度、壓力和頂件反力等因素有關(guān)。3、未來幾年精沖技術(shù)展望1）精沖件的尺寸范圍繼續(xù)擴(kuò)大從初期的儀器儀表、中期的電器開關(guān)到近期的用于重型機(jī)械的大型精沖件，輪廓尺寸不斷增大，向大厚度發(fā)展，最厚的精沖件達(dá)25mm。2）高強(qiáng)度、高精度精沖件所占比重不斷增加

通常均采用塑性好精沖性能好的材料先精沖強(qiáng)化，近幾年采用了先強(qiáng)化后精沖的工藝路線，對(duì)于強(qiáng)度700MPa以上的貝氏體鋼或球化調(diào)質(zhì)鋼，精沖后不再進(jìn)行強(qiáng)化處理，避免了后續(xù)處理對(duì)工件質(zhì)量的損害。另外，為了上述同樣的目的，開發(fā)了若干適于精沖的高強(qiáng)度微量合金粒鋼，強(qiáng)度在650～850MPa之間，這些材料具有優(yōu)良的精沖性能，精沖8mm的厚度仍可獲得光滑無撕裂的剪切面，加工硬化效應(yīng)使沖切表層硬度達(dá)40HRC，可以免除后續(xù)的淬火工序、新材料的出現(xiàn)突破了通常情況下材料強(qiáng)度超過650MPa以后難以精沖的界限，使高強(qiáng)度厚板零件實(shí)現(xiàn)精沖成為可能，從而擴(kuò)大了精沖的使用范圍。3）精沖復(fù)合工藝迅速發(fā)展所謂精沖復(fù)合工藝是指精沖和其他沖壓工藝的復(fù)合，如精沖壓印；精沖彎曲、精沖擠壓；精沖淺拉深；精沖壓沉孔；精沖翻邊；精沖半沖孔；精沖壓筋以及壓扁不等厚精沖等工藝。目前采用精沖復(fù)合工藝生產(chǎn)的零件占全部精沖的20%以上。4）出現(xiàn)了三維精沖件一般精沖零件的尺寸要求基本上都在平面以內(nèi)，精沖同時(shí)和多種工藝復(fù)合生產(chǎn)的零件、尺寸要求往往超出平面而是空間關(guān)系，這類零件稱為三維精沖件，是轎車變速箱撥叉典型零件，其技術(shù)要求是：材料強(qiáng)度：σb640～880MPa，剪切面粗糙度：Ra0.4～0.8μm，尺寸公差：IT7～I(xiàn)T8級(jí)，兩孔同軸度：0.05mm，彎曲角角度偏差：±10′，三維精沖件生產(chǎn)技術(shù)難度大，它代表當(dāng)代精沖技術(shù)的最高水平。3.2.3超塑性成形技術(shù)塑性是金屬的本質(zhì)，一般金屬均不超過百分之幾十，如黑色金屬不大于40%，有色金屬不超過60%，塑性最好的有色金屬如金和銀，其伸長率一般也只有80%，即便在高溫下，也難達(dá)到100%。所謂超塑性，一般是指材料在低載荷的作用下，其拉伸變形的伸長率超過100%的現(xiàn)象。凡具有能超過100%伸長率的材料，稱之為超塑性材料。超塑性變形是指金屬或合金在低的變形速率（ε=10-2~10-4/s）、一定的變形溫度（約為熔點(diǎn)絕對(duì)溫度的一半）和均勻的細(xì)晶粒度（晶粒平均直徑為0.2~5μm）條件下，其相對(duì)伸長率δ超過100%以上的變形。例如鋼可超過500%、純鈦可超過300%、鋅鋁合金可超過1000%。超塑性狀態(tài)下的金屬在拉伸變形過程中不產(chǎn)生縮頸現(xiàn)象，變形應(yīng)力可比常態(tài)下金屬的變形應(yīng)力降低幾倍至幾十倍，因此極易變形，可采用多種工藝方法制出復(fù)雜零件。常用的超塑性成形材料：主要是鋅鋁合金、鋁基合金、鈦合金及高溫合金。1、發(fā)展概況超塑性現(xiàn)象早在20世紀(jì)20~30年已被發(fā)現(xiàn)，但大量系統(tǒng)深入的研究工作則是在60年代之后，70年代超塑性應(yīng)用技術(shù)開始進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用，至今超塑性及其應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)成為材料學(xué)科一個(gè)重要的研究領(lǐng)域。金屬的超塑性成形在鍛造、擠壓、拉深、軋制等塑性加工方面應(yīng)用越來越廣泛。2、超塑性成形的特點(diǎn)1）形狀復(fù)雜的零件可以一次成形。2）制件組織細(xì)小、均勻，且性能好、穩(wěn)定。3）變形抗力小。超塑性成形進(jìn)入穩(wěn)定階段后，幾乎不發(fā)生加工硬化，所以材料的流動(dòng)應(yīng)力非常小。4）流動(dòng)應(yīng)力對(duì)應(yīng)變速率的變化非常敏感。5）制件的精度高。3、超塑性分類1）微晶組織超塑性。一般所指超塑性多屬這類，它是目前國內(nèi)外研究得最多的一種。材料超塑性產(chǎn)生的條件：（1）材料具有均勻的、穩(wěn)定的微細(xì)等軸晶體，晶粒尺寸通常小于10μm；（2）變形溫度T>0.5Tm（Tm為材料的熔點(diǎn)溫度，以絕對(duì)溫度表示），并保持變形溫度恒定；（3）應(yīng)變速率比較低，一般變速率在10-4~10-1min-1,要比普通金屬拉伸實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)變速率至少低一個(gè)數(shù)量級(jí)。2）相變超塑性。這類超塑性不要求材料有超細(xì)晶粒組織，而是在一定溫度和負(fù)荷條件下，經(jīng)過反復(fù)的循環(huán)相變或同素異形轉(zhuǎn)變而獲得很大的伸長率。其產(chǎn)生的必要條件是應(yīng)具有固態(tài)相變特性，在低載荷作用下，使金屬在相變溫度上下循環(huán)加熱與冷卻，這樣就能誘發(fā)產(chǎn)生反復(fù)的組織結(jié)構(gòu)變化，使金屬原子發(fā)生劇烈運(yùn)動(dòng)而呈現(xiàn)超塑性。例如，將碳素鋼加一定的載荷，同時(shí)在相變點(diǎn)上下進(jìn)行多次溫度循環(huán)，每循環(huán)一次αγ的轉(zhuǎn)變，獲得一定量的均勻拉伸。開始時(shí)每一循環(huán)下的變形是比較小，多次循環(huán)后則明顯地上升，并積累成大的伸長率。普通碳鋼在160次循環(huán)后，其伸長率可達(dá)500%以上。3）其它超塑性。近年來發(fā)現(xiàn)普通非超塑性材料在一定條件下快速變形時(shí)，也能顯示出超塑性。如標(biāo)距為25mm的熱軋低碳鋼棒快速加熱到α+γ兩相區(qū)，保溫5~10秒，快速拉伸，其伸長率可達(dá)100%~300%。這種短時(shí)間內(nèi)的超塑性，稱為短暫超塑性。有些材料在去應(yīng)力退火過程中，在應(yīng)力作用下也可以得到超塑性。此外，國外正在研究的還有升溫超塑性。4、超塑性成形工藝的主要應(yīng)用金屬材料的微晶超塑性加工前，要進(jìn)行預(yù)處理，常用的方法有：冶金學(xué)法。添加細(xì)化晶粒原素，快速凝固等；變形熱處理方法。例如，高、中溫聯(lián)合軋制（或鍛造）等；熱處理法。如球化退火等。1）板料超塑性沖壓成形采用鋅鋁合金等超塑性材料，可以一次拉深較大變形量的杯形件，而且質(zhì)量很好，無制耳產(chǎn)生。2）板料超塑性氣壓成形將具有超塑性性能的金屬板料放于模具之中，把板料與模具一起加熱到規(guī)定溫度，向模具內(nèi)吹入壓縮空氣或抽出模具內(nèi)空氣形成負(fù)壓，使板料沿凸?；虬寄Ｗ冃?，從而獲得所需形狀，如圖3-17所示。氣壓成形能加工的板料厚度為0.4~4mm。3）超塑性模鍛或擠壓高溫合金及鈦合金在常態(tài)下塑性很差，變形抗力大，不均勻變形引起各向異性的敏感性強(qiáng)，常規(guī)方法難于成形，材料損耗大。如采用普通熱模鍛毛坯，再進(jìn)行機(jī)械加工，金屬消耗達(dá)80%左右，導(dǎo)致產(chǎn)品成本升高。在超塑性狀態(tài)下進(jìn)行模鍛或擠壓，就可克服上述缺點(diǎn)，節(jié)約材料，降低成本。超塑性模鍛利用金屬及合金的超塑性，擴(kuò)大了可鍛金屬材料的類型。如過去只能采用鑄造成形的鎳基合金，也可以進(jìn)行超塑性模鍛成形。超塑性模鍛時(shí)，金屬填充模膛的性能好，可鍛出尺寸精度高、機(jī)械加工余量很小、甚至不用加工的零件，并且金屬的變形抗力小，可充分發(fā)揮中、小設(shè)備的作用。鍛后可獲得均勻、細(xì)小的晶粒組織，零件力學(xué)性能均勻一致。3.2.4電塑性加工術(shù)1、電塑性效應(yīng)原理電塑性效應(yīng)是指在電的作用(電子照射、電場、脈沖電流等電剌激)下所導(dǎo)致的金屬材料塑性增加的現(xiàn)象。1963年，前蘇聯(lián)學(xué)者Troitskii和Lichtman在研究鑄單晶單軸拉伸時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)缽單晶在變形過程中受到平行于滑移面的電子輻射時(shí)，其流變應(yīng)力明顯降低，延性顯著增加;而當(dāng)電子輻射垂直于滑移面時(shí)，雖然流變應(yīng)力也降低，但延伸率下降，鋅單晶材料明顯脆化，甚至發(fā)生脆性斷裂。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，電子照射對(duì)金屬材料變形有顯著影響。后來Troitskii又研究了脈沖電流對(duì)鋅晶體在液氮溫度單軸拉伸變形的影響，實(shí)驗(yàn)證明脈沖電流對(duì)彈性變形區(qū)無影響，但在拉伸變形區(qū)內(nèi)，材料承受每個(gè)脈沖時(shí)載荷都會(huì)發(fā)生突然的躍變，使載荷降低。且電壓越高，電流密度越大，載荷躍變越大，載荷降低幅值越大?？梢姡娏鲗?duì)流變載荷產(chǎn)生顯著影響。增大脈沖電流強(qiáng)度時(shí)，載荷峰值也降低。所以認(rèn)為是脈沖電流降低了變形應(yīng)力，并增大了金屬材料的塑性變形能力。此后，科技工作者對(duì)Cu、Zn、Pb、Cd，F(xiàn)e、Sn、W等金屬進(jìn)行了試驗(yàn)，研究直流電脈沖對(duì)這些金屬材料力學(xué)性能的影響，發(fā)現(xiàn)直流脈沖電流能降低這些金屬的變形抗力，降低金屬材料的脆性，提高它們的延伸率。