第10章(1)精密模鍛

第10章精密模鍛精密成形技術(shù)即近凈成形技術(shù)或凈成形技術(shù)(nearnetshapetechniqueand/ornetshapetechnique）:

零件成形后，僅需少量加工或不再加工，就可用作機(jī)械構(gòu)件的成形技術(shù)。

優(yōu)點(diǎn):一般精密模鍛件只需少量后續(xù)機(jī)加工，大大減少了工作量，節(jié)省原材料；提高勞動(dòng)生產(chǎn)率；降低零件生產(chǎn)成本。

精密模鍛主要應(yīng)用:①生產(chǎn)精化毛坯

②生產(chǎn)精鍛零件（特別是一些難切削的復(fù)雜形狀的零件；難切削的高價(jià)材料（如鈦、鋯、鉬、鈮等合金）的零件

）10.1精密模鍛工藝過程設(shè)計(jì)10.1.1精密模鍛件的可成形分析毛坯準(zhǔn)備

毛坯加熱

精密模鍛件表面不應(yīng)有（或允許有少量的）氧化皮。通常采用少無氧化加熱坯料。10.1精密模鍛工藝過程設(shè)計(jì)10.1.1精密模鍛件的可成形分析10.1精密模鍛工藝過程設(shè)計(jì)10.1.1精密模鍛件的可成形分析潤滑10.1精密模鍛工藝過程設(shè)計(jì)10.1.1精密模鍛件的可成形分析工序間的表面清理精密模鍛時(shí)要嚴(yán)格控制模具溫度、鍛造溫度、冷卻規(guī)范10.1精密模鍛工藝過程設(shè)計(jì)10.1.1精密模鍛件的可成形分析使用具有較高精度的模具、合適的精密模鍛設(shè)備進(jìn)行精密模鍛。10.1精密模鍛工藝過程設(shè)計(jì)10.1.1精密模鍛件的可成形分析用普通模鍛方法能鍛造的任何合金材料都可以精密模鍛。一般鍛造用的鋁合金和鎂合金等輕金屬和有色金屬，因其具有鍛造溫度低、不易產(chǎn)生氧化、模具磨損少和鍛件表面粗糙度低等特點(diǎn)，更適宜精密模鍛。10.1精密模鍛工藝過程設(shè)計(jì)10.1.1精密模鍛件的可成形分析★影響精鍛件尺寸精度的主要因素：1.零件結(jié)構(gòu)的可成形性

10.1精密模鍛工藝過程設(shè)計(jì)10.1.1精密模鍛件的可成形分析2.模膛尺寸精度和磨損

3.模具彈性變形、坯料燒損、潤滑不均、冷卻變形10.1精密模鍛工藝過程設(shè)計(jì)10.1.1精密模鍛件的可成形分析★影響精鍛件尺寸精度的主要因素：坯料氧化程度模膛表面粗糙度鍛模潤滑、冷卻、清潔鍛件冷卻條件10.1精密模鍛工藝過程設(shè)計(jì)10.1.1精密模鍛件的可成形分析★影響精鍛件表面粗糙度的主要因素：10.1精密模鍛工藝過程設(shè)計(jì)10.1.1精密模鍛件的可成形分析采用精密模鍛是否經(jīng)濟(jì)與生產(chǎn)批量、原材料定額、機(jī)械加工量以及模具成本等因素有關(guān)。10.1.2精密模鍛工藝過程設(shè)計(jì)

10.1精密模鍛工藝過程設(shè)計(jì)①根據(jù)產(chǎn)品零件圖繪制鍛件圖

在制定鍛件圖時(shí)要注意合理確定分模面、機(jī)械加工余量和公差、模鍛斜度、圓角半徑等。根據(jù)鍛件的形狀和特點(diǎn)，分模面有三種基本形式，即水平分模、垂直分模和混合式分模。a)分平分模；b)垂直分模；c)混合分模圖10.1可分凹模的基本型式②確定模鍛工序和輔助工序（包括切除飛邊、清除毛刺等），決定工序間尺寸，確定加熱方法和加熱規(guī)范；③確定清除坯料表面氧化皮或脫碳層的方法；④確定坯料尺寸、質(zhì)量及其允許公差，選擇下料方法；10.1精密模鍛工藝過程設(shè)計(jì)10.1.2精密模鍛工藝過程設(shè)計(jì)⑤選擇精密模鍛設(shè)備；⑥確定坯料潤滑和模具潤滑及模具的冷卻方法；⑦確定鍛件冷卻方法和規(guī)范，確定鍛件熱處理方法；⑧提出鍛件的技術(shù)要求和檢驗(yàn)要求。10.1精密模鍛工藝過程設(shè)計(jì)10.1.2精密模鍛工藝過程設(shè)計(jì)10.2.1精密模鍛模具的結(jié)構(gòu)1.精密模鍛模具的分類按凹模結(jié)構(gòu)形式可分為

整體凹模組合凹?？煞职寄?0.2

精密模鍛模具設(shè)計(jì)圖10.2錘上模鍛用的整體凹模式模鍛1－上模；2－下模閉式模鍛件直徑為75～200mm。利用鎖扣作為上、下模的導(dǎo)向，鎖扣間隙根據(jù)具體情況決定，應(yīng)保證鍛件錯(cuò)移量符合鍛件圖的要求，一般取δ＝0.1～0.4mm。

圖10.3組合凹模式等溫反擠壓模具1凸模；2卸料板；3凹模；4擠壓件；5內(nèi)預(yù)應(yīng)力圈；6外預(yù)應(yīng)力圈；7凹模頂塊；8加熱器；9外套；10固定圈；11推桿；12頂出圈采用三層組合凹模結(jié)構(gòu)，利用預(yù)應(yīng)力圈對凹模施加預(yù)應(yīng)力。模具中設(shè)置有加熱器8，也可以通壓縮空氣冷卻模具，使其工作溫度穩(wěn)定在規(guī)定的范圍內(nèi)。圖10.4熱擠壓鈦合金臺(tái)階軸鍛件的可分凹模式模具1凹模座；2連鎖推桿；3支承環(huán)；4凸模固定器；5過鍍?nèi)Γ?凸模；7、8半凹模；9銷軸兩個(gè)三棱柱形的半凹模7和8通過銷軸9與連接推桿鉸接，連接推桿2固定在壓力機(jī)的頂出器上。兩半凹模安置在模座1中，支承表面間的角度為30°。利用支承環(huán)3作凹模頂起的支承或作凸模工作行程的限位。2.復(fù)動(dòng)成形(閉塞鍛造)也稱為“浮動(dòng)成形”、“分模鍛造”或“徑向擠壓”。

采用復(fù)動(dòng)式凸模在兩個(gè)方向或多個(gè)方向?qū)γ魇┘硬煌膲毫Γ怪a(chǎn)生多向流動(dòng)。復(fù)動(dòng)成形可以降低噪音、減少振動(dòng)和提高鍛壓機(jī)械的自動(dòng)化程度。

10.2.1精密模鍛模具的結(jié)構(gòu)10.2

精密模鍛模具設(shè)計(jì)圖10.5復(fù)動(dòng)成形原理先將上下成形模具閉合并施加一定的合模載荷，再由復(fù)動(dòng)式凸模施加壓力，致使毛坯產(chǎn)生多向流動(dòng)，從而在一道變形工序中將復(fù)雜形狀的零件精鍛成形。

3.氮?dú)鈴椈稍趶?fù)動(dòng)成形中的應(yīng)用①產(chǎn)生合模力②產(chǎn)生頂出力

10.2.1精密模鍛模具的結(jié)構(gòu)10.2

精密模鍛模具設(shè)計(jì)在生產(chǎn)三級從動(dòng)齒輪毛坯溫?cái)D成形模中，應(yīng)用了氮?dú)鈴椈?。圖10.12三級從動(dòng)齒輪毛坯圖10.13三級從動(dòng)齒輪毛坯溫?cái)D模1、7、32螺釘;2、34壓板;3導(dǎo)套;4導(dǎo)柱;5上模板;6鎖緊螺帽;8上模座;9打桿;10模柄;11、12銷釘;13上模墊;14墊塊;15錐形套;16凸模;17上頂桿;18壓圈;19凹模外圈;20凹模座;21凹模中圈;22凹模內(nèi)圈;23凹模;24下模墊;25下頂桿;26下墊塊;27頂桿座;28氮?dú)鈴椈勺?29氮?dú)鈴椈?30下模板;31墊圈;33導(dǎo)套座.1.精密模鍛模具模膛的一般設(shè)計(jì)

在普通熱模鍛時(shí)，終鍛模膛尺寸按熱鍛件圖確定，僅考慮鍛件的冷卻收縮，沒有考慮其它因素，鍛件的公差較大。對于精度要求較高的精密模鍛件，應(yīng)考慮各種因素的影響，合理地確定模膛尺寸。10.2

精密模鍛模具設(shè)計(jì)10.2.2精密模鍛模具的模膛設(shè)計(jì)

模膛外徑A:

式中:A——模膛外徑，mm；A1——鍛件相應(yīng)外徑的公稱尺寸，mm；α——坯料的線膨脹系數(shù)，1／℃；ｔ——終鍛時(shí)鍛件的溫度，℃；α1——模具材料的線膨脹系數(shù)，1／℃；ｔ1——模具工作溫度，℃；ΔA——模鍛時(shí)模膛外徑A的彈性變形絕對值，mm。圖10.17精密模鍛鍛模的模膛凸模直徑B:

式中:B——凸模（模膛沖孔凸臺(tái)）直徑B1——鍛件孔的公稱直徑ΔB——模鍛時(shí)凸模直徑B的彈性變形值圖10.17精密模鍛鍛模的模膛2.減少精密模鍛負(fù)載的工藝措施

1）在開式模鍛時(shí)合理設(shè)計(jì)飛邊槽以及精確制坯2）在許可的條件下，人為減少坯料與凹模模膛或沖頭的接觸面積，從而降低負(fù)載。可以采用如下工藝措施：10.2

精密模鍛模具設(shè)計(jì)10.2.2精密模鍛模具的模膛設(shè)計(jì)（1）帶中心孔的圓盤類鍛件，在沖頭和凹模中心預(yù)留補(bǔ)償空間。圖10.15帶中心孔的圓盤類鍛件的閉式精密模鍛（2）直齒圓柱齒輪精鍛時(shí)，可在坯料中心預(yù)加工分流孔，或在模具上設(shè)計(jì)分流孔。圖10.17模具中心預(yù)加工分流孔圖10.16坯料中心預(yù)加工分流孔圖10.18在模具坯料上預(yù)留減荷穴（3）在模具坯料上預(yù)留減荷穴圖10.19在模具坯料表面設(shè)計(jì)成帶有特殊形狀（4）在模具坯料表面設(shè)計(jì)成帶有特殊形狀圖10.20模具模膛的擠壓成形（5）穿孔擠壓成形目前國內(nèi)模具模膛一般都釆用電火花加工（EDM）。電火花加工生產(chǎn)率低，制造品質(zhì)不穩(wěn)定。經(jīng)過電加工后的模具型腔還要進(jìn)行研磨、拋光。

從物理本質(zhì)上說，電火花加工是一種靠放電燒蝕的“微切削”工藝，加工過程緩慢。在電火花對工件表面進(jìn)行局部高溫放電燒蝕過程中，工件材料表面的物理－力學(xué)性能受到損傷，在型腔表面產(chǎn)生微細(xì)裂紋，表面粗糙度差。10.2.3精密模鍛模具模膛的加工制造10.2

精密模鍛模具設(shè)計(jì)高速加工技術(shù)：生產(chǎn)的產(chǎn)品精度高、品質(zhì)好；生產(chǎn)效率高；能加工形狀復(fù)雜的硬質(zhì)零件和薄壁零件。

高速加工技術(shù)改變了傳統(tǒng)模具加工采用的“電火花加工→手工打磨、拋光”等復(fù)雜冗長的工藝流程，甚至可用高速切削加工替代原來的全部工序。10.2

精密模鍛模具設(shè)計(jì)10.2.3精密模鍛模具模膛的加工制造DA-E高速切削國內(nèi)某汽車公司鍛造廠運(yùn)用米克朗的高速銑加工曲軸和連桿鍛模，傳統(tǒng)的加工工序?yàn)椋和庑未旨庸ぁ滦毋姶旨庸ば筒邸鸁崽幚怼庑尉庸ぁ鷶?shù)控電火花粗、精加工型槽→鉗工打磨拋光型槽→表面強(qiáng)化處理。采用高速加工后的工序?yàn)椋和庑未旨庸ぁ鸁崽幚怼庑尉庸ぁ咚巽娂庸ば筒邸砻鎻?qiáng)化處理。

利用高速銑削直接加工完成淬硬鋼模具，它使總加工成本從傳統(tǒng)加工的28000多元降到20000元。由3Cr2W8V和H13等模具鋼制造的凹模，當(dāng)模膛工作壓力為1000～1500MPａ時(shí)，采用雙層組臺(tái)凹模；模膛工作壓力為1500～2500MPａ時(shí)，采用三層組合凹模。

10.2.4組合凹模設(shè)計(jì)10.2

精密模鍛模具設(shè)計(jì)圖10.22雙層組合凹模壓合面的角度γ一般為1°30′。外預(yù)應(yīng)力圈外徑d3與凹模模膛直徑d1的比值一般為4～6。壓合前壓合后圖10.23三層組合凹模1.冷鍛用模具材料

碳素工具鋼（T7A、T8A、T10A）低合金工具鋼（9Mn2V、CrWMn、Cr2、9SiCr、CrWMn和9Mn2等）10.2.5模具材料10.2

精密模鍛模具設(shè)計(jì)

高碳工具鋼和中鉻工具鋼具有淬火變形小、淬透性好和耐磨性高等特點(diǎn)，常用來制造承受負(fù)荷大、生產(chǎn)批量大、耐磨性好、熱處理變形小和形狀復(fù)雜的模具。

10.2.5模具材料10.2

精密模鍛模具設(shè)計(jì)2.熱鍛用模具材料較輕工作負(fù)荷的熱鍛?？捎玫秃辖痄搧碇圃欤?SiCrV，8Cr3等。一般負(fù)荷的熱精鍛模采用5CrNiMo，5CrMnMo等鍛模鋼制造。復(fù)雜形狀的鍛模采用H13(4Cr5MoSiV1)、3Cr2W8V等鋼種制造。10.2.5模具材料10.2

精密模鍛模具設(shè)計(jì)3.鍛模的焊接修補(bǔ)鍛模在加工后期或使用過程中，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)裂紋、崩角、模邊磨損、劃傷等缺陷，一般可以采用冷焊、氬弧(燒)焊、激光焊等主要焊接工藝技術(shù)單層修補(bǔ)。如果裂紋和磨損量較大時(shí)，也可以采用堆焊。10.2.5模具材料10.2

精密模鍛模具設(shè)計(jì)10.3.1直齒圓錐齒輪的精密模鍛

齒輪精密模鍛：通過精密鍛造直接獲得完整齒形，齒面不需或僅需少許精加工即可使用的齒輪制造技術(shù)。10.3

精密模鍛實(shí)例10.3.1直齒圓錐齒輪的精密模鍛汽車差速器齒輪（直齒錐齒輪）是精密熱模鍛成形技術(shù)應(yīng)用最普遍的一例。目前我國載重汽車的直齒錐齒輪基本都是精密熱模鍛工藝過程生產(chǎn)的，其齒形精度達(dá)到8級，完全取代了切齒加工。

10.3

精密模鍛實(shí)例

精密熱模鍛的汽車差速器錐齒輪

圖10.24錐齒輪溫鍛-冷整形復(fù)合精密鍛造工藝圖10.25江蘇太平洋精密模鍛公司生產(chǎn)的某轎車用直齒圓錐半軸齒輪1.精鍛齒輪生產(chǎn)流程下料→車削外圓、除去表面缺陷層（切削余量為1～1.5mm）→加熱→精密模鍛→冷切邊→酸洗（或噴砂）→加熱→精壓→冷切邊→酸洗（或噴砂）→鏜孔、車背錐球面→熱處理→噴丸→磨內(nèi)孔、磨背錐球面。某汽車差速器行星齒輪零件圖如下圖，材料為18CrMnTi鋼。其鍛件圖如下：制定鍛件圖時(shí)主要考慮如下幾方面：把分模面安置在鍛件最大直徑處，易鍛出全部齒形和順利脫模。齒形和小端面不需機(jī)械加工，不留余量。背錐面是安裝基準(zhǔn)面，精鍛時(shí)不能達(dá)到精度要求，預(yù)留1mm機(jī)械加工余量。鍛件中孔的直徑小于25mm時(shí)，一般不鍛出；孔的直徑大于25mm時(shí)，應(yīng)鍛出有斜度和連皮的孔。對于圓錐齒輪精密模鍛的研究指出，當(dāng)鍛出中間孔時(shí)，連皮的位置對齒形充滿情況影響極大。連皮至端面的距離約為鍛件高度的0.6時(shí)，齒形充滿情況最好。連皮的厚度ｈ＝（0.20～0.3）ｄ，但ｈ不小于6～8mm。鍛件高度為不包括輪轂部分的鍛件高度。在行星齒輪小端壓出1×45°孔的倒角，省去倒角工序。圖10-28連皮的位置3.坯料尺寸的選擇1）坯料體積的確定采用少無氧化加熱時(shí)，不考慮氧化燒損，坯料體積應(yīng)等于鍛件體積加飛邊體積。3.坯料尺寸的選擇2）坯料形狀選擇坯料常見形狀：①采用平均錐形鍛坯平均錐形鍛坯稱為預(yù)鍛鍛坯，模鍛時(shí)金屬流動(dòng)速度低，模具磨損較小，但需要預(yù)鍛工序。②較大直徑的圓柱形毛坯模鍛時(shí)金屬流動(dòng)速度較低，模具磨損較小;由于毛坯高度較低，精密模鍛齒輪小端纖維分布不良，且在模鍛時(shí)可能產(chǎn)生折疊和充不滿等缺陷。坯料直徑大，不利于剪切下料。③較小直徑的圓柱形毛坯毛坯直徑非常接近于小端齒根圓直徑。模鍛時(shí)金屬流動(dòng)速度較高，模具磨損較大.坯料容易定位和成形坯料直徑較小，利于剪切下料。采用何種毛坯，最后由生產(chǎn)實(shí)踐驗(yàn)證。4.精密模鍛的變形力摩擦壓力機(jī)的選擇可參考表10.1。表10.1精鍛時(shí)摩擦壓力機(jī)的選擇錐齒輪質(zhì)量/kg0.4～1.01.0～4.54.5～7.07.0～1818～28摩擦壓力機(jī)變形力/KN3000～4000500006500～700012500200005.精鍛模膛的設(shè)計(jì)與加工齒形模膛設(shè)在上模有利于成形和清理氧化皮等殘?jiān)?

為了便于安放毛坯和頂出工件，也可將齒形模膛設(shè)在下模。圖10.29齒輪模膛設(shè)在下模的行星齒輪精密模鍛件

1－上模板；2－上模墊板；3－上模；4－壓板5、8－螺栓；6－預(yù)應(yīng)力圈；7－凹模壓圈;9－凹模；10－頂桿；11－凹模墊板;12－墊板；13－下模板圖10.30行星錐齒輪凹模10.31行星齒輪上模材料為3Gr2W8V鋼，熱處理硬度48～52HRC。在初加工、熱處理和磨削加工后，用電脈沖機(jī)床加工齒形模膛?？捎玫腿埸c(diǎn)澆鑄實(shí)樣或制造樣板來檢驗(yàn)齒形模膛。用電脈沖加工凹模模膛時(shí)，模膛設(shè)計(jì)就是齒輪電極的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)齒輪電極要根據(jù)齒輪零件圖，并考慮鍛件冷卻時(shí)的收縮、鍛模工作時(shí)的彈性變形和模具的磨損、電火花放電間隙和電加工時(shí)的電極損耗等因素。齒輪電極設(shè)計(jì)要考慮如下幾點(diǎn)：

①精度要比齒輪產(chǎn)品高兩級，如產(chǎn)品齒輪精度為8級時(shí)，齒輪電極精度為6級。②表面粗糙度比齒輪產(chǎn)品提高l～2級。③齒根高可等于齒輪產(chǎn)品齒根高或增加0.1m（m為模數(shù)），即使齒全高增加約0.1m。

④分度圓壓力角的修正，主要考慮下述影響壓力角變化的因素:

模具的彈性變形和磨損。電加工時(shí)齒輪電極的損耗。鍛件溫度不均勻。鍛件的冷卻收縮。

對于尺寸較大的齒輪，由于冷收縮的絕對值較大，需要在設(shè)計(jì)電極時(shí)考慮鍛件的冷收縮量。此時(shí)，仍是修正齒輪電極的安裝距，使鍛件齒輪冷收縮后的分度圓錐與齒輪零件圖的分度圓錐一致，即在齒輪電極增加安裝距修正量。根據(jù)熱鍛件圖，并考慮模具彈性變形和磨損、電加工的放電間隙和電極損耗，從而確定齒輪電極尺寸。考慮上述因素后，設(shè)計(jì)加工的行星齒輪凹模用電極如圖10.32所示。圖10.32加工行星齒輪凹模用電極

①按零件圖設(shè)計(jì)和加工標(biāo)準(zhǔn)齒輪電極。②用上述齒輪電極電火花加工1mm厚的淬硬T10A鋼的齒形樣板。③用電加工齒形樣板配制銑刀齒形樣板。④用銑刀齒形樣板加工專用銑刀。⑤用此銑刀加工直齒圓柱齒輪電極。⑥用此電極加工切邊凹模工作刃口。6.切邊凹模的設(shè)計(jì)和加工圖10.33行星齒輪切邊凹模加工1－齒輪電極；2－鋼板10.3.2萬向十字軸精密模鍛圖10.34復(fù)動(dòng)成形生產(chǎn)的十字軸及其金屬變形過程。1.萬向節(jié)十字軸成形方案的確定

汽車萬向節(jié)十字軸是典型的枝杈類鍛件，其冷鍛件圖如圖10.35，形狀特點(diǎn)為中部為球臺(tái)，外圍均布三或四個(gè)軸頸。這類十字軸采用垂直于分模面的兩個(gè)沖頭雙向擠壓比一個(gè)沖頭單向擠壓合理。單向擠壓將使金屬流動(dòng)距離增大一倍，而且金屬進(jìn)入側(cè)腔軸頸后，因不對稱流動(dòng)，容易出現(xiàn)死角。

圖10.35萬向節(jié)十字軸精密冷鍛件圖復(fù)動(dòng)成形模具型腔的設(shè)計(jì)，除遵照鍛件圖的要求外，還需注意下列三點(diǎn)：

①擠壓沖頭直徑盡量選大由于復(fù)動(dòng)成形以擠壓成形為主，當(dāng)坯料質(zhì)量一定時(shí)，大直徑毛坯比細(xì)長桿毛坯容易成形。因擠壓凸模直徑盡量取大，提高擠壓凸模強(qiáng)度。

十字軸擠壓凸模直徑選為17mm，同時(shí)還要考慮擠壓凸模和模膛球臺(tái)部分不可相切，要留有一定距離，否則相切處容易磨損出現(xiàn)圓角。一般留有0.5～1mm寬帶。2.模具型腔的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則②金屬坯料直徑盡量選大

坯料放入凹模孔后如有較大間隙，則坯料可能偏歪，造成鍛件局部缺料而充不滿。

坯料在放入?？醉樌那疤嵯拢浞帕祥g隙盡可能小，即坯料直徑盡量接近擠壓凸模直徑。

經(jīng)潤滑后的坯料即可順利放入凹?？住＂酆侠碓O(shè)計(jì)余料

由于坯料存在下料質(zhì)量誤差，為保證型腔充滿，下料時(shí)必須控制質(zhì)量下限，讓多余的材料（一般不超過坯料質(zhì)量的0.5%）進(jìn)入余料倉。圖10.36十字軸鍛件余料倉設(shè)置余料倉余料倉余料倉的位置:設(shè)在模腔最后充滿處，且在后續(xù)機(jī)加工時(shí)可以去除或不去除也不影響使用的位置。

十字軸擠壓成形最后充滿處是軸頸端部，余料倉設(shè)在此處，在后續(xù)機(jī)加工時(shí)去除。3.金屬變形過程分析

鐓粗變形階段；徑向擠壓階段；水平鐓擠階段；充滿分流階段。圖10-37三維數(shù)值模擬十字軸成形過程圖10-38雙向閉式模鍛十字軸成形過程4.精密模鍛力的計(jì)算（10-11）

在復(fù)動(dòng)成形精密模鍛工藝中，主要工藝參數(shù)為：上、下凹模之間在鍛件擠壓變形時(shí)產(chǎn)生的分模力（由此確定外界需提供的閉模力）和擠壓凸模對坯料的擠壓力。萬向節(jié)十字軸擠壓力計(jì)算公式為：經(jīng)計(jì)算擠壓力=432ｋN最大擠壓力為410ｋN。理論計(jì)算擠壓力最大值與采用數(shù)值模擬所得最大擠壓力相當(dāng)接近。圖10.39三維數(shù)值模擬所得的P-S曲線

通過計(jì)算，萬向節(jié)十字軸在室溫下擠壓成形時(shí)，最大分模力（即擠壓終了階段）Q分=944kN(94.4噸)。5.復(fù)動(dòng)成形十字軸工藝優(yōu)化(三維數(shù)值模擬)

圖10-40單向冷復(fù)動(dòng)成形十字軸金屬變形過程模擬

單向復(fù)動(dòng)成形所得P-S曲線可看出最大擠壓力518ｋN，大于雙向擠壓時(shí)的最大擠壓力。圖10.41P-S曲線圖10.42雙向等速復(fù)動(dòng)成形十字軸金屬變形過程模擬

在擠壓軸頸時(shí)，金屬向側(cè)腔流動(dòng)均勻，其前端近似圓弧，呈理想的流動(dòng)狀態(tài)。雙向擠壓金屬坯料，金屬從兩個(gè)擠壓筒里向模腔流動(dòng)，縮短了金屬的流動(dòng)行程，減少了變形程度，從而變形抗力降低。圖10.43雙向等速復(fù)動(dòng)成形十字軸過程中的金屬流動(dòng)速度場表明了在成形的各個(gè)階段金屬流動(dòng)速度的大小及方向。

側(cè)向擠壓四個(gè)軸頸時(shí)金屬流動(dòng)速度均勻，是理想的流動(dòng)狀態(tài)。圖10.44雙向等速復(fù)動(dòng)成形十字軸過程中的金屬應(yīng)力場

根據(jù)金屬在流動(dòng)過程中最大應(yīng)力的分布區(qū)域，從而預(yù)測模具的磨損狀況。

在模具制造時(shí)對易磨損區(qū)域進(jìn)行局部強(qiáng)化以提高耐磨性，或者采用組合模具結(jié)構(gòu)使易磨損部位易于更換。10.3.3鎂合金的等溫精密成形

1.鎂合金的主要特性鎂合金是實(shí)際應(yīng)用中最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料。鎂合金它具有以下特性：①密度小(大約是鋁合金的三分之二，鋼鐵的四分之一)；②友好的生物兼容性,可回收，符合環(huán)保要求；

③比強(qiáng)度和比剛度高，均優(yōu)于鋼和鋁合金；④具有優(yōu)良的切削性能和拋光性能；在一定溫度和擠壓比條件下，具有良好的塑性乃至超塑性；⑤耐蝕性差，是制約其性能優(yōu)勢發(fā)揮的一個(gè)重要因素。利用鎂合金陽極氧化工藝對鎂表面進(jìn)行表面處理可提高其耐蝕性；

⑥良好的導(dǎo)熱性、減振性以及在相當(dāng)寬的頻率范圍內(nèi)具有優(yōu)良的電磁屏蔽特性；⑦無毒，無磁性；⑧耐印痕性好(由鎂合金材料制成的物體與其他物體沖撞時(shí)，產(chǎn)生的印痕比鋁、軟鋼小)；⑨尺寸穩(wěn)定性高；⑩良好的低溫性能(在一190℃時(shí)仍具有良好的力學(xué)性能，可用于制作在低溫下工作的零件。圖10.45變形鎂合金散熱器2.變形鎂合金散熱器3.AZ31變形鎂合金散熱器等溫精密成形的可成形性分析

AZ31鎂合金與鋁合金等不同，在壓力加工過程中熱擠壓成形次數(shù)不宜過多。因?yàn)槊考訜?、擠壓一次，強(qiáng)度性能不但沒有提高，反而下降。尤其當(dāng)壓力加工前加熱溫度高、保溫時(shí)間長時(shí)，強(qiáng)度性能下降的程度更大。鎂合金的擠壓溫度范圍窄(150℃左右)、導(dǎo)熱系數(shù)大(167.25W/m·℃)，大約是鋼的兩倍。擠壓時(shí)如模具溫度低，坯料降溫很快，塑性降低，變形抗力增大，充填型腔困難。采用等溫成形工藝過程制造該產(chǎn)品，能滿足圖紙要求，而且提高制品的強(qiáng)度和改善表面組織狀態(tài)。該散熱器沿周向不同截面處的面積相差很大，各部位的體積分布不均勻，尤其在筋部凸起部位體積很大，需要金屬量很大，而筋間卻只需少量金屬，大量金屬流走。

兩種情況相互取長補(bǔ)短，避免了“充不滿”和“擠壓縮孔”缺陷。因而可用等厚的長方板坯直接擠壓成形。該散熱器有些部位在擠壓方向呈陡壁形狀，其根部尖角不宜一次擠壓成形。一次終成形會(huì)導(dǎo)致折迭甚至把成形筋部的模腔部位脹裂，所以宜在成形后整形，將圓角整形成尖角。鎂合金和鋁合金一樣，在一次大變形量擠壓后，由于大量新生表面出現(xiàn)可能引起粘模，且易產(chǎn)生折迭，因此，擠壓成形后要酸洗清理、修傷，再精整。該件的成形工藝過程是：

預(yù)制板坯→成形→精整。在大型鋁、鎂合金擠壓生產(chǎn)中，100MN(10000噸)液壓機(jī)通常只能擠壓水平投影面積約為0.33m2

的零件，而該散熱器投影面積約0.1m2，需30～50MN(3000～5000噸)液壓機(jī)。該散熱器有5條高筋。為了充填好與其相對應(yīng)處的型腔，需足夠大的擠壓力。因此，在擠壓時(shí)，需采取措施降低擠壓力。否則，可能使模具損壞。生產(chǎn)中除采用等溫成形外，還采取了在凸模和凹模壓力正方向、零件形狀凹陷處加設(shè)大引流槽，分流孔，使型腔在未充滿前通過引流和分流，降低載荷，使金屬處于良好充填狀態(tài)，使高筋部位飽滿成形。4.AZ31變形鎂合金坯料的加熱

根據(jù)鎂合金的