第10章(2)特种锻造

1、特种锻造特种锻造定义：定义： 将坯料用一对装有模具转向相反的锻辊曳入，产生塑将坯料用一对装有模具转向相反的锻辊曳入，产生塑性变形，获得具有一定形状尺寸和性能锻件的加工性变形，获得具有一定形状尺寸和性能锻件的加工方法称为辊锻，是来自于轧制的锻造成形方法。方法称为辊锻，是来自于轧制的锻造成形方法。一、一、 辊锻辊锻轧辊坯料辊锻模辊锻示意图轧辊坯料辊锻模一般模锻一般模锻：模具直线运动：模具直线运动 辊锻辊锻：模具旋转运动：模具旋转运动 轧制轧制：轧辊整个圆周都是工：轧辊整个圆周都是工 作部分，采用长坯料。作部分，采用长坯料。辊锻辊锻：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、点：（1）连续的静压过程，无冲击和振动。变形 实质是坯料的拔长。（2）生产率高。（3）节约金属材料。（4）设备结构简单。（5）劳动条件好，易实现机械化和自动化。（6）节约模具钢材。（7）锻件质量好。应用：应用：汽车前轴汽车前轴前轴是载重汽车上最大的锻件，其质量通常在前轴是载重汽车上最大的锻件，其质量通常在70130kg。采用采用“精密辊锻精密辊锻-整体热模锻整体热模锻”的精密锻造成形技术：的精密锻造成形技术：前轴前轴难以锻造成形的工字梁和弹簧座通过精密辊锻成形难以锻造成形的工字梁和弹簧座通过精密辊锻成形；模锻只对两端弯臂成形模锻只对两端弯臂成形。大大降低了锻造主机的吨位，只需用大大降低了锻造主

3、机的吨位，只需用2500吨螺旋压力机即可锻吨螺旋压力机即可锻造造120kg左右质量的前轴锻件，产品精度达到左右质量的前轴锻件，产品精度达到12500吨热模锻吨热模锻压力机锻件水平，而模具寿命提高了压力机锻件水平，而模具寿命提高了50%，生产成本了降低，生产成本了降低20%。应用：应用：汽车前轴汽车前轴目前在国内已经建成目前在国内已经建成9条前轴条前轴“精密辊锻精密辊锻-整体热模锻整体热模锻”生产线，生产线，成为前轴锻造企业技术改造的主要方案。成为前轴锻造企业技术改造的主要方案。精密辊锻-精密热模锻各道工序的锻件 视频视频二、二、 等温锻造等温锻造等温锻造成形主要用于钛合金、铝合金、镁合金零件的

4、锻造。等温锻造成形主要用于钛合金、铝合金、镁合金零件的锻造。在常规条件下，这些金属材料的在常规条件下，这些金属材料的锻造温度范围比较窄锻造温度范围比较窄，尤其是，尤其是在锻造在锻造具有簿腹板、高肋条和薄壁锻件具有簿腹板、高肋条和薄壁锻件时，毛坯料的温度下降时，毛坯料的温度下降很快，需要大幅度地提高设备吨位才能完成锻造，并且极易造很快，需要大幅度地提高设备吨位才能完成锻造，并且极易造成锻件和模具开裂。成锻件和模具开裂。与其他常规锻造的主要不同点在于：把锻模的温度控制在和毛与其他常规锻造的主要不同点在于：把锻模的温度控制在和毛坯加热温度大致相同的范围内，使毛坯在温度不变的条件下完坯加热温度大致相同

5、的范围内，使毛坯在温度不变的条件下完成锻造的全过程。成锻造的全过程。等温精密成形由于减小或消除了模具激冷和材料应变硬化的影等温精密成形由于减小或消除了模具激冷和材料应变硬化的影响，提高了材料的塑性，不仅使变形抗力减小，而且有利于简响，提高了材料的塑性，不仅使变形抗力减小，而且有利于简化成形过程，以较少的变形工步成形具有复杂形状的锻件。化成形过程，以较少的变形工步成形具有复杂形状的锻件。二、二、 等温锻造等温锻造为了保证恒温成形的条件，模具也为了保证恒温成形的条件，模具也必须加热到与坯料相同的温度，必须加热到与坯料相同的温度，模具常采用电感应法或电阻法加热模具常采用电感应法或电阻法加热。等温模锻

6、模具图等温模锻模具图1下模板；下模板；2中间垫板；中间垫板；3、8隔热层；隔热层；4、5加热圈加热圈；6凸模；凸模；7上模板；上模板；9凹模；凹模；10顶杆；顶杆；11垫板垫板我国采用等温锻造、近等温锻造成形技术大批量生产航空、航我国采用等温锻造、近等温锻造成形技术大批量生产航空、航天、兵器、大型燃气轮机、气轮机、船舶、石油化工、工程机天、兵器、大型燃气轮机、气轮机、船舶、石油化工、工程机械、汽车提供所需的高温合金、钛合金、铝合金等难变形材料械、汽车提供所需的高温合金、钛合金、铝合金等难变形材料的等温锻件。的等温锻件。 等温锻造成形的航空、兵器用高强度锻件等温锻造成形的航空、兵器用高强度锻件Y

7、10系列等温锻造液压机系列等温锻造液压机三、超塑性锻造三、超塑性锻造金属材料的超塑性金属材料的超塑性:金属在特定条件金属在特定条件(晶粒细化，极低的变形速度及等温变形晶粒细化，极低的变形速度及等温变形)下，下，能够具有比一般条件下更大的塑性。能够具有比一般条件下更大的塑性。如如:一般塑性较好的低碳钢拉伸时延伸率只有一般塑性较好的低碳钢拉伸时延伸率只有30%40%； 塑性好的有色金属也只有塑性好的有色金属也只有60%70%； 超塑性状态，一般认为塑性差的金属延伸率在超塑性状态，一般认为塑性差的金属延伸率在100%200%范围内，塑性好的金属延伸率在范围内，塑性好的金属延伸率在500%2000%范

8、围内。范围内。 超塑性模锻工艺过程：超塑性模锻工艺过程：1.将合金在接近正常再结晶温度下进行热变形将合金在接近正常再结晶温度下进行热变形(挤压、轧制或锻挤压、轧制或锻造等造等)以获得超细的晶粒组织；以获得超细的晶粒组织；2.在超塑温度下，在预热的模具中模锻成所需的形状在超塑温度下，在预热的模具中模锻成所需的形状3.对锻件进行热处理，以恢复合金的高强度状态。对锻件进行热处理，以恢复合金的高强度状态。 根据超塑性存在条件，超塑性模锻要求坯料在成形过程中保持根据超塑性存在条件，超塑性模锻要求坯料在成形过程中保持恒温，即将模具和变形合金加热到同样温度的一种锻造工艺。恒温，即将模具和变形合金加热到同样温

9、度的一种锻造工艺。 (a)普通模锻 (b)超塑性模锻 表表1两种模锻工艺的比较两种模锻工艺的比较(钛合金涡轮盘锻件钛合金涡轮盘锻件) 工艺参数普通模锻超塑性模锻毛坯加热温度()940940模具加热温度()480940变形速度(mm/s)12.742.30.025平均单位压力(MPa)500583117模锻时工序次数41(1)显著提高金属材料的塑性显著提高金属材料的塑性。例如过去认为不能变形的铸造。例如过去认为不能变形的铸造镍基合金，也可以使之具有超塑性，并且能模锻尺寸精确的镍基合金，也可以使之具有超塑性，并且能模锻尺寸精确的涡轮盘、叶片，甚至带叶片的整体涡轮。涡轮盘、叶片，甚至带叶片的整体涡轮

10、。 优点优点(2)极大地降低金属的流变抗力极大地降低金属的流变抗力。一般超塑性模锻的总压力只。一般超塑性模锻的总压力只是相当于普通模锻的几分之一到几十分之一。是相当于普通模锻的几分之一到几十分之一。(3)金属的超塑性能使形状复杂、薄壁、高肋的锻件在一次模金属的超塑性能使形状复杂、薄壁、高肋的锻件在一次模锻中锻成锻中锻成。而普通模锻高强度合金时，则需要多次锻打，甚至。而普通模锻高强度合金时，则需要多次锻打，甚至很难锻成。这样既能减少加热次数及节约燃料，又可消除在多很难锻成。这样既能减少加热次数及节约燃料，又可消除在多次加热中所形成的表面氧化缺陷。次加热中所形成的表面氧化缺陷。美国用超塑性模锻制造

11、美国用超塑性模锻制造Ti-6Al-6V-2Sn钛合金的飞机大梁钛合金的飞机大梁。此合金在普通模锻时由于锻造温度范围较窄，随着变形温度此合金在普通模锻时由于锻造温度范围较窄，随着变形温度的下降，变形抗力急增，很难模锻。的下降，变形抗力急增，很难模锻。采用超塑性模锻很容易成形，其模锻工艺参数如下：平面毛采用超塑性模锻很容易成形，其模锻工艺参数如下：平面毛坯的钛合金加热到坯的钛合金加热到980，在精铸的，在精铸的MAR-M200合金模具中进合金模具中进行等温模锻，变形速度行等温模锻，变形速度0.04mm/s，成形时间为，成形时间为35min，模，模锻总压力锻总压力2670kN。 应用应用美国国家宇航

12、局用超塑性模锻美国国家宇航局用超塑性模锻TAZ-8A高温合金的涡轮叶片高温合金的涡轮叶片。TAZ-8A是美国近年来发展的一种新型铸造合金，无可锻性，是美国近年来发展的一种新型铸造合金，无可锻性，轻微锻造就要破裂；轻微锻造就要破裂；采用超塑性却模锻出涡轮叶片。模锻工艺参数如下：把直径采用超塑性却模锻出涡轮叶片。模锻工艺参数如下：把直径25.4mm的细晶粒圆坯料加热到的细晶粒圆坯料加热到1093，在加热的模具中，在加热的模具中进行等温模锻，一次变形量就可达进行等温模锻，一次变形量就可达75%。 应用应用四、复合成形四、复合成形 复合成形技术突破了传统锻造加工方法的局限性，复合成形技术突破了传统锻造

13、加工方法的局限性，将不同种类的锻造加工方法组合将不同种类的锻造加工方法组合将其它金属成形方法将其它金属成形方法(如铸造、粉末冶金等如铸造、粉末冶金等)和锻造和锻造加工方法结合加工方法结合使变形金属在外力作用下产生塑性流动，得到所需使变形金属在外力作用下产生塑性流动，得到所需形状、尺寸和性能的制品。形状、尺寸和性能的制品。温锻温锻+冷整形的外星轮等温锻件冷整形的外星轮等温锻件温锻较热锻可获得较高精度的锻件，如温锻较热锻可获得较高精度的锻件，如上海纳铁福传上海纳铁福传动轴有限公司开发了利用温锻动轴有限公司开发了利用温锻-冷精整成形技术的冷精整成形技术的外外星轮三销套星轮三销套温锻温锻- -冷精整成

14、形冷精整成形自动化生产线。自动化生产线。昆山精密模具标准件公司开放的昆山精密模具标准件公司开放的 30CrMnSiNi2A30CrMnSiNi2A超高强度钢壳体零件超高强度钢壳体零件温温挤压挤压- -冷变薄拉深冷变薄拉深生产线。生产线。汽车差速器锥齿轮通过汽车差速器锥齿轮通过冷镦头、温成形、冲孔、冷镦头、温成形、冲孔、冷精整冷精整生产，齿厚公差为土生产，齿厚公差为土0.005mm，齿间误，齿间误差为差为0.0l0.03mm。汽车联轴节每件重汽车联轴节每件重l2.5kg，经过，经过45道温挤道温挤(正挤、正挤、镦粗、冲边、反挤、成形等镦粗、冲边、反挤、成形等)，然后再冷成形两次，然后再冷成形两次，其公差可达其公差可达0.040.08mm。半闭式挤压预成形半闭式挤压预成形件生产带枝叉转向节锻件件生产带枝叉转向节锻件冷冷/温挤联合成形温挤联合成形生产生产100400轴承套圈轴承套圈采用采用铸造毛坯铸造毛坯再再精锻精锻生产铝合金轮毂锻件生产铝合金轮毂锻件锻造所用的坯料一般均为体积金属。粉末锻造成形工艺锻造所用的坯料一般均为体积金属。粉末锻造成形工艺以金属以金属粉末为原料粉末为原料，经过压制成形、烧结、热锻成形及后续处理等工，经过压制成形、烧结、热锻成形及后续处理等工序制成所需形状的锻