精密塑性体积成形技术

1、3.3 精密塑性体积成形技术3.3.1 绪论3.3.2 精密塑性体积成形的方法3.3.3 精密塑性体积成形实例3.3.1 绪论 （1）精密塑性体积成形的概念（2）精密塑性成形的精度（3）影响锻件精度的因素（4）拟定精密塑性体积成形工艺时应注意的问题（5）精密塑性成形的应用（1）精密塑性体积成形的概念 精密塑性体积成形是指所成形的制件达到或接近成品零件的形状和尺寸，它是在传统塑性加工基础上发展起来的一项新技术。它不但可以节材、节能、缩短产品制造周期、降低生产成本，而且可以获得合理的金属流线分布，提高零件的承载能力，从而可以减轻制件的质量，提高产品的安全性、可靠性和使用寿命。该项新技术由于具有上述

2、诸多优点，加之工业发展的需要，近20多年来得到了迅速发展，尤其在一些工业发达国家发展迅猛。目前，精密塑性体积成形技术作为先进制造技术的重要组成部分，已成为提高产品性能与质量、提高市场竞争力的关键技术和甫要途径。（2） 精密塑性成形的精度 径向尺寸径向尺寸一般热模锻件一般热模锻件0.51.0mm热精锻件热精锻件0.2 0.4mm温精锻件为温精锻件为0.1 0.2mm冷精锻件为冷精锻件为0 .010.1mm表面粗糙度表面粗糙度一般热模锻件一般热模锻件Ra12.5冷精锻件冷精锻件Ra0.20.4据粗略估计，每据粗略估计，每100万万t钢材由切削加工改为精密模钢材由切削加工改为精密模锻，可节约钢材锻，

3、可节约钢材15万万t(15)，减少机床，减少机床1500台。台。例如德国例如德国BLM公司热精锻齿轮多达公司热精锻齿轮多达100多种，齿形多种，齿形精度达精度达DIN6级，节约材料级，节约材料20 30，机械性，机械性能提高能提高20 30。精锻螺旋伞齿轮的最大直径。精锻螺旋伞齿轮的最大直径达达280mm，模数达到，模数达到12。美国、奥地利的热模锻。美国、奥地利的热模锻叶片占总产量的叶片占总产量的80 90，叶型精度达，叶型精度达(0.150.30)mm，锻后叶型部分只需抛光、磨，锻后叶型部分只需抛光、磨光，减少机械加工余量达光，减少机械加工余量达90。（3）影响锻件精度的因素p坯料的体积偏

4、差（下料或烧损）坯料的体积偏差（下料或烧损）p模膛的尺寸精度和磨损模膛的尺寸精度和磨损p模里温度和锻体温度的波动模里温度和锻体温度的波动p模具和锻件的弹性变形模具和锻件的弹性变形p锻件的形状和尺寸锻件的形状和尺寸p成形方案成形方案p模膛和模具结构的设计模膛和模具结构的设计p润滑惰况润滑惰况p设备设备p工艺艺操作工艺艺操作（4）拟定精密塑性体积成形工艺时应注意的问题 1)在设计精锻件图时，不应当要求所有部位尺寸在设计精锻件图时，不应当要求所有部位尺寸都精确，而只需保证主要部位尺寸精确，其余部都精确，而只需保证主要部位尺寸精确，其余部位尺寸精度要求可低些。这是因为现行的备料工位尺寸精度要求可低些。

5、这是因为现行的备料工艺不可能准确保证坯料的尺寸和质量，而塑性变艺不可能准确保证坯料的尺寸和质量，而塑性变形是道守体积不变条件的。因此，必需利用某些形是道守体积不变条件的。因此，必需利用某些部位来调节坯料的质量误差。部位来调节坯料的质量误差。 2)对某些精锻件，适当地选用成形工序，不仅可对某些精锻件，适当地选用成形工序，不仅可以使坯料容易成形和保证成形质量，而且可以有以使坯料容易成形和保证成形质量，而且可以有效地减小尽位变形力和提高校具寿命。效地减小尽位变形力和提高校具寿命。（4）拟定精密塑性体积成形工艺时应注意的问题 3)适当地采用精整工序，可以有效地保证精度要适当地采用精整工序，可以有效地保

6、证精度要求。例如，叶片求。例如，叶片(尤其是型面扭曲的叶片尤其是型面扭曲的叶片)精锻精锻后，应当增加一道精整工序。有时对锻件的不同后，应当增加一道精整工序。有时对锻件的不同部位需采用不同的精整工序。部位需采用不同的精整工序。 4)坯料良好的表面质量坯料良好的表面质量(指氧化、脱碳、合金元素指氧化、脱碳、合金元素贫化和表面粗糙度等贫化和表面粗糙度等)是实现精密成形的前提。是实现精密成形的前提。另外，坯料形状和尺寸的正确与否以及制坯的质另外，坯料形状和尺寸的正确与否以及制坯的质量等，对锻件的成形质量也有重要影响。在材料量等，对锻件的成形质量也有重要影响。在材料料塑性、设备吨位和模具强度允许的条件下

7、，尽料塑性、设备吨位和模具强度允许的条件下，尽可能采用冷成形或温成形。可能采用冷成形或温成形。（4）拟定精密塑性体积成形工艺时应注意的问题 5)设备的精度和刚度对锻件的桔度有重要影响，设备的精度和刚度对锻件的桔度有重要影响，但是模具精度的影响比设备更直接、更重要些。但是模具精度的影响比设备更直接、更重要些。有了高精度的模具，在一般设备上也可以成形精有了高精度的模具，在一般设备上也可以成形精度较高的锻件。度较高的锻件。 6)在精密成形工艺中，润滑是一项极为重要的工在精密成形工艺中，润滑是一项极为重要的工艺因素，良好的润滑可以有效地降低变形抗力，艺因素，良好的润滑可以有效地降低变形抗力，提高锻件精

8、度和模具寿命。提高锻件精度和模具寿命。（4）拟定精密塑性体积成形工艺时应注意的问题7)模具结构的正确设计，模具材料的正确选模具结构的正确设计，模具材料的正确选择以及模具的精确加工，是影响模具寿命择以及模具的精确加工，是影响模具寿命的重要因素。的重要因素。8)在高温和中温精密成形时，应对模具和坯在高温和中温精密成形时，应对模具和坯料的温度场进行测量和控制，它是确定模料的温度场进行测量和控制，它是确定模具材料，模具和模锻件热胀冷缩率以及坯具材料，模具和模锻件热胀冷缩率以及坯料变形抗力的依据。料变形抗力的依据。（5）精密塑性成形的应用1)大批量生产的零件，例如汽车、摩托车上的一些零件，特别是复杂形状

9、的零件。2)航空、航天等工业的一些复杂形状的零件，特别是一些难切削的复杂形状的零件；难切削的高价材料(如钛、锆、钼、铌等合金)的零件；要求性能高品质、使结构质量轻化的零件等。3.3.2 精密塑性体积成形的方法（1）精密塑性体积成形的分类（2）小飞边和无飞边模锻（3）挤压（4）闭塞式锻造（5）多向模锻（6）径向锻造（7）摆动辗压（8）等温模锻和超塑性模锻（9）精压（1）精密塑性体积成形的分类按成形温度分类按成形温度分类p冷成形冷成形(冷锻冷锻)室温下的成形室温下的成形p温成形温成形(温锻温锻)室温以上，再结晶温度以下的成形室温以上，再结晶温度以下的成形p热成形热成形(热锻热锻)在材料再结晶温度以

10、上的成形在材料再结晶温度以上的成形p等温成形（等温锻）等温成形（等温锻）在几乎恒温条件下的成形，变形温度通常在再结晶温度在几乎恒温条件下的成形，变形温度通常在再结晶温度以上。以上。按成形方法分类按成形方法分类模锻、挤压、闭塞式锻造、多向模锻、径向锻造、精压、模锻、挤压、闭塞式锻造、多向模锻、径向锻造、精压、摆动辗压、精密辗压、特种轧制、变薄拉深、强力旋压和粉摆动辗压、精密辗压、特种轧制、变薄拉深、强力旋压和粉末成形等。末成形等。热成形(热锻)的特点优点：p变形抗力低p材料塑性好p流动性好p成形容易p所需设备吨位小缺点：p产品的尺寸精度低p表面质量差p钢件表面氧化严重p模具寿命低p生产条件差冷成

11、形(冷锻) 的特点优点：p产品的尺寸精度高p表面质量好p材料利用率高缺点：p冷成形的变形抗力大p材料塑性低p流动性差温成形(温锻) 的特点 与冷锻比较：与冷锻比较：温锻时由于变形抗力小、材料塑性好，成形比冷锻容温锻时由于变形抗力小、材料塑性好，成形比冷锻容易，可以采用比冷锻大的变形量，从而减少工序数目、减易，可以采用比冷锻大的变形量，从而减少工序数目、减少模具费用和压力机吨位，模具寿命也比冷锻时高；少模具费用和压力机吨位，模具寿命也比冷锻时高；与热锻相比：与热锻相比：温锻时由于加热温度低，氧化、脱碳减轻，产品的尺温锻时由于加热温度低，氧化、脱碳减轻，产品的尺寸精度和表面质量均较好。如果在低温范

12、围内温锻，产品寸精度和表面质量均较好。如果在低温范围内温锻，产品的力学性能与冷锻产品差别不大。的力学性能与冷锻产品差别不大。对不易冷锻的材料，改用温锻可减少加工难度。有些对不易冷锻的材料，改用温锻可减少加工难度。有些适宜冷锻的低碳钢，也可作为温锻的对象。因为温锻常常适宜冷锻的低碳钢，也可作为温锻的对象。因为温锻常常不需要进行坯料预先软化退火、工序之间的退火和表面磷不需要进行坯料预先软化退火、工序之间的退火和表面磷化处理，这就使得组织连续生产比冷锻容易。化处理，这就使得组织连续生产比冷锻容易。温成形(温锻) 的应用 温锻主要用于以下几种情况：温锻主要用于以下几种情况： 1)冷锻变形时硬化剧烈或者

13、变形抗力高的不锈钢、合金冷锻变形时硬化剧烈或者变形抗力高的不锈钢、合金钢、轴承钢和工具钢等；钢、轴承钢和工具钢等； 2)冷变形时塑性差、容易开裂的材料，如铝合金冷变形时塑性差、容易开裂的材料，如铝合金LC4、铜合金铜合金HPb591等；等； 3)冷态难加工，而热态时严重氧化、吸气的材料，如钛、冷态难加工，而热态时严重氧化、吸气的材料，如钛、钼、铬等；钼、铬等； 4)形状复杂，或者为了改善产品综合力学性能而不宜采形状复杂，或者为了改善产品综合力学性能而不宜采用冷锻时；用冷锻时；5)变形程度较大，或者零件尺寸较大，以致冷锻时现有变形程度较大，或者零件尺寸较大，以致冷锻时现有设备能力不足时；设备能力

14、不足时； 6)为了便于组织连续生产时。为了便于组织连续生产时。等温成形 (等温锻) 的特点等温成形是在几乎恒温的条件下成形，这时模具也加热到与坯料相同的温度。通常是在行程速度较慢的设备上进行。主要用于铝合金、镁合金和钛合金锻件的成形。（2）小飞边和无飞边模锻开式模锻时金属的变形过程开式模锻时金属的变形过程开式模锻时金属的变形过程小飞边模锻 为了在模锻初期就建立足够大的金属外流阻力，将飞边槽设置在金属变形较困难的坯料端部。在模锻初期，中间部分金属的变形流动就受到了侧壁的限制，迫使金属充满模膛。这种形式飞边槽的模锻，叫作小飞边模锻。无飞边模锻 无飞边模锻，亦称闭式无飞边模锻，亦称闭式模锻，其模膛结

15、构如图所模锻，其模膛结构如图所示，其特点是凸凹模间间示，其特点是凸凹模间间隙的方向与模具运动的方隙的方向与模具运动的方向相平行。在模锻过程中向相平行。在模锻过程中间隙的大小不变。由于间间隙的大小不变。由于间隙很小，金属流人间隙的隙很小，金属流人间隙的阻力一开始就很大，这有阻力一开始就很大，这有利于金属充满模膛。利于金属充满模膛。无飞边模锻的优点 1)有利于金属充满模腔，有利于进有利于金属充满模腔，有利于进行精密模锻；行精密模锻； 2)减少了飞边损耗，并节省了切飞减少了飞边损耗，并节省了切飞边设备；边设备； 3)无飞边模锻时金属处于明显的三无飞边模锻时金属处于明显的三向压应力状态塑性材料的成形。

16、向压应力状态塑性材料的成形。无飞边模锻应满足的下列条件应满足的下列条件1)坯料体积准确；坯料体积准确；2)坯料形状合理，并能在模膛内淮坯料形状合理，并能在模膛内淮确定位；确定位；3)能够较推确地控制打击能量或模能够较推确地控制打击能量或模压力；压力；4)有简便的取件措施或顶料机构。有简便的取件措施或顶料机构。（3）挤）挤 压压挤压是金属在三个方向的不均匀压应力作用挤压是金属在三个方向的不均匀压应力作用下，从模孔中挤出或流人模膛内以获得所需尺寸、下，从模孔中挤出或流人模膛内以获得所需尺寸、形状的制品或零件的塑性成形工序。目前不仅冶形状的制品或零件的塑性成形工序。目前不仅冶金厂利用挤压方法生产复杂

17、截面型材，机械制造金厂利用挤压方法生产复杂截面型材，机械制造厂已广泛利用挤压方法生产各种锻件和零件。厂已广泛利用挤压方法生产各种锻件和零件。采用挤压工艺不但可以提高金属的塑性，生采用挤压工艺不但可以提高金属的塑性，生产复杂截面形状的制品，而且可以提高锻件的精产复杂截面形状的制品，而且可以提高锻件的精度，改善锻件的内部组织和力学性能，提高生产度，改善锻件的内部组织和力学性能，提高生产率和节约金属材料等。率和节约金属材料等。挤压的种类正挤压挤压的种类反挤压挤压的种类复合挤压挤压的种类径向挤压各种头部形状的正挤压实心和空心件各种形状的复合挤压件挤压的变形过程1)充满阶段；充满阶段；2)开始挤出阶段；

18、开始挤出阶段；3)稳定挤压阶段；稳定挤压阶段；4)终了挤压阶段。终了挤压阶段。（4）闭塞式锻造 闭塞式锻造是近年来发展十分迅速的精密成形方闭塞式锻造是近年来发展十分迅速的精密成形方法，先将可分凹模闭合，并对闭合的凹模施以足够的法，先将可分凹模闭合，并对闭合的凹模施以足够的合模力，然后用一个冲头或多个冲头，从一个方向或合模力，然后用一个冲头或多个冲头，从一个方向或多个方向对模膛内的坯料进行挤压成形。这种成形方多个方向对模膛内的坯料进行挤压成形。这种成形方法也称为闭模挤压，是具有可分凹模的闭式模锻。法也称为闭模挤压，是具有可分凹模的闭式模锻。闭塞式锻造-十宁接头十字接头成形模具示意图十宁接头锻件图

19、压挤力和张模力随工作行程变化的曲线F一压挤力；FQ一张模力。锥形齿轮的闭塞式锻造示意图轮毂螺母的闭塞式锻造示意图闭塞式锻造的优点 生产效率高，一次成形便可以获得形状生产效率高，一次成形便可以获得形状复杂的桔锻件；复杂的桔锻件； 由十成形过程个坯料处于强烈的三向压由十成形过程个坯料处于强烈的三向压应力状态，适于成形低塑性材料；应力状态，适于成形低塑性材料； 金属流线沿锻件外形连续分布。因此，金属流线沿锻件外形连续分布。因此，锻件的力学性能好。锻件的力学性能好。(5)多向模锻 多向模锻是在几个方面同时对坯料进行锻造的一种新工艺，主要用于生产外形复杂的中空锻件。多向模锻的过程如图所示，当坯料置于工位

20、上后(图a)，上下两模块闭合，进行锻造(图b)，使毛坯初步成形，得到凸肩，然后水平方向的两个冲头从左右压入，将已初步成形的锻坯冲出所需的孔。锻成后，冲头先拔出，然后上下模分开(图c)，取出锻件。典型的多向模锻件(a)凿岩机缸体(b)三通管接头(c)飞机起落架(d)大型阀体多向模锻的变形过程分析p第第I阶段阶段基本形成阶段基本形成阶段由于多向模锻件大都是形状复杂的中空锻件，而且通常坯料是由于多向模锻件大都是形状复杂的中空锻件，而且通常坯料是等截面的，第等截面的，第I阶段金属的变形流动特点主要是反挤阶段金属的变形流动特点主要是反挤镦粗成形和径镦粗成形和径向挤压成形。向挤压成形。p第第II阶段阶段充

21、满阶段充满阶段 由第由第I阶段结束到金属完全充满模腔为止为第阶段结束到金属完全充满模腔为止为第II阶段，此阶段的阶段，此阶段的变形量很小，但此阶段结束时的变形力比第变形量很小，但此阶段结束时的变形力比第I阶段未可增大阶段未可增大(23)倍。倍。p第第III阶段阶段形成飞边阶段形成飞边阶段此时坯料已极少变形，只是在极大的模压力作用下，冲头附近此时坯料已极少变形，只是在极大的模压力作用下，冲头附近的金属有少量变形，并逆着冲头运动的方向流动，形成纵向飞边。如的金属有少量变形，并逆着冲头运动的方向流动，形成纵向飞边。如果此时凹模的台模力不够大时，还可能沿凹模分模面处形成横向飞边。果此时凹模的台模力不够

22、大时，还可能沿凹模分模面处形成横向飞边。此阶段的变形力急剧增大。这个阶段的变形对多向模锻有害无益，是此阶段的变形力急剧增大。这个阶段的变形对多向模锻有害无益，是不希望出现的，它不仅影响模具寿命，而且产生飞边后，清除也非常不希望出现的，它不仅影响模具寿命，而且产生飞边后，清除也非常困难。困难。三通管接头的成形过程图多向模锻的设备和装置拉杆；2上横梁；3活动横梁；4侧向水平工作缸；5工作台。四工位模锻水压机影响多向模锻件成形质量的工艺因素p合模力的大小合模力的大小p坯料体积和模腔体积坯料体积和模腔体积p坯料的形状和尺寸坯料的形状和尺寸p坯料在模膛中的定位坯料在模膛中的定位多向模锻的优点 1)与普通

23、模锻相比，多向模级可以锻出形状更为复杂，尺小更与普通模锻相比，多向模级可以锻出形状更为复杂，尺小更加倍确的无飞边、无模锻斜度加倍确的无飞边、无模锻斜度(或很小模锻斜度或很小模锻斜度)的中空锻件，的中空锻件，使锻件最大眼度地接近成品零件的形状尺寸。从而显著地提高使锻件最大眼度地接近成品零件的形状尺寸。从而显著地提高材料利用率，减少机械加工工时，降低成本。材料利用率，减少机械加工工时，降低成本。 2)多向模锻只需坯料一次加热和压机一次行程便可使锻件成形，多向模锻只需坯料一次加热和压机一次行程便可使锻件成形，因而可以减少模锻工序，提高生产效率，并能节省加热设备和因而可以减少模锻工序，提高生产效率，并

24、能节省加热设备和能源，减少贵重金属的烧损、锻件表面的脱碳及合金元素的贫能源，减少贵重金属的烧损、锻件表面的脱碳及合金元素的贫化。一次加热和一次成形，还意味着金属在一火之内得到大变化。一次加热和一次成形，还意味着金属在一火之内得到大变形量的变形，为获得晶粒细小均匀和组织致密的铵件创造了有形量的变形，为获得晶粒细小均匀和组织致密的铵件创造了有利条件，这对于无相变的高温合金具有重耍意义。利条件，这对于无相变的高温合金具有重耍意义。 3)由于多向模锻不产生飞边，从而可避免锻件流线末端外露，由于多向模锻不产生飞边，从而可避免锻件流线末端外露，提高锻件的机械性能，尤其是抗应力腐蚀的性能。提高锻件的机械性能

25、，尤其是抗应力腐蚀的性能。 4)多向模锻时，坏料是在强烈的压应力状态下变形的，因此，多向模锻时，坏料是在强烈的压应力状态下变形的，因此，可使金属塑性大为提高，这对锻造低塑性的难变形合金是很重可使金属塑性大为提高，这对锻造低塑性的难变形合金是很重要的。要的。多向模锻的问题1)要求使用刚性好精度高的专用设备或在通用设备上附加专用的模锻装置；2)要求坯料的尺寸与质量精确；3)要求对坯料进行少、无氧化加热或设置去氧化皮的装置。（）径向锻造 径向锻造是在自由锻型砧拔长的基础上径向锻造是在自由锻型砧拔长的基础上发展起来的，用于长轴类件锻造的新工艺，发展起来的，用于长轴类件锻造的新工艺，用于锻造截面为圆形、

26、方形或多边形的等截用于锻造截面为圆形、方形或多边形的等截面或变截面的实心轴面或变截面的实心轴(图图a)、内孔形状复杂、内孔形状复杂或内孔细长的空心轴或内孔细长的空心轴(图图b)。径向锻造的工作原理利用分布于坯料横截面周围的两个或两个以上的锤头，对坯料利用分布于坯料横截面周围的两个或两个以上的锤头，对坯料进行高频率同步的锻打。进行高频率同步的锻打。 在锻造圆截面的工件时，坯料与锤头既有相对的轴向运动，在锻造圆截面的工件时，坯料与锤头既有相对的轴向运动，又有相对的旋转运动，在锻造非圆截面的工件时，坯料与锤头又有相对的旋转运动，在锻造非圆截面的工件时，坯料与锤头仅有轴向相对运动，而无相对的旋转运动。

27、仅有轴向相对运动，而无相对的旋转运动。滚柱式旋转锻造机原理1外环；滑块；3滚柱石；上锤头；5调整垫片；夹圈； 7主轴；毛坯。曲柄连杆式径向锻造机工作示意图径向锻造的变形特点p径向锻造是多向同时锻打，可以有效地限制金属的横向流动，提高轴向的延伸效率。p径向锻造是多向锻打，能够减少和消除坯料横断面内的径向拉应力，可以锻造低塑性，高强度的难熔金属，如钨、钼、铌、锆、钛及其合金。p径向锻造机的“脉冲加载”频率很高，每分钟在数百次甚至上千次以上，这种加载方式可以便金属的内外摩擦系数降低，使变形更均匀，更易深入内部，有利于改善锻件心部组织，提高其性能。p径向锻造时每次锻打的变形量很小，变形区域小，金属移动

28、的体积也很小。因此，可以减小变形力，减小设备吨位和提高工具的使用寿命。径向锻造的加工质量 由于径向锻机的工作精确度高、刚度大和每次锻打的由于径向锻机的工作精确度高、刚度大和每次锻打的变形量小，因此径向锻造的锻件可以获得较高的尺寸精度变形量小，因此径向锻造的锻件可以获得较高的尺寸精度和较低的表面粗糙度和较低的表面粗糙度冷锻时冷锻时尺寸精度为尺寸精度为(24)级级表面粗糙度为表面粗糙度为Ra(0.80.4)；热锻时热锻时尺寸精度为尺寸精度为(67)级级表面粗糙度为表面粗糙度为Ra(1.63.2)。锻件的表面粗糙度随坯料横截面压缩量的增大而降低。锻件的表面粗糙度随坯料横截面压缩量的增大而降低。 目前

29、径向锻造的锻件，其尺寸已达到相当大的范围。例如，在滚柱式旋转锻机上锻制的锻件，其直径从15mm(实心的)到320mm(管)，目前国内使用的径向锻机可锻最大直径为250mm 的实心件、最长达6m；世界上已有可锻最大直征为900mm 、长度达10m的径向锻机。径向锻造的加工范围径向锻造的锻件品种1)电机轴、机床主轴、火车轴、汽车、飞机、坦克上的实心轴和锥度轴，以及自动步枪的活塞杆等； 2)带有来复线的枪管、炮管和深螺母、内花键等有特定形状内孔的零件； 3)各种汽车桥管、各种高压储气瓶、炮弹、航家用球形储气瓶、火箭用喷管等需缩口、缩径的零件； 4)矩形、六边形、八边形以及三棱刺刀等异形截面的零件。

30、例如汽车吸振器的活塞杆和汽例如汽车吸振器的活塞杆和汽车转向柱，以前均是用实心棒料车转向柱，以前均是用实心棒料车削而成，现改用标准低碳钢管车削而成，现改用标准低碳钢管坯进行旋锻生产，前者每分钟可坯进行旋锻生产，前者每分钟可生产生产5件，杆端完全封闭，与实件，杆端完全封闭，与实心件相比，减重约心件相比，减重约40；后者；后者每分钟可生产每分钟可生产(2.53)件，减件，减重可达重可达70。（）摆动辗压 摆动辗压是20世纪60年代才出现的一种新的压力加工成形方法。它适于盘类、饼类和带法兰的轴类件的成形，特别适用于较薄工件的成形。摆动辗压工作原理摆动辗压的工作原理如图所摆动辗压的工作原理如图所示，圆锥

31、形上模的中心线示，圆锥形上模的中心线OO与与摆铀中心线成摆铀中心线成角，称作为角，称作为摆角。当摆轴旋转时，摆头的中摆角。当摆轴旋转时，摆头的中心线心线O绕摆轴中心线绕摆轴中心线OZ作旋作旋转，于是摆头产生回摆运动，与转，于是摆头产生回摆运动，与此同时，滑块此同时，滑块3在油缸作用下上在油缸作用下上升。这样，摆头的母线便在工件升。这样，摆头的母线便在工件上连续不断地滚动，局部地、顺上连续不断地滚动，局部地、顺序地对工件施加压力，最后达到序地对工件施加压力，最后达到整体成形的目的。由此可见，摆整体成形的目的。由此可见，摆动辗压是一种连续局部加载的成动辗压是一种连续局部加载的成形方法。形方法。摆头

32、(上模)；2 坯料； 3滑块；进给缸。摆辗时的变形区厚件摆辗时的变形区薄件摆辗时金属的变形和流动情况普通模锻与摆动辗压所需轴向力的比较摆动辗压的优点p省力，可以用较小设备成形较大的锻件因摆动辗压是局部加载成形工艺，因此，可以大大降低变形力。实践证明，加工相同锻件，其辗压力仅是常规锻造方法变形力的1/51/20。p产品质量高，可用于精密成形 由于是局部加载，可以建立比较高的单位压力如果工件较薄和模具的尺寸精度和光洁度很高时，可以得到精密尺寸的工件，表面粗糙度可达Ra(0.20.4)。p机器的振动及噪声小，工作条件较好典型摆辗零件法兰盘、铣刀坯、碟形弹簧坯、汽车后半轴、扬声器导磁法兰盘、铣刀坯、碟

33、形弹簧坯、汽车后半轴、扬声器导磁体、伞齿轮、端面齿轮、链轮、销轴等。体、伞齿轮、端面齿轮、链轮、销轴等。（）等温模锻和超塑性模锻 等温模锻是指坯料在几乎恒定的温度条件下模锻成形。为了等温模锻是指坯料在几乎恒定的温度条件下模锻成形。为了保证恒温成形的条件，模具也必需加热到与坯料相同的温度。保证恒温成形的条件，模具也必需加热到与坯料相同的温度。 等温模锻常用于航空、航天工业中钛合金、铝合金、镁合金等零等温模锻常用于航空、航天工业中钛合金、铝合金、镁合金等零件的精密成形，其原因有二：件的精密成形，其原因有二： 1)在常规锻造条件下，这些金属材料的锻造温度范围比较窄。在常规锻造条件下，这些金属材料的锻

34、造温度范围比较窄。尤其在锻造具有薄的腹板、高劝和薄壁零件件时，坯料的热量很尤其在锻造具有薄的腹板、高劝和薄壁零件件时，坯料的热量很快地向模具散失，温度降低、变形抗力迅速增加，塑性急剧降低，快地向模具散失，温度降低、变形抗力迅速增加，塑性急剧降低，不仅需要大幅度地提高设备吨位，也易造成锻件和模具开裂。尤不仅需要大幅度地提高设备吨位，也易造成锻件和模具开裂。尤其是钛合金更为明显，它对变形温度非常敏感钦合金等温模锻时其是钛合金更为明显，它对变形温度非常敏感钦合金等温模锻时的变形力、大约只有普通模锻变形力的的变形力、大约只有普通模锻变形力的1/51/10。 2)某些铝合金和高温合金对变形温度很敏感，如

35、果变形温度较某些铝合金和高温合金对变形温度很敏感，如果变形温度较低，变形后为不完全再结晶的组织则在固溶处理后易形成粗晶，低，变形后为不完全再结晶的组织则在固溶处理后易形成粗晶，或晶粒粗细不均的组织，致使锻件性能达不到技术要求。或晶粒粗细不均的组织，致使锻件性能达不到技术要求。等温锻造与常规锻造方法的区别 等温锻造常用的成形方法也是开式模锻、闭式摸锻和挤压等，它与常规锻造方法的不同点在于：p锻造时，模具和坯料要保持在相同的恒定温度下。这一温度是介于冷锻和热锻之间的一个中间温度，对某些材料，也可等于热锻温度。p考虑到材料在等温锻造时具有一定的粘性，即应变速率敏感性，等温锻造时的变形速度应很低。根据

36、生产实践，采用等温锻造工艺生产薄腹板的肋类、盘类、梁类、框类等精锻件具有很大的优越性。目前，普通模锻件肋的最大高宽比为6：1，一般精密成形件肋的最大高宽比为15：1，而等温模锻时肋的最大高宽比达23：1，肋的最小宽度为2.5mm，腹板厚度可达(1.52.0)mm。等温锻造模具图1下模板；2 中间垫板；3、8 隔热层；4、5 加热圈；凸模；7 上模板；9凹模；10顶杆；11垫扳。超塑性模锻 超塑性模锻也是在恒温条件超塑性模锻也是在恒温条件下成形，但是要求在更低的变形下成形，但是要求在更低的变形速度和适宜的变形温度下进行。速度和适宜的变形温度下进行。因此，要求设备的行程速度更慢。因此，要求设备的行

37、程速度更慢。而且超型性模锻前坯料需进行超而且超型性模锻前坯料需进行超塑性处理以获得极细的晶粒组织。塑性处理以获得极细的晶粒组织。（）精压 为了进一步提高招密成形锻件的精度和为了进一步提高招密成形锻件的精度和降低表面粗糙度，最终达到精锻件图的要降低表面粗糙度，最终达到精锻件图的要求，在锻压生产中常采用精压的方法。在求，在锻压生产中常采用精压的方法。在实际生产中，由于设备，模具和锻件的弹实际生产中，由于设备，模具和锻件的弹复量控制不准确，模具和坯料的热胀冷缩复量控制不准确，模具和坯料的热胀冷缩值控制不准确，模膛的个别部位不易充满，值控制不准确，模膛的个别部位不易充满，整个或局部模膛的磨损或变形，锻

38、件在取整个或局部模膛的磨损或变形，锻件在取出过程中可能有变形，采用局部塑性变形出过程中可能有变形，采用局部塑性变形工艺时工艺时(例如辊锻等例如辊锻等)变形区金属的流动规变形区金属的流动规律控制不够准确，使锻件尺寸精度较低。律控制不够准确，使锻件尺寸精度较低。因此，某些取件经初步精密成形后还需进因此，某些取件经初步精密成形后还需进一步精压。一步精压。精压件的加工质量表面租糙度钢件：(3.21.6)，铝合金件 ：(0.80.4)尺寸精度一般为(0.10.25)mm，精压的种类根据金属变形情况，精压时可分为根据金属变形情况，精压时可分为平面精压平面精压体积精压体积精压局部体积精压局部体积精压精压可以

39、精压可以冷态、温态和热态冷态、温态和热态下进行。下进行。平面精压平面精压是利用精压平板将模压件某些平面压到所要求的尺寸。平面精压用于精锻件的平面精整，但有时也用于一般模锻件。平面精压一般在精压机上进行，但也可以在冲床上进行。如果设计一套限程的装置，可以在摩擦压力机或液压机上进行。平面精压时的变形平面精压实质上是在二平板间的自由镦粗。精压时金属流动同样遵循镦粗时的金属变形规律。精压时的单位压力分布示意图平面精压时工件与模具的变形示意图提高精压件尺寸精度的工艺措施(1)降低精压时工件的平均单位压力降低精压时工件的平均单位压力q；措施：措施：1)采用热精压；采用热精压；2)适当地进行润滑；适当地进行

40、润滑；3)控制每次精压时的变形程度和精压余量。控制每次精压时的变形程度和精压余量。(2)减小精压面积；减小精压面积；(3)提高精压模的结构刚度和模板材料的硬度；提高精压模的结构刚度和模板材料的硬度；(4)其它工艺措施其它工艺措施（如采用带限程块的精压模、将精压模板的工作表面预先（如采用带限程块的精压模、将精压模板的工作表面预先做成小心带凸起的形状或将精压件的坯料预先做成中心凹陷的形状）。做成小心带凸起的形状或将精压件的坯料预先做成中心凹陷的形状）。体积精压 体积精压是利用精确模具对锻件的所有表面进行精压。体积精压时在锻件的全部体积内均发生塑性变形。体积精压的模具比初锻模具的精度高，表面粗糙度低

41、。因而对具有一定精压余量并经过清理的初锻件进行精压后，就可以获得表面质量和尺寸精度更高的精锻件。体积精压一般应用于精压截面形状复杂的中、小型零件，特体积精压一般应用于精压截面形状复杂的中、小型零件，特别适用于有色金届零件的精压。别适用于有色金届零件的精压。例如，某些铝合金精锻件，其尺寸精度和表面粗糙度要求很例如，某些铝合金精锻件，其尺寸精度和表面粗糙度要求很高，经体积精压后，型面不再机械加工。而一般模锻后达不到这样高，经体积精压后，型面不再机械加工。而一般模锻后达不到这样高的精度要求，因此，工件在初锻后需再进行体积精压，以达到精高的精度要求，因此，工件在初锻后需再进行体积精压，以达到精锻件图的

42、技术要求。锻件图的技术要求。又如斜锥齿轮的齿形复杂，精度和表面粗糙度要求高，仅采又如斜锥齿轮的齿形复杂，精度和表面粗糙度要求高，仅采用一次热精锻不能达到尺寸精度和表面粗糙度要求，而且模具寿命用一次热精锻不能达到尺寸精度和表面粗糙度要求，而且模具寿命很低。在热精锻后，进行温热很低。在热精锻后，进行温热(750850 )精压是保证锻件达精压是保证锻件达到尺寸精度和表面粗糙度要求的关键。到尺寸精度和表面粗糙度要求的关键。又如中、小尺寸的汽轮机叶片，在高速锤上挤压或辊锻后叶又如中、小尺寸的汽轮机叶片，在高速锤上挤压或辊锻后叶身部分的精度较差。如果随后再进行一次精锻，便可获得较高的精身部分的精度较差。如

43、果随后再进行一次精锻，便可获得较高的精度。精锻后的叶身可以仅少量切削加工或可直接进行抛光。再如挤度。精锻后的叶身可以仅少量切削加工或可直接进行抛光。再如挤压的铝管和钢管，出于凹模孔口的磨损，直径尺寸的偏差较大，轧压的铝管和钢管，出于凹模孔口的磨损，直径尺寸的偏差较大，轧制的钠棒直径偏差也较大，而如果在挤压或轧制后再增加一道拉拔制的钠棒直径偏差也较大，而如果在挤压或轧制后再增加一道拉拔工序进行整径，则可以获得较高的尺寸精度。工序进行整径，则可以获得较高的尺寸精度。体积精压的精压余量黑色金属：0.5mm左右；有色金属：(0.50.15) mm。如果精压的变形量较大时，可经过多次精压(黑色金属每次精

44、压前均需经过退火或正火)，最后一次精压余量必须取小一些，以保证锻件的精度。体积精压模具的飞边槽形状敞开式飞边槽封闭式飞边槽局部体积精压 整体精压时，变形抗力较大，需要较大吨位的设备，对模具的强度要求也很高。而实际生产中，有些精锻件仅部分尺寸精度要求较高，而另一些部位允许少量加工。对这样的锻件只需要局部体积精压就可以了。局部体积精压时，根据精压部位的具体形状和尺寸，采用恰当的精压方法，不仅可以较好地达到精度要求，而且可以有效地降低变形抗力，简化模具结构和提高模具寿命。有些锻件采用局部体积精压比整体精压具有更好的效果。高速锤挤压的叶片工艺3.3.3 精密塑性体积成形实例(1)直齿圆锥齿轮的精密模锻

45、(2)直齿圆柱齿轮精密模锻(3)同步齿圈的精密成形(4)汽车轮胎螺母的热挤、温挤和冷挤(5)深孔变壁厚锥形件的挤压成形(6)步枪枪管冷精密成形 (7)汽轮机叶片温热精压成形(8) LD5锻铝合金叶片等温精密成形(9)铝合金筒形机匣等温精密成形(10)镁合金上机匣等温精密成形(1)直齿圆锥齿轮的精密模锻 直齿圆锥齿轮的精密模锻获得广泛的应直齿圆锥齿轮的精密模锻获得广泛的应用。很多文献指出，精锻齿轮有连续的金属用。很多文献指出，精锻齿轮有连续的金属流线流线(沿齿廓合理分布沿齿廓合理分布)和致密的组织，轮齿和致密的组织，轮齿的强度，齿面的耐磨能力，热处理变形量和的强度，齿面的耐磨能力，热处理变形量和

46、啮合噪声等都比切削加工的齿轮优越。与切啮合噪声等都比切削加工的齿轮优越。与切削加工比较，精锻齿轮的强度和抗弯疲劳寿削加工比较，精锻齿轮的强度和抗弯疲劳寿命提高命提高20，热处理变形比切削齿轮减少，热处理变形比切削齿轮减少30，生产成本降低，生产成本降低20以上。并且认为，以上。并且认为，生产批量在生产批量在(300500)件以上，经济上件以上，经济上就是合理的。就是合理的。工艺过程p下料车削外圆，除去表面缺陷层(切削余量为(11.5mm)p加热精密模锻冷切边酸洗(喷砂)p镗孔、车背锥球面热处理喷九磨内孔、磨背锥球面。 精锻时，在燃油环形转底式快速少无氧化加热炉中加热坯料。精压时，把锻件加热到(

47、800900) ，用高精度模具进行热体积精压。采用精压工序有利于保证零件精度和提高模具寿命。某行星齿轮的零件图材料18CrMnTi行星齿轮精锻件图行星齿轮精锻模行星齿轮凹模行星齿轮上模 凹模采用预应力组合结构，模膛采用电脉冲方法加工，加工模膛用的电极根据齿轮零件图设计，并考虑下述因素：锻件冷却时的收缩，锻模工作时的弹性变形和模具的磨损，电火花放电间隙，电加工时的电极损耗等。凹模和凸棋材料采用3Cr2w8v钢，热处理硬度为HRc(4852)。该件在3000kN摩擦压力机上精锻，润滑剂采用70机油30石墨。精锻齿轮的尺寸精度和内部组织完全达到了设计要求。行星齿轮由切削加工改为精密成形后，材料利用率

48、由41.6提高到83，提高工效2倍。(2)直齿圆柱齿轮精密模锻工艺过程如下：p下料(热轧棒材)，除去材料表面缺陷p坯料防氧化加热到1000p预锻(制坯)p齿轮热精锻(4000kN摩擦压力机，水剂石墨润滑冷却)p余热退火p表面清理 (去氧化皮)，粗车内孔和齿轮端面p磷化处理(视需要)p齿面推挤精整(室温下，液压机，植物油润滑)，齿面单侧推挤余量厚度为(0.120.15) mm 。推挤后齿轮精度比推挤模型膛齿的精度低1级。直齿圆柱齿轮零件图直齿圆柱齿轮精锻件医齿轮热精锻模齿轮冷推挤模(3)同步齿圈的精密成形同步齿圈，材料为同步齿圈，材料为H62黄铜，该件形状黄铜，该件形状极为复杂，关键是凹槽的各个

49、面成极为复杂，关键是凹槽的各个面成90相相交，且无过渡圆角。这三个槽用切削方法交，且无过渡圆角。这三个槽用切削方法无法加工，而用压力加工方法成形则较简无法加工，而用压力加工方法成形则较简便。便。 同步齿圈可以用开式模锻的方法成形，同步齿圈可以用开式模锻的方法成形，也可以用闭式模锻的方法成形。两种成形也可以用闭式模锻的方法成形。两种成形方法都可以得到合格的零件，但开式模锻方法都可以得到合格的零件，但开式模锻时由于飞边损耗较大，材料利用率较低时由于飞边损耗较大，材料利用率较低.开式模锻的模具结构图闭式模锻的模具结构图(4)汽车轮胎螺母的热挤、温挤和冷挤汽车轮胎螺母零件田轮胎螺毋各种加工方法的材料利

50、用率热挤压工序图(a)坯料；(b)锻坯;(c)锻件。热挤压工艺流程1)冲床上剪切下料：冲床上剪切下料：坯料尺寸见上图坯料尺寸见上图 (a)。2)加热坯料：加热坯料：用中频感应炉将坯料加热到用中频感应炉将坯料加热到1200。3)预锻成形：预锻成形：锻坯尺寸如上图锻坯尺寸如上图 (b)所示。所示。4)热挤压：热挤压：在在100kN摩擦压力机挤压。最大变形摩擦压力机挤压。最大变形力为力为800kN。热挤压后获得上图。热挤压后获得上图 (c)所示所示的锻件。的锻件。热挤压模具热挤压冲头热挤压凹模（5）深孔变壁厚锥形件零件的挤压成形 零件材料为硬铝合金零件材料为硬铝合金LY11。该件下端。该件下端锥形角

51、度为锥形角度为25；锥体长度与直径比为；锥体长度与直径比为2，孔的深度与直径比为孔的深度与直径比为3，由于孔的深度进入，由于孔的深度进入锥形部位，使挤压件的壁厚由筒体向锥形锥形部位，使挤压件的壁厚由筒体向锥形部位逐渐变薄，圆筒部位的壁厚为部位逐渐变薄，圆筒部位的壁厚为5.7mm，锥形区域的最窄处只有，锥形区域的最窄处只有2mm。由于该件形状复杂，成形的难度较大，需由于该件形状复杂，成形的难度较大，需要两道工序才能挤压成形。要两道工序才能挤压成形。深孔变壁厚锥形件冷挤压工序略图(a)下料；(b)预成形；(c)一次挤压；(d)二次挤压。工艺过程p下料下料p氧化氧化p预成形预成形p退火退火p氧化氧化

52、p一次挤压一次挤压p清洗清洗p退火退火p氧化氧化p二次挤压二次挤压p淬火、时效淬火、时效p机械加工。机械加工。一次挤压模具二次挤压模具锥形成形模（6）步枪枪管冷精密成形 枪管是一种厚壁空心管件，它由线膛、弹膛、外表面三部分组成。枪管外表面为一锥形外圆，其上有四个圆柱部位用于与四个零件配合。装配部位采用磨削加工，外表面应保证一定的尺寸精度和租糙度。枪管内膛受到高温、高压和弹丸的摩擦冲击作用，因此枪管材料应具有一定的机械性能和耐磨、耐蚀性能。金相组织要求均匀、细密、品粒度(46)级，有良好的加工性能。枪管材料为50BA，抗拉强度b为(8001000)MPa，延伸串不小于8。工艺过程p 热锻枪管头部

53、p打深孔p挤压光膛p调质处理p车外圆锥度p精锻p去应力回火p机加工弹膛。技术经济效益 冷相接枪管工艺与切削加工为主的旧工艺相比，有很大的技术经济效益。(1)节省枪管材料1520。如采用无缝钢管可以节省2530。(2)提高了枪管的强度和使用寿命。枪管经冷精锻后，纤维分布连续，组织均匀、细密，机械性能提高510。增加了耐磨和抗蚀性能。(3)降低加工工时2530，减少加工设备2025，采用无缝钢管作坯料时设备减少更多。 (4)工件精度高。外径公差0.19mm，表面粗糙度Ra(1.60.8)，内径公差 0.005mm，表面租糙度Ra (0.40.2)。(5)节省劳动力2030。操作精锻机不一定要高技术

54、水平的工人。由于工序减少，相应的工装、刀、夹、量具节省3035。（7） 汽轮机叶片温热精压成形 汽轮机第29级直叶片，原来采用方坯铣削加工，材料利用率很低。后改为在高速锤上挤压成形。由于挤压凹模的孔口圆角很易磨损和变形，另外，模锻时两半模在高度方向常产生错移，锻件的尺寸精度较差，机加工时废品率较高，有时高达40。后来增加了一道精压工序，使成品率大幅度提高(达到98)，采用该工艺后不仅叶片的型面精度高，而且叶片的组织和综合机械性能均有较大提高。叶片的精锻件图（材料为1Crl3和2Crl3） 20万kW汽轮机第2级9级直叶片温热精压成形工艺流程1)锯料：下料长度公差1.50mm；2)清理：喷砂，磨毛刺；3)锻造；加热温度为(115020) ，采用200kNm高速锤4)回火：温度(680720)；5)清理：除飞边、喷砂；6)精压过渡四角：温度为(650 680) ；7)磨抛：磨抛叶片内弧表面；8)精压叶片内弧：温度为(650 680) ；9)去应力回火：温度为(6