高能率及其他成形

1、高能率成形1高能率高成形 高能率高成形（又称高速成形）是利用炸药或电装置在极短的时间里释放出的电能或化学能，通过介质以高压冲击波作用于坯料，使其产生变形和贴模的加工方法。常见的方法有：爆炸成形、电液成形、电磁成形及高速锤成形等。采用高速成形可对坯料进行拉深、翻边、胀形、起伏、弯曲、冲孔等冲压工序，而且工件精度高并能加工一些难以加工的金属材料。 2高能率成形特点与适用范围 高能率成形是一种在极短时间内释放高能量而使金属变形的成形方法，主要包括：（1）利用高压气体使活塞高速运动来产生动能的高速成形（2）利用火药爆炸产生化学能的爆炸成形；（3）利用电能的电液成形；（4）利用磁场力的电磁成形。特点：1

2、）模具简单，仅用凹模即可成形，节省模具材料，缩短制造周期，降低成本；2）零件精度高，表面质量好，因其为高速贴模，气液传力3）提高材料的塑性变形能力；4）利于采用复合工艺，把多道次工序一次完成，缩短生产周期，降低成本。3除共同特点外，各成形方式还用如下特点：爆炸成形：（1）设备简单；（2）适用于大型零件成形。电液及电磁成形：（1）设备通用性强，维护简单；（2）能量易于控制，有利于实现机械化和自动化。 高能率成形方法的应用（1）板材成形：可完成板材的多种加工工序；（2）联接及装配：可用于管-管联接、管-杆联接、管-板联接等；电磁成形可进行零件的铆接；（3）焊接：高能率成形，尤其是爆炸成形可使两种金

3、属间形成牢固的连接，用以制造多层金属板或金属管。 此外还可用于粉末压实、震动剥离、表面强化等。4爆炸成形 爆炸成形是利用爆炸物质在爆炸瞬间释放出巨大的化学能对金属毛坯进行加工的高能率成形方法，特别适用于板材的拉伸、胀形、校形等工艺以及焊接、表面强化、粉末压实等。成形过程：爆炸时，爆炸物质的化学能在极短时间内转化为周围介质（空气或水）中的高压冲击波，并以脉冲波的形式作用于毛坯，使其产生塑性变形。工艺参数：1.药形：球形、柱形、锥形及环形等。药包形状决定其产生冲击波的波形，是保证爆炸成形顺利进行的重要因素之一，应根据成形零件变形过程所要求的冲击波阵面形状来决定。52.药位：炸药与毛坯之间的相对位置

4、.它与药形的正确配合是获得所需冲击波阵面形状的保证。药包中心点应与零件的对称轴线重合，距坯料表面距离适度。3.药量：过小，无法成形；过大，可导致零件或模具损坏。通常根据经验先估算，然后逐步加大药量直至适度。对于球形装药，可用下式估算：6成形装置 可分为无底凹模和有底凹模。无底凹模成形属于自由拉伸，零件精度低，但装置结构简单；有底分为抽真空和自然排气两种。自然排气的排气孔应设在毛坯最后贴模部分，分为自由界面、加水帽及加反射板结构。 水桶材料为2030mm厚的钢板，可放于地面或作成爆炸井。7爆炸成形 爆炸成形是利用化学能在10-1210-7s的时间内转换为冲击波能量，并以脉冲波的形式作用在坯料上，

5、使其产生塑性变形的加工方法。8二、其他塑性成形方法（1）爆炸成形9电液成形 电液成形是利用液体中强电流放电所产生的强大冲击波对金属进行加工的一种高能率成形方法。 电液成形时能量易于控制，成形过程稳定，装置通用性强，但设备容量较小，电液成形的效率（工件变形功与电容器放电能之比）低，目前还只限于中小零件的加工。 成形原理：由充电回路及放电回路组成。 放电室：由水箱、放电电极及模具组成。1.电极形式：对向式、同轴式、活动式及平行式。2.电极间隙：其大小直接影响冲击电流的波形、压力峰值及成形效果。在确定条件下，对应于零件最大变形量的电极间隙称为最佳间隙。最佳间隙(mm)与电压U(kV)间的关系为： =

6、4+0.9U10113.电极位置：电极在液体介质中的位置，由水深和吊高决定。相对静压（对同一变形深度所需的静压力）与吊高的平方成反比。吊高过小，压力分布不均，影响成形效果。为避免点击对工件放电，吊高不能小于间隙的1/2.电爆成形 将放电电极用金属丝连接起来，在电容器放电时，强的脉冲电流会使金属丝熔化并蒸发成为高压气体，在介质中形成冲击波而使板材成形。 与电液成形相比，有如下特点： 放电过程稳定，可降低泄漏损失，提高成形效率；可改变放电弧道，控制冲击波形状和压力分布；提高冲击波压力等。12电磁成形 电磁成形是利用磁场力使金属坯料变形的高能率成形方法。电磁成形无需加压介质，可在真空或高温条件下成形

7、，能量易于控制，成形过程稳定，再现性强，生产效率高，易于实现机械化自动化控制，适用于板材、管材的胀形、缩口等，也可用于金属件与非金属件的压合。成形原理 与电液成形相比，其放电元件不同：电液成形的放电元件为水介质中的电极，电磁成形的放电元件为空气中的线圈。板材电磁成效率为1040. 电磁成形时也可不用线圈放电，而是使电流直接通过工件使其变形。13电磁成形 首先，绕在坯料上的线圈由于脉冲电流作用，将产生一个交变磁场；相应地，坯料内产生感应电流，感应电流产生的磁场与线圈磁场相互作用，线圈和坯料之间就出现斥力，最终导致坯料以较大的运动速率和模具贴合而成形。14工艺特点1.易实现对各种工艺参数和成型过程

8、的控制，从而实现生产过程的机械化和自动化；2.成型速度快，生产率高；3.电磁成形工艺无摩擦，无润滑剂，节省工序，无污染；4.电磁成形机没有运动部分，维护简单，不会出现机械压力机超载等问题；5.工装及模具简单，费用低；6.可以实现金属与非金属零件的联接与装配；7.与刚性模具相比，零件表面不受损伤，避免局部过薄；8.特别适用于良导体材料；9.成形后零件精度高，残余应力低，形状冻结性好，产品质量和寿命高。15适用范围：缩颈、胀形、翻边、冲孔、切断、铆接、粉末压实等1.管坯缩径 将工件置于线圈内，脉冲磁力向内压缩而使工件成形的工艺方法。由于变形均匀，硬化不显著，因此塑变能力可提高3070；可用集磁器调

9、整磁场分布状况，从而使一个线圈能完成多种尺寸的管件。2.管坯胀形 将工件置于线圈外，脉冲磁力向外压缩而使工件成形的工艺方法。3.平板毛坯成形 平板加工线圈的磁场分布是很不均匀的，径向分量在加工线圈中心部分很小，此处工件易产生冲压不足的情况；线圈匝数越多、间隙越小、电容量越大、充电电压越高，最大变形深度越大。16工艺设计1.工作线圈：是把电能转变成磁场能，是毛坯产生塑性变形的关键元件。工作线圈的结构尺寸应使其尽量靠近成形毛坯。线圈应具备如下特点：1）可高效率的把电能转变成毛坯的塑性变形功；2）有足够的强度及可靠的绝缘性；3）适宜的放电频率；4）必要的冷却。2.集磁器：当变形范围较小时，可采用集磁

10、器使磁场强度集中在变形部分。3.模具：可用金属材料或非金属材料（批量小或成形材料较软时），并设足够的排气孔，同时避免使用高导电材料。4.驱动片：对于导电性较差的材料，为提高其成形效率，可在成形毛坯与工作线圈间放一驱动片。其厚度要适宜。17 电磁成形设备 组成：1.高压电源系统：其作用是将电压升压、整流后，将电能储存到电容器中；2.放电回路系统：使充电的电容器对负载冲电进行电磁加工3.触发电路系统：接通放电电路进行加工；4.安全保护系统：5.控制系统：使整个装置的各部分能按预定的程序动作，同时控制设备的安全。 电容器的储存能量为：W=CU； 设备能量： w=A/； C电容器的电容量（F）；U电容

11、器的冲电电压； A变形功（J）； 效率。18特种轧制及其他成形方式19 轧 制 轧制最早在16世纪后期发展起来，目前约有90的金属材料涉及轧制工艺。 轧制的基本操作是平板轧制，即简单轧制，轧出来的是平板和薄板。平 板轧 制薄 板厚 板大锅炉支撑反 应 容 器坦 克 装 甲波音747蒙皮饮 料 罐香 烟 铝 箔300 mm150 mm100125 mm1.8 mm0.1 mm0.008 mm 6 mm20 通过铸造方法得到的金属坯件大多不能直接使用，还需要进一步的加工成形，如轧制、挤压、拉拔等。 压力加工是指在不破坏金属自身完整性的条件下，利用外力作用使金属产生塑性变形，从而获得具有一定形状、尺

12、寸和机械性能的毛坯或零件的加工方法，也称位塑性成形或塑性加工。21 轧制概述： 极限轧制量：极限轧制量：其中：为轧辊与工件之间的摩擦系数 22为减小轧制力，可采取的措施有：1、减小摩擦力；2、用半径小的轧辊；3、减小轧制时的压下量；4、提高轧制温度。提高咬入能力措施：1、小头咬入；2、端部划痕；3、加后推力。23 轧件的组织变化：24 轧机的轧辊数： 轧机有不同的轧辊配置，如：二辊式、三辊式、四辊式、多辊式和串连式等，可以对材料施加前张紧力或后张紧力，以提高工艺可行性或减小轧制力。25 热轧和冷轧（按轧制温度分类） 热轧是将材料加热到再结晶温度以上进行轧制，热轧变形抗力小，塑性较差或变形量大，

13、生产效率高，适合轧制较大断面尺寸，塑性较差或变形量较大的材料。26 冷轧是在室温下对材料进行轧制。与热轧相比，冷轧产品尺寸精度高，表面光洁，机械强度高。冷轧变形抗力大，适于轧制塑性好，尺寸小的线材、薄板材等。现代化的连续轧制生产线27 根据轧辊轴线与坯料轴线方向的不同，轧制可分为纵轧、横轧、斜轧和楔横轧。 轧制的主要工艺类型 轧辊轴线与坯料轴线方向垂直。工字钢的轧制过程 纵轧：28固定芯杆移动芯杆无芯杆芯杆凹轧辊几种常见的管材轧制工艺29 横轧：轧辊轴线与坯料轴线方向平行。横轧与轧件的典型横截面示意图30 斜轧：轧辊轴线与坯料轴线方向互成一定的角度。 31 在轧制过程中，金属棒料在轧辊间螺旋型

14、槽里受到轧制，并被分离成单个的小球，轧辊每旋转一周即可轧制出一个钢球。32轧制时坯料径向尺寸减小，长度增加金属变形过程 楔横轧主要用于加工阶梯轴、锥形轴等各种对称的零件或毛坯。 楔横轧：利用两个外表镶有凸块并作同向旋转的平行轧辊对沿轧辊轴向送进的坯料进行轧制的方法。 33 流线组织：CastingMachiningForging 锻件相对铸件和机加工零件，有更高的强度和韧性。3435成 形1）定义： 成形是利用局部变形使坯料或半成品改变形状的工序。该工序常用于形成刚性筋条，或增大半成品内径（胀形）。模 压 成 形36充液拉伸：在凹模中充满了液体，利用凸模（带动板料）进入凹模时所建立的反向液压而

15、成形的方法。特点：1.由于反向液压的作用，使板料与凸模紧紧贴合，所以拉伸件内测精度提高；同时，由于产生“摩擦保持效果”,缓和了板料在凸模圆角处的径向应力，提高了传力区的承载能力；2.在凹模圆角处，板料不直接与凹模接触，而是与液体接触，所以此处无摩擦应力；3.由于反向液压的作用，使板料的变形处于压应力值较高的应力状态，提高了变形能力；4.成形过程中，凹模圆角半径由大变小，降低材料通过凹模圆角时的弯曲变形阻力，提高了成形性能。5.零件表面不易划伤；6.由于凹模可以简化，模具费用大为降低。374）凹模圆角半径：数值越大，成形极限越高；但当其值较小时，易与凹模圆角形成密封，使液压升高。5）凸模圆角半径

16、：数值越大，成形极限越高，但达到某一值时，继续增大对成形极限无影响。充液拉伸工艺1）筒形件的充液拉伸 采用不锈钢材料，一次可拉伸的拉伸比高达3.36，而普通拉伸为2.31，减少了拉伸道次或直接一次成型。2）凸模圆角为零的筒形件充液拉伸 SPCC板材用充液拉伸法成功地拉伸成清角筒件，其拉伸比可达2.4左右。3）锥形件拉伸 可一次性拉伸铝、不锈钢等材料的圆锥形、方锥形件。4）带反向预胀形的成形 此法可提高成形深度，而且壁厚均匀，已成功拉伸出深锥形件。38缺点：1）设备比普通冲床复杂、昂贵，使用、维护、保养比较困难；2）由于充液需要时间，故生产率较低。适用范围：生产批量不大、质量要求较高的深筒件、锥

17、形、抛物线形等复杂曲面零件及盒形件的成形。影响充液拉伸的因素：1）加压方式：自由增压与强制增压；2）压边力：起皱、拉裂；充液拉伸时的压边力过小时，也会产生断裂，因为摩擦效果不足。压边力过高，可导致一些软材料在凹模圆角处反向胀裂。一般取刚性压边圈与凹模面之间的间隙为1.1倍的料厚左右；3）溢流阀所调定的压力p：随着液压力调高，成形极限增大；但压力过高时，易在凹模圆角处产生反向胀裂，同时，从经济角度来说不合理。395）简单圆凹模成形复杂件 如对内表面要求很高的灯罩，以往采用旋压法加工只能是抛物面、锥面等轴对称件，采用充液拉伸法可加工异型面。此外，适合加工航空领域用零部件、汽车零部件等充液拉伸新工艺

18、1）带径向液压的充液拉伸法 板周多了径向压力，降低传力区负荷，从而增加了变形程度，同时双面润滑液有利于提高变形程度。2）外周带液压的充液反拉伸 该法拉伸超深筒形件极为有效。3）充液变薄拉伸 分为反向、正向及双向变薄拉伸。4）充液内孔翻边 此方法可以直接得到很高的竖边。40液压胀形 用液体取代凸模在凹模内成形，用于大中型零件的胀形。胀形时的液体压力可按下式计算：对于管状零件：41液 体 胀 形胀形42几种典型的液压胀形工艺1.T形管液压胀形 通常用于管接头的制作，当胀出高度较大时，应在管轴向加推力，以提高变形程度。2.波纹管液压胀形 用可移动半环模，原始节距可按零件母线的展开长度初步估算。3.薄壁封头类零件液压胀形4.球形容器整体无模胀形 传统方法是先成形、后焊接，新方法是先焊接、后胀形。43聚氨酯成形 利用聚氨酯在加压时所表现出来的高粘性流体性质，把它作为凸模或凹模的板料成形方式。聚氨酯取代传统天然橡胶，其优点在于：1）硬度高，弹性大，但使用状态及形状对其压缩应力、应变曲线影响较大；2）抗拉强度与