精密成形(辊锻)

精密成形与特种锻造工艺主讲人:辛选荣精密成形与特种锻造工艺

＊绪论

上册:迴转加工部分

§1辊锻工艺§1-1辊锻工艺概述§1-2辊锻机类型§1-3辊锻变形基本原理§1-4辊锻制坯型槽§1-5成形辊锻

精密成形及其特种锻压技术

§2楔横轧工艺§2-1楔横轧工艺概述§2-2楔横轧机类型§2-3楔横轧运动分析§2-4楔横轧孔型设计

目录

§3特种轧制§3-1斜轧:麻花钻.丝杠.钢球§3-2辗轧扩孔与精密辗扩§3-3横向纵轧

§4旋压工艺普通旋压变薄旋压复杂旋压§5摆动輾压§5-1摆动輾压概述§5-2摆动輾压工作原理§5-3摆輾工艺的典型工序§5-4摆輾工艺特点

中册：特种成形技术特例－齿轮及花键成形工艺§6-1齿轮轴冷打技术－旋锻§6-2花键轴纵轧技术§6-3花键轴横轧技术§6-4花键轴冷拔技术§6-5花键轴冷挤技术§6-6齿轮冷精锻技术

下册：特种工艺部分

§7精密模锻§7-1精密模锻的概念§7-2精密冷锻§7-3精密热锻和精密温锻

§8超塑性成形§9液态模锻与半固态成形§10等温模锻§11多向模锻§12粉末锻造§13电热镦锻§14精密冲裁

§15--1旋转锻造的概念§15-2旋转锻造的工艺设计§15-3旋转锻造的工具设计绪论

成形之前冠以“精密”二字目的是表示与普通成型工艺的区别，锻造工艺前冠以“特种”二字目的也是表示与普通锻造工艺的区别。特种锻造工艺是针对普通锻造工艺在下料、加热、锻造方面所存在的问题加以改进而形成的新工艺，它除了具有普通锻造工艺所具有的一些主要特点外，还有其自身的特殊性，这些特殊性概括起来有以下三个主要方面：

1.变形力量小，可以在小设备上干大活。迴转加工部分就是利用迴转工具以连续的局部变形取代普通锻造工艺中的整体变形，从而使变形力降低几倍到几十倍，在小设备上干出大活。2.锻件精度高，加工余量小，节约金属。

甚至完全取代常规的车铣刨磨等有屑加工,节约工时,像精密锻造、粉末锻造，以及等温模锻等常可以锻出复杂的高精度光洁度的锻件。甚至利用特种锻造工艺锻出常规切削机床所无法加工的零件，如异型盲孔、凸台等。3.工序简单，生产效率高，能满足零件的特殊要求

电热镦锻可以锻出长径比很大、用平锻聚料需聚很多次的大头细长杆类锻件。超塑成形和液态模锻等工艺也可大大简化普通锻造锻多次才能成形的锻件。

以上三个方面是特种锻造工艺的主要特点，其他特点还有噪音低、振动小、劳保条件好等。锻造工艺不一定全部满足上述三个方面，满足其中之一的锻造工艺即可划入特种锻造的范畴。

此外，以上三个方面决定了特种锻造工艺均适合于大批量生产而不适合于单件小批量生产，有些甚至是专门锻造某种或某类锻件的，专用性强，因此也常把特种锻造工艺称为专门锻造工艺。

这些工艺都是处于不断发展中的新技术，其设备和工艺有待于完善，实际使用的需要承担一定的技术风险，有一定局限性。

特种锻造工艺所包含的内容很多，本课程旨在让同学们了解特种锻造的原理、工艺特点、发展状况，以开阔同学们的视野，而不是为了专门研究掌握某种锻造工艺。因此，本课程是以原理、工艺过程及其特点的叙述为主，除一些常用的工艺外，一般对具体的工艺参数不作深入细致的讲解。上册：迴转加工部分§1-1概述

辊锻---通过一对装有扇形模块的旋转锻辊上的型槽作用，使坯料产生塑性变形，从而获得所需的锻件或锻坯。

§1辊锻1.辊锻工艺特点（1）连续静压，小设备上干大活（2）生产率高，对厂房、地基要求低（3）劳动条件好,易于实现机械化、自动化

＊局限性：适用于长轴类和板片类锻件2.辊锻的分类和应用

（1）制坯辊锻：相当于模锻前的拔长、滚挤制坯

（2）成形辊锻：

1）直接终成形有毛边（切）无毛边

2)基本成形辊后整形（变形程度高于模锻中的预锻）

3）一部分形状直接辊锻成形，而另外一部分采用模锻或其它工艺成形另外还分冷辊和热辊两种

较直§1－2辊锻机的类型1.悬臂式操作方便2.双支承式冷辊制坯热辊

3.复合式同时有悬臂和双支承两种可布置较多的形槽§1－3辊锻变形的基本原理一.辊锻时坯料的咬入1.简单轧制时的咬入：简单，不考虑型槽只能平辊为研究对象(1)开始咬入阶段为:咬入条件：µрcosα>рsinα即μ>tgα即摩擦角

β=arctgμ>α

(2)已经咬入阶段:受力中心在受力弧段的中间进入稳定的轧制阶段咬入角将为α/2极限咬入角变成αmax=2β

实践表明:稳定轧制时μ有所降低,一般咬入角αmax=（1.3～1.5）β

β为摩擦角2.在型槽中辊锻时的咬入特点:①在型槽中辊锻时的两种咬入方式:

(a)相当于简单咬入(b)侧壁首先接触咬入

②侧壁接触首先咬入条件

α<(1/cosθ)β

θ—型槽侧壁与锻辊轴线夹角显然θ越大,对咬入越有利.3.强化咬入的方式

①中间咬入

ⅰ需较大的力量:否则咬不下去ⅱ要满足稳定轧制阶段的摩擦条件,否则咬入后也不能继续辊

③其它方式:夹砂;刻痕增加μ初辊开坯,要用粗糙的辊面

②强制咬入多道次成形辊锻时,利用已有的坯料凸起实现强制咬入.(相当于中间咬入)二.变形区内金属的流动

变形区内金属的流动与锤上弧形砧拔长相似，有横向和纵向流动.

1.前滑和后滑

νg—锻辊线速度出口端金属流动速度ν出>νg--前滑入口端金属流动速度ν入<νg--后滑

前滑现象使坯料比型槽长，因此应有意地将型槽作短些

缩短率s＝（L锻-L辊）/L辊

前滑率s＝（ν出-vg)/νg

生产中一般不考虑后滑影响

影响前滑的因素：①εh↑s↑②μ↑s↑③当料温高于700ºC时,温度↑,s↑④D辊↓s↑⑤坯料高而突时s↓展宽量↑⑥型槽形状的影响：限制展宽的型槽有利于前滑有利于展宽的型槽不利于前滑⑵影响展宽的因素:与前滑的影响因素恰好相反(Δb)2.横向展宽及其影响因素⑴展宽的形式限制展宽;自由展宽;强迫展宽.

影响展宽的因素

①εh↑Δb↑（这一点不相反）②μ↑

Δb↓③Δb↓④Δb↓

⑤Δb↑⑥型槽形状的影响：

限制展宽的型槽不利于展宽有利于展宽的型槽有利于展宽影响前滑的因素：①εh↑s↑②μ↑s↑③当料温高于700ºC时温度↑,s↑④D辊↓s↑⑤坯料高而突时s↓展宽量↑⑥型槽形状的影响：限制展宽的型槽有利于前滑有利于展宽的型槽不利于前滑

由于后滑和咬入运动的特点，辊锻件的前壁属于难成形区，后壁属于易成形区,为了让前后壁都充满，将一道型槽反向布置，在该道次中将锻件掉头送入，使得原来的前壁变为后壁送入.三.辊锻件的前后壁轮廓及其成形过程§1－4制坯辊锻工艺及型槽设计一.辊锻毛坯的设计１．绘制计算毛坯图①具体做法同锻模设计一样F计＝Fd＋2ηFm对辊锻η＝0.1～0.5②杆部与头部过渡区段的斜度一般取45º～60º，并按体积不变原则将曲线改为直线过渡区段长度：L=0.5～0.86

2.选择毛坯杆部的截面形状根据模锻时的成形要求，可以选成方形、菱形、圆形、椭圆形、工字形等。

二确定辊锻道次1.求总延伸系数λZλZ=F0/FminF0—原毛坯的截面积（按辊锻毛坯的Fmax再加上烧损量确定）Fmin—辊锻毛坯的最小截面面积

2.求辊锻道次λZ=λ1…λn=n=lgλz/lgλpλp—平均延伸系数：一般在1.4～1.6范围内选取λp与型槽系有关料易放稳，拔长系数大λp可达到1.8～2

②椭圆--圆形槽系

型槽加工容易，寿命高，制坯料质量好，但辊锻稳定性差，延伸系数小，一般不超过1.4～1.5三.型槽系的选择

1.型槽系及其特点①椭圆—方形槽系③菱—方形槽系能得到准确的方形截面，沿型槽宽度上变形分布均匀，允许的λp较大，在1.4～1.8，稳定。④矩形（箱形）型槽系⑤六角—方形槽系2.型槽系的选择

型槽系的选择应考虑的问题

①从有利于模锻成形出发：可以选择方形、圆形、矩形、或椭圆形毛坯辊锻型槽的最后一道应保证毛坯形状

②从减少变形次数或能够在一个锻辊上布排完所需型槽考虑应尽量减少辊锻道次，采用延伸系数大的型槽系

③考虑坯料在型槽中的稳定性问题例如，椭圆截面坯料进入方形型槽就比进入圆形型槽稳定性好3.变形量的选择

坯料截面的轴长比或高宽比对变形量和稳定性都有很大的影响（b/h）.①压下量越大，b/h↑λ↑但转90º送入下道次辊时，稳定性也越差②b/h越大，则转90º在下道次辊时允许的压下量越大，有利于延伸③极限轴长比b/h椭圆料进入方形5.03.52.52.5矩形箱形，无夹持2.0矩形箱形，有夹持2.5四.延伸系数分配及各道毛坯截面积计算λz=F0/Fn=···=λ1·λ2···λn计算各道毛坯截面积，先要确定λλ确定方法有：图解法和经验分配法不外乎是先确定总的λz和型槽系，然后不同的型槽允许的λ不同，在λ允许的范围内选取五.型槽横向尺寸的确定由F0和λ1可以定出第一道型槽的横向尺寸型槽充满系数取0.85～0.95：F1=F0/λ1由F1和λ2可以定出第一道型槽的横向尺寸设计时找资料，有具体的计算公式F2=F1/λ2

所得的F1,F2按面积不变（F1/0.9,F2/0.9)换算成方形，椭圆形型槽六.型槽纵向尺寸设计