特种锻造技术工艺培训课件

特种锻造技术工艺

1.多向模锻

2.回转塑性成形

2.1辊锻

2.2辗环成形

2.3楔横轧

多向模锻

工艺特点

是在多向模锻液压机上进行分模模锻的一种精密锻造技术，用一个或几个冲头使坯料在可分凹模中成形的模锻工艺，其变形原理实质上是复合了挤压与模锻，且以挤压变形为主。其特殊形式是分模模锻、闭塞锻造。

特点：

1）可以获得无飞边、无模锻斜度（或有局部小斜度）、带有多个枝丫、凸台和孔腔的复杂形状锻件。

2）锻件内在质量高。

3）坯料形状简单，成本低。火次少，通常为单模腔、一火成形，能耗低，模具投入少，生产率较高。

4）应用范围扩大到温度窄、塑性低的材料。

5）模具结构简单、使用寿命长。

传统模锻，飞边达锻件质量的15～30%。以阀体为例，改用多向模锻，不仅能大大降低飞边的金属消耗，还可锻出无模锻斜度或斜度很小（1～3°）的深孔件，公差和余量可减少1/3～1/2，并能锻制其他难以成形的复杂形状的精密锻件，材料利用率从25～70%提高到50～85%。

材料利用率提高、锻件尺寸精化，切削加工量减少40～60%，能耗降低。

模锻工步少，生产率提高25～50%。

不需要切边工序，易于实现机械化和自动化。

多向模锻件与普通模锻件的经济效益对比锻件名称模锻类型完成锻件工序/道零件重量/kg锻件重量/kg坯料重量/kg材料利用率/%机械加工工时/h下套筒普通模锻190.768.8010.07.603.08ˊ多向模锻85.055.1214.92.38ˊ喷管普通模锻132.06.108.8922.53.52ˊ多向模锻74.224.3246.33.12ˊ大外筒普通模锻1.7510.3010.8016.334ˊ多向模锻5.025.2033.732.30ˊ小外筒普通模锻0.835.105.3515.534ˊ多向模锻3.133.2025.932.30ˊ球形接头普通模锻220.973.475.1318.945ˊ多向模锻92.02.0547.319ˊ缸体普通模锻0.4513.715.229.6多向模锻8.18.751.7典型零件

多向模锻压机核心结构图

机架采用整体框架结构，上横梁装有垂直缸，工作台两侧各装有一个水平缸。根据多向模锻工艺的需要，有的压机还装有垂直穿孔缸、顶出缸。国外多向模锻压机

美国CameronIron公司的180MN板框组合结构多向模锻水压机正在生产核电设备上的大型三通锻件。

美国CameronIron公司的100MN多向模锻压机

在美国除了CameronIron公司外，其他公司还安装了36MN、72MN、315MN多向模锻水压机各1台；在前联邦德国安装了1台单缸300MN多向模锻水压机，在前苏联安装了20MN、50MN、100MN、500MN多向模锻水压机各1台。

前苏联成系列生产了1.6MN、3.5MN、4MN、6MN、10MN、20MN小型多向模锻液压机。

美国Ellwoodtexasforge公司的110MN多向模锻压机以及该压机生产的模锻件。我国最新研制的多向模锻压机

清华大学与中冶京唐合作研制的40MN、120MN多向模锻压机，以及6”核燃料真空阀体。经检测，主要机械性能提高30%，节约加工工时50%以上。

3）二重的200MN多向锻压机，主要用于航空领域多向模锻件的生产。

4）南京迪威尔已订购一台200MN多向模锻压机，主要用于陆地及水下采油树锻件的生产。该压机由weipuke-panke设计，机械部分国内制造，液压系统、电气系统系weipuke-panke总包，2016年年底投产。

5）天锻28MN多向模锻压机，2012年出口美国，主要用于石油钻杆接头的生产。

28MN多向模锻压机以及石油钻杆接头回转塑性成形

工艺特点

回转塑性成形——在材料塑性成形过程中，模具与工件两者均回转，或其中一方回转使零件坯料变形的方法。由连续的局部变形累积完成全部成形。

分类

回转成形工艺包括：辊锻、辗环、楔横轧、螺旋孔型斜轧、摆动辗压等。

回转塑性成形——辊锻

辊锻

金属坯料在两个相对旋转的扇形模中通过而产生塑性变形，是成形轧制（纵轧）的一种特殊形式。

辊锻前辊锻后

前梁

曲轴

连杆具有高效、节能、环保等特点，属于国家重点推广的新技术之一，尤其是精密辊锻技术，主要特点包括：

1）生产率高。

2）劳动条件好，容易实现机械化与自动化。

3）节约材料～20%，降低成本15～20%。

4）实现小设备上干大活。

5）设备重量轻、冲击、噪声振动小、不需要高大厂房和庞大的基础。

6）模具寿命高，可达5万件。

7）锻件金相组织、纤维流线好、疲劳寿命高。

国外在汽车、拖拉机以及日用五金等行业，对连杆、曲轴、前梁、叶片、板手等长轴类锻件，广泛采用辊锻工艺制坯。辊锻机

按锻辊结构分：悬臂式辊锻机、双支承式辊锻机、复合式辊锻机三类。

悬臂式辊锻机——刚性差，适合于制坯辊锻。

双支承式辊锻机——刚性好，用于各种目的的辊锻。

复合式辊锻机——将上述两种结构类型的辊锻机结合在一起，具有两者的特点。

悬臂式辊锻机双支承式辊锻机经典案例——轿车连杆的精密辊锻

本田轿车连杆的工艺流程：

下料——中频感应加热——4道次精密辊锻制坯——预锻——终锻——切边——热处理——喷丸——荧光探伤——精压——检验。

采用双支承辊锻机4道次精密辊锻制坯，与传统的模锻工艺相比，节约原材料15%，能耗降低60%，锻件成本降低10%。

80年代在山东淄博建成第一条连杆辊锻自动线，两班年生产能力80万件，节省材料10%，劳动生产率提高2倍，单位成本降低35%。经典案例——钩尾框

钩尾框特点：

1）锻件重～100kg，展开长度～2000mm，锻造工艺复杂，需要大吨位模锻设备；

2）主轴线上下部分不对称，前后部分对称，形状复杂；

3）属于异形长件，局部很薄，形状难以控制，两端难以充满；

4）纵向起伏变化多，高度落差大。

采用自由锻制坯与精密辊锻、模锻复合工艺相比：

1）原材料下料重量由原来的143kg减少为135kg，节省6%，每件产品节省原材料费用～80元。

2）辊锻制坯，感应加热，平均每件加热成本～58元/件，仅为原来的41%，节省加热费用～82元/件。

3）精密辊锻成形，工人劳动强度降低，生产率提高。每件节约人工费～60元。

每件节约综合成本～222元。回转塑性成形——辗环成形

工艺特点

辗环又称环形件辗压成形或扩孔，采用辗环机将环形件直径扩大、壁厚减小、截面轮廓逐渐成形的塑性加工工艺。

1）精度高、无加工余量，材料利用率高。可实现异形截面环形件近/净成形。

2）内部质量好、组织性能均匀，流线分布合理完整。

3）设备吨位小、投资少、锻件直径范围大。

4）生产率高。最大生产率达1000件/h。

5）生产成本低。材料利用率高、加工工时少、能耗低、孔型寿命长等优点。

据报道，德国制造￠3500x110x90mm的碳钢环形锻件，自由锻比辗环成形

生产成本高77%。

据统计，辗环与自由锻相比，材料消耗降低40～50%，成本降低75%。

典型产品

轴承环、齿轮环

航空发动机机匣、密封圈及安装边国内外环形锻件机械加工余量、公差和材料利用率对比环形锻件外径/mm单面机械加工余量/mm双面公差/mm外径最大误差/mm高度最大误差/mm材料利用率国内＜10005～7±3～5533～5%1000～20007～13±4～8752001～30008～20±7～10107国外＜10003～5±2～31125～30%1000～20004～6±3～421.32001～30005～8±5～631.5注：1、表中该数据来源于矩形截面环形锻件；

2、外径最大误差和高度最大误差栏内的数据根据最大实际尺寸与最小实际尺寸之差。辗环设备

按照辗环设备结构特点，可分为立式辗环机、卧式辗环机。

卧式辗环机

适用于大型、特大型环件的辗压成形

立式辗环机

适用于中小环件的辗环成形

发展趋势

1）大型化

直径范围Φ40～10000mm，高度15～4000mm，壁厚16～48mm，重量0.2～82000kg。

2）高速化生产率达到300～1000件/h。

3）精密化：直径尺寸精度可达到1/1000。

4）截面多样化、异形化

5）柔性化

6）材料多样化

常规的碳钢、合金钢拓展到了铝合金、铜合金、钛合金、钴合金、镍基合金等。

经典案例

某企业2.5m轧机环件生产线

某企业4.5m轧机环件生产线

某企业的全自动环件生产线

美国鲁科特公司的大型辗环生产车间，主要生产大直径轴承。

回转塑性成形——楔横轧

工艺特点

是一种高效轴类零件的成型新技术——圆柱形坯料在两轧辊模具间或在两平板模具之间发生连续局部变形，将轧制等截面的型材技术发展成轧制变截面的轴类零件，将整体而断续的塑性成形，发展成局部而连续的塑性成形。

变形方式主要是径向压缩和轴向延伸，又称为轴类零件轧制。

与模锻相比，特点：

1）生产率高。达4～16件/分，比模锻高3～8倍。

2）工作载荷小。是模锻的几分之一到十几分之一，设备投资小。厂房、设备和面积均可以大幅度下降，由此带来成本的大幅度下降。

3）材料利用率高。可以形成直角的台阶，除料头外没有飞边损失，材料利用率提高10～20%，与切削加工方法相比提高20～40%。

4）精度高，偏差小。精度可达到钢质模锻件国家标准中的精密级，直径方向±0.3mm，长度方向±0.5mm。

5）噪声低、振动小。液压静压成形，噪声低于60dB。

6）模具寿命长。可达到10～15万件。

7）无需复杂的操作