精密成形(輥鍛)

精密成形與特種鍛造工藝主講人:辛選榮精密成形與特種鍛造工藝

＊緒論

上冊:迴轉(zhuǎn)加工部分

§1輥鍛工藝§1-1輥鍛工藝概述§1-2輥鍛機類型§1-3輥鍛變形基本原理§1-4輥鍛制坯型槽§1-5成形輥鍛

精密成形及其特種鍛壓技術(shù)

§2楔橫軋工藝§2-1楔橫軋工藝概述§2-2楔橫軋機類型§2-3楔橫軋運動分析§2-4楔橫軋孔型設(shè)計

目錄

§3特種軋制§3-1斜軋:麻花鉆.絲杠.鋼球§3-2輾軋擴孔與精密輾擴§3-3橫向縱軋

§4旋壓工藝普通旋壓變薄旋壓復(fù)雜旋壓§5擺動輾壓§5-1擺動輾壓概述§5-2擺動輾壓工作原理§5-3擺輾工藝的典型工序§5-4擺輾工藝特點

中冊：特種成形技術(shù)特例－齒輪及花鍵成形工藝§6-1齒輪軸冷打技術(shù)－旋鍛§6-2花鍵軸縱軋技術(shù)§6-3花鍵軸橫軋技術(shù)§6-4花鍵軸冷拔技術(shù)§6-5花鍵軸冷擠技術(shù)§6-6齒輪冷精鍛技術(shù)

下冊：特種工藝部分

§7精密模鍛§7-1精密模鍛的概念§7-2精密冷鍛§7-3精密熱鍛和精密溫鍛

§8超塑性成形§9液態(tài)模鍛與半固態(tài)成形§10等溫模鍛§11多向模鍛§12粉末鍛造§13電熱鐓鍛§14精密沖裁

§15--1旋轉(zhuǎn)鍛造的概念§15-2旋轉(zhuǎn)鍛造的工藝設(shè)計§15-3旋轉(zhuǎn)鍛造的工具設(shè)計緒論

成形之前冠以“精密”二字目的是表示與普通成型工藝的區(qū)別，鍛造工藝前冠以“特種”二字目的也是表示與普通鍛造工藝的區(qū)別。特種鍛造工藝是針對普通鍛造工藝在下料、加熱、鍛造方面所存在的問題加以改進(jìn)而形成的新工藝，它除了具有普通鍛造工藝所具有的一些主要特點外，還有其自身的特殊性，這些特殊性概括起來有以下三個主要方面：

1.變形力量小，可以在小設(shè)備上干大活。迴轉(zhuǎn)加工部分就是利用迴轉(zhuǎn)工具以連續(xù)的局部變形取代普通鍛造工藝中的整體變形，從而使變形力降低幾倍到幾十倍，在小設(shè)備上干出大活。2.鍛件精度高，加工余量小，節(jié)約金屬。

甚至完全取代常規(guī)的車銑刨磨等有屑加工,節(jié)約工時,像精密鍛造、粉末鍛造，以及等溫模鍛等?？梢藻懗鰪?fù)雜的高精度光潔度的鍛件。甚至利用特種鍛造工藝鍛出常規(guī)切削機床所無法加工的零件，如異型盲孔、凸臺等。3.工序簡單，生產(chǎn)效率高，能滿足零件的特殊要求

電熱鐓鍛可以鍛出長徑比很大、用平鍛聚料需聚很多次的大頭細(xì)長桿類鍛件。超塑成形和液態(tài)模鍛等工藝也可大大簡化普通鍛造鍛多次才能成形的鍛件。

以上三個方面是特種鍛造工藝的主要特點，其他特點還有噪音低、振動小、勞保條件好等。鍛造工藝不一定全部滿足上述三個方面，滿足其中之一的鍛造工藝即可劃入特種鍛造的范疇。

此外，以上三個方面決定了特種鍛造工藝均適合于大批量生產(chǎn)而不適合于單件小批量生產(chǎn)，有些甚至是專門鍛造某種或某類鍛件的，專用性強，因此也常把特種鍛造工藝稱為專門鍛造工藝。

這些工藝都是處于不斷發(fā)展中的新技術(shù)，其設(shè)備和工藝有待于完善，實際使用的需要承擔(dān)一定的技術(shù)風(fēng)險，有一定局限性。

特種鍛造工藝所包含的內(nèi)容很多，本課程旨在讓同學(xué)們了解特種鍛造的原理、工藝特點、發(fā)展?fàn)顩r，以開闊同學(xué)們的視野，而不是為了專門研究掌握某種鍛造工藝。因此，本課程是以原理、工藝過程及其特點的敘述為主，除一些常用的工藝外，一般對具體的工藝參數(shù)不作深入細(xì)致的講解。上冊：迴轉(zhuǎn)加工部分§1-1概述

輥鍛---通過一對裝有扇形模塊的旋轉(zhuǎn)鍛輥上的型槽作用，使坯料產(chǎn)生塑性變形，從而獲得所需的鍛件或鍛坯。

§1輥鍛1.輥鍛工藝特點（1）連續(xù)靜壓，小設(shè)備上干大活（2）生產(chǎn)率高，對廠房、地基要求低（3）勞動條件好,易于實現(xiàn)機械化、自動化

＊局限性：適用于長軸類和板片類鍛件2.輥鍛的分類和應(yīng)用

（1）制坯輥鍛：相當(dāng)于模鍛前的拔長、滾擠制坯

（2）成形輥鍛：

1）直接終成形有毛邊（切）無毛邊

2)基本成形輥后整形（變形程度高于模鍛中的預(yù)鍛）

3）一部分形狀直接輥鍛成形，而另外一部分采用模鍛或其它工藝成形另外還分冷輥和熱輥兩種

較直§1－2輥鍛機的類型1.懸臂式操作方便2.雙支承式冷輥制坯熱輥

3.復(fù)合式同時有懸臂和雙支承兩種可布置較多的形槽§1－3輥鍛變形的基本原理一.輥鍛時坯料的咬入1.簡單軋制時的咬入：簡單，不考慮型槽只能平輥為研究對象(1)開始咬入階段為:咬入條件：μрcosα>рsinα即μ>tgα即摩擦角

β=arctgμ>α

(2)已經(jīng)咬入階段:受力中心在受力弧段的中間進(jìn)入穩(wěn)定的軋制階段咬入角將為α/2極限咬入角變成αmax=2β

實踐表明:穩(wěn)定軋制時μ有所降低,一般咬入角αmax=（1.3～1.5）β

β為摩擦角2.在型槽中輥鍛時的咬入特點:①在型槽中輥鍛時的兩種咬入方式:

(a)相當(dāng)于簡單咬入(b)側(cè)壁首先接觸咬入

②側(cè)壁接觸首先咬入條件

α<(1/cosθ)β

θ—型槽側(cè)壁與鍛輥軸線夾角顯然θ越大,對咬入越有利.3.強化咬入的方式

①中間咬入

ⅰ需較大的力量:否則咬不下去ⅱ要滿足穩(wěn)定軋制階段的摩擦條件,否則咬入后也不能繼續(xù)輥

③其它方式:夾砂;刻痕增加μ初輥開坯,要用粗糙的輥面

②強制咬入多道次成形輥鍛時,利用已有的坯料凸起實現(xiàn)強制咬入.(相當(dāng)于中間咬入)二.變形區(qū)內(nèi)金屬的流動

變形區(qū)內(nèi)金屬的流動與錘上弧形砧拔長相似，有橫向和縱向流動.

1.前滑和后滑

νg—鍛輥線速度出口端金屬流動速度ν出>νg--前滑入口端金屬流動速度ν入<νg--后滑

前滑現(xiàn)象使坯料比型槽長，因此應(yīng)有意地將型槽作短些

縮短率s＝（L鍛-L輥）/L輥

前滑率s＝（ν出-vg)/νg

生產(chǎn)中一般不考慮后滑影響

影響前滑的因素：①εh↑s↑②μ↑s↑③當(dāng)料溫高于700oC時,溫度↑,s↑④D輥↓s↑⑤坯料高而突時s↓展寬量↑⑥型槽形狀的影響：限制展寬的型槽有利于前滑有利于展寬的型槽不利于前滑⑵影響展寬的因素:與前滑的影響因素恰好相反(Δb)2.橫向展寬及其影響因素⑴展寬的形式限制展寬;自由展寬;強迫展寬.

影響展寬的因素

①εh↑Δb↑（這一點不相反）②μ↑

Δb↓③Δb↓④Δb↓

⑤Δb↑⑥型槽形狀的影響：

限制展寬的型槽不利于展寬有利于展寬的型槽有利于展寬影響前滑的因素：①εh↑s↑②μ↑s↑③當(dāng)料溫高于700oC時溫度↑,s↑④D輥↓s↑⑤坯料高而突時s↓展寬量↑⑥型槽形狀的影響：限制展寬的型槽有利于前滑有利于展寬的型槽不利于前滑

由于后滑和咬入運動的特點，輥鍛件的前壁屬于難成形區(qū)，后壁屬于易成形區(qū),為了讓前后壁都充滿，將一道型槽反向布置，在該道次中將鍛件掉頭送入，使得原來的前壁變?yōu)楹蟊谒腿?三.輥鍛件的前后壁輪廓及其成形過程§1－4制坯輥鍛工藝及型槽設(shè)計一.輥鍛毛坯的設(shè)計１．繪制計算毛坯圖①具體做法同鍛模設(shè)計一樣F計＝Fd＋2ηFm對輥鍛η＝0.1～0.5②桿部與頭部過渡區(qū)段的斜度一般取45o～60o，并按體積不變原則將曲線改為直線過渡區(qū)段長度：L=0.5～0.86

2.選擇毛坯桿部的截面形狀根據(jù)模鍛時的成形要求，可以選成方形、菱形、圓形、橢圓形、工字形等。

二確定輥鍛道次1.求總延伸系數(shù)λZλZ=F0/FminF0—原毛坯的截面積（按輥鍛毛坯的Fmax再加上燒損量確定）Fmin—輥鍛毛坯的最小截面面積

2.求輥鍛道次λZ=λ1…λn=n=lgλz/lgλpλp—平均延伸系數(shù)：一般在1.4～1.6范圍內(nèi)選取λp與型槽系有關(guān)料易放穩(wěn)，拔長系數(shù)大λp可達(dá)到1.8～2

②橢圓--圓形槽系

型槽加工容易，壽命高，制坯料質(zhì)量好，但輥鍛穩(wěn)定性差，延伸系數(shù)小，一般不超過1.4～1.5三.型槽系的選擇

1.型槽系及其特點①橢圓—方形槽系③菱—方形槽系能得到準(zhǔn)確的方形截面，沿型槽寬度上變形分布均勻，允許的λp較大，在1.4～1.8，穩(wěn)定。④矩形（箱形）型槽系⑤六角—方形槽系2.型槽系的選擇

型槽系的選擇應(yīng)考慮的問題

①從有利于模鍛成形出發(fā)：可以選擇方形、圓形、矩形、或橢圓形毛坯輥鍛型槽的最后一道應(yīng)保證毛坯形狀

②從減少變形次數(shù)或能夠在一個鍛輥上布排完所需型槽考慮應(yīng)盡量減少輥鍛道次，采用延伸系數(shù)大的型槽系

③考慮坯料在型槽中的穩(wěn)定性問題例如，橢圓截面坯料進(jìn)入方形型槽就比進(jìn)入圓形型槽穩(wěn)定性好3.變形量的選擇

坯料截面的軸長比或高寬比對變形量和穩(wěn)定性都有很大的影響（b/h）.①壓下量越大，b/h↑λ↑但轉(zhuǎn)90o送入下道次輥時，穩(wěn)定性也越差②b/h越大，則轉(zhuǎn)90o在下道次輥時允許的壓下量越大，有利于延伸③極限軸長比b/h橢圓料進(jìn)入方形5.03.52.52.5矩形箱形，無夾持2.0矩形箱形，有夾持2.5四.延伸系數(shù)分配及各道毛坯截面積計算λz=F0/Fn=···=λ1·λ2···λn計算各道毛坯截面積，先要確定λλ確定方法有：圖解法和經(jīng)驗分配法不外乎是先確定總的λz和型槽系，然后不同的型槽允許的λ不同，在λ允許的范圍內(nèi)選取五.型槽橫向尺寸的確定由F0和λ1可以定出第一道型槽的橫向尺寸型槽充滿系數(shù)取0.85～0.95：F1=F0/λ1由F1和λ2可以定出第一道型槽的橫向尺寸設(shè)計時找資料，有具體的計算公式F2=F1/λ2

所得的F1,F2按面積不變（F1/0.9,F2/0.9)換算成方形，橢圓形型槽六.型槽縱向尺寸設(shè)計