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锻压技术


锻压技术的发展及其应用

锻压是对坯料施加外力,使其产生塑性变形,改变形状、 尺寸及改善性能,用以制造机器零件、工件或毛坯的成型 加工方法。锻压加工除获得要求的形状和尺寸之外,最显 著的优点就是能改善金属材料的力学性能。与切削加工方 法相比,提高了材料的利用率和生产效率随着航空、宇航、 核能及电子等工业及近代尖端科学技术的飞速发展,近几 年来新的锻压工艺和设

备层出不穷。锻压是机械制造的基 础工艺之一,是制造机械产品不可缺少的一个重要环节!

锻压技术的发展及其应用
? 几种锻压生产的新技术及其应用 ? 锻压技术的发展趋势 ? 计算机数字控制技术在锻压设备中的应用 ? 锻压设备及控制系统的改进与发展

几种锻压生产的新技术及其应用

一、精锻成形及精微锻压成形
精锻成形工艺主要体现在精化毛坯和精密锻压两方面。 近十多年来, 锻压工艺突破了毛坯生产的范畴,已能生产出 不少接近成品要求的精锻成形件,部分取消或减少了切削 加工。与采用常规工艺的模锻件相比,精锻成形件的表面 质量好、 机械加工余量小、 尺寸精度高,同时大大提高了 材料利用率 , 特别适合于含有稀贵金属合金钢锻件的生产。 同时,精锻成形使金属纤维沿部件的外形轮廓分布, 故部件 的整体承载能力显著提高。

几种锻压生产的新技术及其应用

二、粉末锻压及喷雾锻压
粉末锻压是一种将粉末冶金和精密锻压相结合 的技术。与一般模锻件相比, 粉末锻件的精度高, 表面粗糙度低, 材料利用率可达95%以上,尤其适 合于高温合金、 钛合金等难变形合金及铝合金件 的成形加工。如美国寇底斯O莱特公司,将氩气雾 化的 In718 粉末压制烧结成相对密度为92%~ 98%的预制坯,再经四道锻压工序制成全致密的转 子叶片,其疲劳强度要比普通叶片高50 MPa以上。

几种锻压生产的新技术及其应用

喷雾锻压技术的工作原理,是先将熔化的金属用惰性 气体雾化成粉末并喷射到收集器或模具上而形成相对密度 为 98% ~ 99%的预型件, 然后立即进行热锻以加工成所 要求的形状。此工艺不需单独的烧结工序,由传送装置将 成形好的预型件即时自动转送热压加工而不需再加热,模 具(或收集器)的成本低廉,预型件的加工性能比一般粉末金 属预型件要好,且金属消耗量和生产成本要比普通锻压法 降低50%, 欧洲已多用于单重10 kg 以下的中合金钢、工 具钢和超合金零件的生产。

几种锻压生产的新技术及其应用

三、喷射成形
粉末喷射成形是指在一台喷射成形设备上完成从制粉 到制坯的全过程,即将雾化制粉与成形、 致密化合并成一 个工序来完成,省去了包套和热等静压等工序,直接沉积获 得细晶化的毛坯,再通过等温锻压制成所需锻件。等温锻 压过程则是将锻件毛坯放置在加热至变形温度的模具内进 行较慢速变形, 由于避免了普通模具的激冷, 使薄壁、 高 筋等复杂形状的锻件很容易成形, 因而成形力仅为普通成 形力的1/ 5~ 1/ 10,且成形件体内及表层温度均匀, 变形均 匀,流线合理,组织性能优异。

锻压技术的发展趋势

锻压技术的发展趋势

优质轻量化
为了提高结构效应、降低能源消耗和减少污染,对锻压 加工产品的优质、轻量化提出了迫切要求。例如在汽车工 业中为了使整车重量减轻40%~50%,镁及铝合金的用量 将显著增加。在航空工业中则迫切需要增加钛合金、复合 材料等轻质、高强、高韧材料的用量。而用高性能的铝合 金、钛合金、高温合金(包括粉末合金)、超高强度钢、金 属间化合物及各类复合材料制造飞机的关键部件和发动机 的旋转部件,可满足重要航空锻件达到高强、高韧、抗蠕 变、抗疲劳、耐腐蚀和高损伤容限等性能及工程上的“零 缺陷”的要求

锻压技术的发展趋势

精密化
任何新工艺新技术应在保证产品质量与数量的前提下, 在材料、设备、工具、能源、劳动力总耗中求极小值,即 追求工艺的经济性。我国生产的许多航空大锻件(指在10 t 以上的锻锤和万吨水压机上生产的锻件)的材料利用率不 到10%,一些高筋薄腹板复杂零件的锻件材料利用率仅为 2%一3%,锻件的“肥头大耳”问题严重是造成锻件成本 昂贵、锻件冶金质量低下的重要原因。随着钛合金、高温 合金等耐高温、难切削贵重材料的大量采用,近无余量精 密成型技术将成为2l世纪的主要材料成形技术。

锻压技术的发展趋势

大型整体化
大型整体结构锻件是实现飞机主承力结构整体化的必 要条件。将传统的多件组合构件(如梁、框、轴等)改为整 体构件,避免螺栓连接的薄弱面,进而设计出更合理的构 件剖面,可大大减轻飞机结构重量和提高飞机结构效益及 提高飞机零部件的安全可靠性。高推进比的发动机则需要 整体叶盘之类的关键部件。因此,锻件的大型化和整体化 是航空航天制造业的一个重要发展方向,对提高军机的战 斗性能具有深远的意义。

计算机数字控制技术在锻压设备中的应用
国外将电子计算机用于锻压工步计算,建立了保证锻件中间形状 设计的电子计算机程序。在锻压设备中采用计算机数字控制技术(即 CNC), 可使锻压机具有存储、调用、输出数据并根据这些信息进行调 整的功能, 在提高压机精确制造复杂、多台面零件能力的同时, 可对生 产的每一行程及压机和冲头的运动进行在线控制, 使其精度和柔性大 为增强, 生产效率和工件质量显著提高。在一次成形和精锻成形的辅 助设备控制系统中, 通过装配自动测厚及精确测重的电子反馈装置, 可 严格控制锻压坯料的质量误差。目前国内数控技术和锻压设备技术的 发展, 已为计算机数字控制的智能型粉末冶金压机的开发提供了新的 技术支持, 而在价格上仅为国外同类产品的1/ 5到1/ 4。使我国航空航 天、有色冶金、机械化工等领域的等温锻压超塑性成形新工艺成为现 实。合肥锻压机床股份有限公司于2002年研制成功为航天材料专门设 计制造的YH73- 500型专用液压机, 设备外形采用立式预紧拉杆式框架 结构, 具有良好的刚性和强度; 设有独立的动力机构和电气系统,加热 系统采用工控机和温控仪两套控制装备。其中由智能仪表与温控仪组 成的DCS集散控制系统, 具有集中管理、分散控制的特点; 工控机则可 同时采集、显示、打印、存储压力和温度数据及曲线。

锻压设备及控制系统的改进与发展

1 锻压液压机的柔性化与大型化
液压传动与单纯的机械传动、 电气传动和气压传动 相比,具有传递功率大、 结构紧凑、 响应快等特点。准柔 性化设计是通过将锻压液压机已有的能量输出形式、 电 液控制方式、 常规压制工艺流程、 PC可编程序、 液压辅 助系统及宜人化操作等进行科学合理的综合运用,构成一 个具有多种功能的生产体系。通过准柔性化设计, 锻压液 压机在需要人为控制打击力度或处于短程快速连击等不确 定的工况时, 均可由操作者凭借丰富的实践经验进行随机 调控。

锻压设备及控制系统的改进与发展

2 锻压设备的高速化与复合化
发达国家在锻压设备的高速化及复合化方面已取得 长足发展, 美、 德、 日对中小型模锻件采用多工位高速 自动热镦机, 最高速度可达 4 000~ 12 000件/ h。我国 通过与国际知名公司合作, 在全自动换模、 装模高度调 节、 拉伸垫控制、 现场总线技术等若干关键环节中已有 重要突破, 特别是进入21 世纪以来所取得的成效更为显 著,如不但具有大吨位、 大行程、 大台面的锻压机, 大吨 位气垫和滑块气垫, 带机械手的上下料系统,而且可实现 高速度和高精度的全自动换模,并掌握了功能完善的触摸 屏监控技术。

锻压设备及控制系统的改进与发展

3 液压仿真技术在锻压设备中的应用
由于工业产品朝着几何形状复杂化和加工质量高精化 的方向发展,锻压设备的结构及控制系统也越来越复杂,液 压传动已被广泛用于机械设备和精密的自动控制系统,而 仿真技术作为液压系统或元件设计的必要手段,自 20 世纪 80 年代以来在我国已开始受到重视。随着流体力学、 现 代控制理论、 算法理论、 可靠性理论等相关学科的发展, 特别是计算机技术的突飞猛进, 液压仿真技术日趋成熟。

锻压技术的进步与社会经济的发展密切相关,随着航空、 机械、 汽车等工业的持续发展, 锻压设备及产品的市场容 量正不断扩大。其技术水平也随着行业的发展不断提升。 国外锻压行业在这种形式下发展很快,国内也在走这种拉 动跟进的道路,即要通过重组、合资等多种途径实现专业 化、规模化生产。

在科学的发展和工业化程度不断提高的背景下, 锻压技术 也得到不断的进步与更新, 现不但在常规金属材料加工中扮 演着重要角色,而且在各种高合金钢、 稀有金属合金、粉末 冶金等特种材料与产品的生产中发挥着日益重要的作用。


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