机械制造工程_6.4金属的其它塑性成形工艺

第四节 金属的其它塑性成形工艺

近年来在压力加工生产中出现了许多新工艺、新技术，如超塑性成形、粉末锻造、零件的挤压、精密模锻、零件的轧制、液态模锻以及高能高速成形等。这些压力加工新工艺的特点是：

1. 尽量使锻压件的形状接近零件的形状，达到少无切削加工的目的，从而可以节省原材料和切削加工工作量，同时得到合理的纤维组织，提高零件的力学性能和使用性能。

2. 具有更高的生产率。

3. 减小变形率，可以在较小的锻压设备上制造出大锻件。

4. 广泛采用电加热和少氧化、无氧化加热，提高锻件表面品质，改善劳动条件。

一、零件的挤压成形

挤压是施加强大压力作用于模具、迫使放在模具内的金属坯料产生定向塑性变形并从模孔中挤出、从而获得所需零件或半成品的加工方法。

其特点是：挤压时金属坯料在三向受压状态下变形，因此它可提高金属坯料的塑性；可以挤压出各种形状复杂、深孔、薄壁、异形截面的零件；零件精度高，表面粗糙度低；提高了零件的力学性能；节约原材料。

零件挤压的类型：

1. 按金属流动方向和凸模运动方向分类：正挤压，为金属流动方向与凸模运动方向相同；反挤压，为金属流动方向与凸模运动方向相反；复合挤压，为挤压过程中，坯料上一部分金属流动方向与凸模运动方向相同，而另一部分金属流动方向与凸模运动方向相反；径向挤压，为金属运动方向与凸模运动方向成90o角。

图6-25 静液挤压示意图

2. 按金属坯料所具有的温度分类：热挤压，为坯料变形温度高于材料的再结晶温度（与锻造温度相同）的挤压工艺，热挤压的变形抗力小，允许每次变形程度较大，但产品的表面粗糙；冷挤压，为坯料变形温度低于材料再结晶温度（经常在室温下）的挤压工艺。冷挤压的变形抗力比热挤压高的多，但产品表面光洁，而且产品内部组织为加工硬化组织，从而提高了产品的强度；温挤压，为坯料温度介于热挤压和冷挤压之间的挤压工艺。温挤压是将金属加热到再结晶温度以下的某个合适温度（100～800℃）进行挤压。温挤压零件的精度和力学性能略低于冷挤压件。

除了上述挤压方法外，还有一种静液挤压方法，如图6-25所示。静液挤压时凸模与坯料不直接接触，而是给液体施加压力（压力可达304MPa），再经液体传给坯料，使金属通过凹模而成形。静液挤压由于在坯料侧面无通常挤压时存在的摩擦，所以变形较均匀，可提高一次挤压的变形量。挤压力也较其它挤压方法小10%～50%。

二、零件的轧制成形

用轧制方法除了可生产型材外，还可生产各种零件，在机械制造业中得到了越来越广泛的应用。零件的轧制有一个连续静压过程，没有冲击和振动。

根据轧辊轴线与坯料轴线的不同，轧制分为纵轧、横轧、斜轧和楔横轧等几种。

其中纵轧是轧辊轴线与坯料轴线互相垂直的轧制方法，包括各种型材轧制、辊锻轧制、辗环轧制等。这里重点介绍辊锻轧制：辊锻轧制是把轧制工艺运用到锻造生产中的一种新工艺。辊锻是使坯料通过装有圆弧形模块的一对相对旋转的轧辊时受压而变形的生产方法，如图6-26所示。

图6-26 辊锻示意图

目前，成形辊锻适用于生产三种类型的锻件：扁截面的长杆件，如扳手、活动扳手、链环等；带有不变形头部而沿长度方向横截面面积递减的锻件，如叶片等；连杆成形辊锻件。

三、精密模锻

精密模锻是在模锻设备上锻造出形状复杂、锻件精度高的锻件的模锻工艺。例如，精密模锻伞齿轮，齿形部分可直接锻出而不必再经切削加工。模锻件尺寸精度可达IT12～IT15，表面粗糙度Ra=3.2～1.6um。

精

1. 需要精确计算原始坯料的尺寸，严格按坯料质量下料，否则会增大锻件尺寸公差，降低精度。

2. 精密模锻的锻件精度在很大程度上取决于锻模的加工精度，因此，精锻模膛的精度必须很高。

3. 精密模锻一般都在刚度大、精度高的模锻设备上进行。

四、多向模锻

多向模锻是将坯料放于锻模内、用几个冲头从不同方向同时或先后对坯料加压、以获得形状复杂的精密锻件的模锻工艺。多向模锻能锻出具有凹面、凸肩或多向孔穴等形状复杂的锻件，而不需要模锻斜度。多向加压改变了金属的变形条件，提高了金属的塑性，适宜于塑性较差的高合金钢的模锻。多向模锻是近几十年发展起来的一种模锻新工艺，它克服了老式模锻设备加工的局限性，改变了一般锻件“肥头大耳”的落后状况，更重要的是它能锻出其它设备难以锻造的、形状复杂的锻件。由于多向模锻在实现锻件精密化和改善锻件品质等方面具有独特的优点，因此，它在工业发达国家已被广泛采用。

五、液态模锻

液态模锻的实质是把金属液直接浇到金属模内，然后在一定时间内以一定的压力作用于液态（或半液态）金属上，使之成形，并在此压力下结晶和产生局部塑性变形。它是压力铸造的基础上逐渐发展起来的，类似于挤压铸造的一种先进工艺。

液态模锻实际上是铸造加锻造的组合工艺，它既有铸造工艺简单、成本低的优点，又有锻造产品性能好、品质可靠的优点。因此，在生产形状较复杂而在性能上又有一定要求的工件时，液态模锻更能发挥其优越性。

液态模锻基本上是在液压机上进行的。摩擦压力机因为压力和速度无法控制，冲击力很大，而且无法保持恒压，故很少使用。液压机的速度和压力可以控制，操作容易，施压平稳，不易产生飞溅现象，故使用较多。

六、超塑性成形

超塑性是指金属或合金在特定条件，即低的变形速率、一定的变形温度（约为熔点的1/2）和均匀的细晶粒度下，其相对伸长率超过100%以上的特性。

超塑性状态下的金属在拉伸变形过程中不产生缩颈现象，变形应力仅为常态下金属变形应力的几分之一至几十分之一。因此，该种金属极易成形，可采用多种工艺方法制出复杂零件。

目前常用的超塑性成形材料主要是锌合金、铝合金、钛合金及某些高温合金。

七、高能高速成形

高能高速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。高能高速成形的历史可追溯到一百多年前，但当时由于成本太高及工业发展的局限，该工艺并未得到应用。随着航空及导弹技术的发展，高能高速成形方法才进入生产实践中。

高能高速成形主要包括：利用高压气体使活塞高速运动来生产动能的高能成形，利用火药爆炸产生化学能的爆炸成形，利用电能的电液成形以及利用磁场力的电磁成形。这儿主要介绍爆炸成形。

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坯料进行加工的高能高速成形工艺。爆炸成形除具有高能高速成形共有的特点外，即模具简单；零件精度高，表面品质高；可提高材料的塑性变形能力；利于采用复合工艺。它还具有以下特点：设备简单；适于大型零件的成形。爆炸成形主要用于板材的拉深、胀形、校形，还常用于爆炸焊接、表面强化、管件结构的装配、粉末压制等。