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锻压技术发展趋势
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# D" O$ I) ^7 U 现代锻压生产的发展趋势 :提高锻件的性能和质量,实现少、无切屑加工和污染,做到清洁生产。利用IT技术，发展高柔性和高效率的自动化锻压设备,提高零件的生产效率,降低生产成本。下面介绍部分成熟的锻压新技术。
5 j# O. O% w7 Q2 e一、超塑性成形技术 0 F& k% g6 A, D* ?/ h
【超塑性成形】是利用金属在特定条件 (一定的变形温度、一定的变形速率和一定的组织条件)下所具有的超塑性(超高的塑性和超低的变形抗力)来进行塑性加工的方法。
6 l2 A- Z: y o" ]4 {7 u4 A: o 一般工业材料在室温下的伸长率为百分之几到百分之几十 ,而超塑性材料的伸长率则可高达百分之几百到百分之几千。实现超塑性的三个基础条件: (1)材料具有等轴稳定的细晶组织(通常晶粒尺寸≤10 μ m),可通过冶金方法、压力加工方法或热处理方法获得；(2)等温变形温度T≥0.5Tm(Tm为材料熔点的绝对温度),一般T=(0.5～0.7)Tm;(3)极低的应变速度ξ, ξ =10 -4 ～10 -1 s -1 。
! X# v( F& ]" }: S& y- L+ D 超塑性成形方法包括模锻、挤压、轧制、无模拉拔、压锻、深冲、模具凸胀成形、液压凸胀成形、压印加工 ,以及吹塑和真空成形。不同的超塑性成形方法应采用与其相应的设备。
. Q U J) E& ]" u4 n 超塑性成形方法包括模锻、挤压、轧制、无模拉拔、压锻、深冲、模具凸胀成形、液压凸胀成形、压印加工 ,以及吹塑和真空成形。超塑性成形的优点: (1)工具成本低；(2)具有超塑性和很低的变形抗力；(3) 可以精确复制细微结构；(4)可生产准备时间短；(5)材料的横向疲劳强度、韧性及耐蚀性均优良。
" |- {/ `3 M( F二、高速高能成形技术 0 L: ?' Y& k; ^% i
【高速高能成形】有多种加工形式 ,其共同的特点是在很短的时间内,将化学能、电能、电磁能和机械能传递给被加工的金属材料,使金属材料迅速成形。高速高能成形分为爆炸成形、电液成形、电磁成形和高速锻造等。它具有成形速度高、可加工难加工的金属材料、加工精度高、设备投资小等优点。 % m2 Y1 U& T3 k# h# C9 B
1.爆炸成形
2 K% f) b* r X+ \1 Y2 Y 【爆炸成形】是利用炸药爆炸时产生的高能冲击波 ,通过不同的介质使坯料产生塑性变形的方法。成形时在模膛内置入炸药,炸药爆炸时产生的大量高温、高压气体呈辐射状传递,从而使坯料成形。该方法适合于多品种小批生产,如用于制造柴油机罩子、扩压管及汽轮机空心汽叶的整形等。 + T: T: c" h6 v, Q |3 J3 ?
2.电液成形
* p8 k8 e- X, r4 i2 _ 【电液成形】是指利用在液体介质中高压放电时所产生的高能冲击波 ,使坯料产生塑性变形的方法。电液成形的原理与爆炸成形有相似之处。它是利用放电回路中产生的强大的冲击电流,使电极附近的水汽化膨胀,从而产生很强的冲击压力,使金属坯料成形。与爆炸成形相比,电液成形时能量控制和调整简单,成形过程稳定、安全、噪音低,生产率高。但电液成形受设备容量的限制,不适合于较大工件的成形,特别适合于管类工件的胀形加工。
! y: H d+ |; z& ^9 \) U! s" L2 E) g3.电磁成形
) e- @& T8 p" i1 n 【电磁成形】是指利用电流通过线圈所产生的磁场 ,其磁力作用于坯料使工件产生塑性变形的方法。成形线圈中的脉冲电流可在很短的时间内迅速增长和衰减,并在周围空间形成一个强大的变化磁场。坯料置于成形线圈内部,在此变化磁场的作用下,坯料内产生感应电流,坯料内感应电流形成的磁场和成形线圈磁场相互作用的结果,使坯料在电磁力的作用下产生塑性变形。这种成形方法所用的材料应当具有良好的导电性,如铜、铝和钢等。如果加工导电性差的材料,则应在坯料表面放置用薄铝板制成的驱动片,促使坯料成形。电磁成形不需要用水和油等介质,工具几乎没有消耗,设备清洁,生产率高,产品质量稳定,适合于加工厚度不大的小零件、板材或管材等。
; r# d/ k4 ]2 D" {0 m4.高速锻造 4 V ~3 U8 m0 a- C5 z* S$ J
【高速锻造】是指利用高压空气或氮气发出来的高速气体 ,使滑块带着模具进行锻造或挤压的加工方法。高速锻造可以锻打高强度钢、耐热钢、工具钢等,锻造工艺性能好,质量和精度高,设备投资少,适合于加工叶片、涡轮、壳体等工件。 0 \% P* y4 Z9 D. C
三、液态模锻
; D# |+ p; k5 k& ?! e5 t【液态模锻】又称熔融锻造 ,是将定量的熔融金属注入金属模膛,在金属即将凝固或半凝固(即液、固二相共存)状态下,用冲头施以机械静压力,使其充满型腔,并产生少量塑性变形,从而获得组织致密、性能良好、尺寸精确的锻件的工艺方法。 ) m e& [0 m+ R
液态模锻与压铸不同之处在于 : (1)压铸时金属靠散热而结晶,而液态模锻则是在压力下结晶,而且可以避免压铸时液态金属沿浇道充填型腔时卷入气体的危险,因而液态模锻制品的结晶组织和相应的力学性能比压铸的好;(2)液态模锻不需要浇口系统,因此可节约大量金属。 ' G& W0 r( ]) g6 \+ w r! w2 R
与模锻工艺相比 ,液态模锻只用一个模膛,而且是利用液态金属的流动性充填模膛,而不是模锻时靠强制流动方式使固态金属充满模膛,因而液态模锻的成形能明显低于模锻的成形能,成形压力及能耗可节约2/3～3/40。液态模锻所用设备为液态模锻液压机。对于形状较简单的制件,如实心、杯形、通孔和管状制品,可采用通用的液压机。对于形状复杂的制件,根据具体情况,可采用普通型、万能型或特殊型液态模锻液压机。
3 Q' e2 V) b7 d/ d 目前 ,我国用液态模锻法生产的制件有:铝合金气动仪表零件、汽车活塞、弯头等；铜合金的光学镜架、高压阀体、齿轮、蜗轮和柱塞轴流泵体；碳钢电机端盖和法兰等。
- \ I2 I, a, J6 r四、摆动辗压 + y6 J+ u" M9 g9 z3 w
【摆动辗压】是指上模的轴线与被辗压工件 (放在下模)的轴线倾斜一个角度,模具一面绕轴心旋转,一面对坯料进行压缩(每一瞬时仅压缩坯料横截面的一部分)的加工方法。- g0 K" ^, n. v& g* K6 r
摆动辗压时 ,瞬时变形是在坯料上的某一小区域里进行的,而且整个坯料的变形是逐渐进行的。这种方法可以用较小的设备辗压出大锻件,而且噪音低、振动小,锻件质量高。摆动辗压主要用于制造具有回转体的轮盘类锻件,如齿轮毛坯和铣刀毛坯等。 3 q# {3 j: a% i. N2 v
五、计算机在锻压技术中的应用 ) w0 a7 ]$ Q" F1 z6 f
计算机在锻压技术中的应用主要体现计算机辅助设计(CAD)和计算机辅助制造（CAM）上。
2 d: e- H) B* E/ P; v8 D 锻压模具 CAD是在设计人员的控制下,由计算机对锻压模具完成尽可能多的分析、计算和制图工作。CAM则是由计算机根据模具CAD的数据结果为数控(NC)机床编制模具零件加工的NC程序,NC程序通过介质(穿孔纸带、磁盘等)或者直接传送给NC机床来控制机床的工作。将CAD的结果通过CAPP(计算机辅助编制加工工艺)直接传送给CAM的系统就叫做CAD和CAM的集成,简写为CAD/CAM。 " z; I. T- ?( R6 F8 K+ D' i
模锻模具 CAD前,尚须进行模锻工艺CAD,即利用计算机在人参与的情况下,进行包括工艺参数确定在内的常规设计,冷热锻件设计以及工步和坯料设计。进行CAD需要CAD系统。由一定的硬件和软件组成的供CAD使用的系统称为CAD系统,包括:2 ]/ C0 Q! X+ N
(1)CAD的硬件:除计算机本身和通常的外围设备外,CAD主要使用图形输入输出设备； ( r' G0 M# u, U7 O3 o
(2)CAD的软件是CAD、CAM的核心,包括计算机本身的系统软件如操作系统,各种程序设计语言的编译程序,数据库管理系统。
2 ?3 h6 q0 f/ s" ~9 A3 {5 e4 y CAD/CAM的主要优点:
6 H' _. ^' v2 C& t( O) u! {+ [ (1)提高设计效率,与人工相比,可达20:1；9 Y' ~* n$ F9 V' C% J
(2)可将多方面的经验和研究成果结合起来,方便地应用于设计和加工,从而可提高模具的设计质量和加工精度；- o6 M c" D4 ]5 z' h! n4 J
(3)可大量减轻设计人员繁重的重复劳动,使之发挥更大的作用；6 ~/ {9 d; w: g0 v( e9 w# G
(4)设计可以实现多方案比较,从而达到优化的目的,而且设计便于修改和存贮,具有良好的柔性；2 ~* \; P) Y3 i" d, Q5 ~0 f
(5)可缩短设计周期,降低产品成本和研制开发费用。目前,锻压模具CAD/CAM在我国仍处于开发阶段,用它来取代传统的锻压模具设计制造方式是必然的发展趋势 - p# H( x2 D+ ], T; d$ I8 |, [/ F
随着市场竞争的加剧， 传统的加工单一品种的刚性生产线显然已不适应这种特征和市场形势发展的要求，其升级换代产品具有高柔性和高效率的自动化锻压设备，成为世界冲压技术及装备发展的主要潮流。
6 C" V. v d8 [# w4 j ２０世纪８０年代中期以后，美国通用汽车公司牵头，大规模地用多工位压力机改造原有的单机冲压线。据美国精密锻压协会统计，美国三大汽车公司 680多条冲压线中，有70%为多工位压力机；日本在美国的35条冲压线中，有24台多工位压力机，占69%；日本国内的250条冲压线中，有80多台多工位压力机，占32%；而且，美国已经出现了一些只用多工位压力机的汽车冲压厂，一些新投资改造的汽车厂和新建汽车厂的这种发展趋势更为明显。
5 c3 l8 q e4 s4 s, b2 G$ \ 大型多工位压力机集机械、电子、控制和检测技术为一体，全自动，智能化，操作安全，冲压件综合成本低，劳动生产率高，制件质量高，满足了汽车工业大批量生产的需要。并且，压力机自身的技术和性能，在近十多年的实践中得到不断完善和发展，如：拉伸工位采用变速多连杆机构，数控液压拉伸垫代替双动压机、现场总线控制技术等。 3 \; l$ R0 o6 }( l- Z8 N h
以一台多工位压力机系统代替一条由 5～6台压机组成的冲压线，按同规模冲压生产量比较，设备投资可减少20%～40%，能量消耗减少50%～70%，冲压件综合成本可节约40～50%，而且节省了大量生产面积和设备投资，降低了工人数量。 ! I Z" r% [2 T# _; c
可进行柔性冲压生产的大型多工位压力机，代表了当今国际锻压技术的最高水平，是目前世界上大型覆盖件冲压设备的最高级发展阶段，也是冲压成型生产的发展方向。 |
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