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1、现代塑性加工方法现代塑性加工方法（1）具有更高生产率，机械化、自动化程）具有更高生产率，机械化、自动化程度大大提高；度大大提高；（2）锻压件的形状更接近零件形状，从而）锻压件的形状更接近零件形状，从而实现少、无切削加工；实现少、无切削加工；（3）适应新型材料及加工工艺的要求。）适应新型材料及加工工艺的要求。一、一、超塑性成形超塑性成形Superplasticity DeformationSuperplasticity Deformationl超塑性超塑性 SuperplasticitySuperplasticity：在特定的组在特定的组织结构和变形条件下，金属可呈现极高织结构和变形条件下，金属
2、可呈现极高的塑性，其延伸率可达百分之百，甚至的塑性，其延伸率可达百分之百，甚至达百分之一千到几千，而不发生破坏的达百分之一千到几千，而不发生破坏的能力。能力。主要特点主要特点l成形时呈现良好的流动性，填充性好，可充满成形时呈现良好的流动性，填充性好，可充满模膛，易成形，制件尺寸精度高；模膛，易成形，制件尺寸精度高；l变形抗力小，使难变形材料容易塑性成形，例变形抗力小，使难变形材料容易塑性成形，例如，如，GCr15轴承合金在轴承合金在700OC超塑性变形抗力超塑性变形抗力为为 3MPa；l流变应力对应变速率变化非常敏感，通常金属流变应力对应变速率变化非常敏感，通常金属超塑性变形的应变速率处在超塑
3、性变形的应变速率处在10-410-2范围；范围；l进入稳定阶段后，不呈现加工硬化现象，可承进入稳定阶段后，不呈现加工硬化现象，可承受大的变形而不破坏，形状复杂制件可以一次受大的变形而不破坏，形状复杂制件可以一次成形。成形。1.超塑性变形机理超塑性变形机理 晶粒转动可调节晶粒应变，引起晶界迁移，同时扩散过程使晶粒转动可调节晶粒应变，引起晶界迁移，同时扩散过程使晶界迁移有足够高的速度，从而使三叉晶界处孔隙得以愈合。晶界迁移有足够高的速度，从而使三叉晶界处孔隙得以愈合。晶界迁移和扩散蠕变的调节改变晶粒形状位置，使晶界滑动晶界迁移和扩散蠕变的调节改变晶粒形状位置，使晶界滑动能继续进行。能继续进行。两个
4、横向排列的晶粒互相接近并接触，使其两旁的原来相邻两个横向排列的晶粒互相接近并接触，使其两旁的原来相邻的两个晶粒被挤开，出现晶粒的换位，从而使多晶体在应力的两个晶粒被挤开，出现晶粒的换位，从而使多晶体在应力方向上产生了较大的伸长变形量。方向上产生了较大的伸长变形量。晶界变形量占了总变形量的绝大部分，晶界并未产生开裂，晶界变形量占了总变形量的绝大部分，晶界并未产生开裂，晶内变形量很少，晶粒保持等轴状或等轴化，而不被拉长。晶内变形量很少，晶粒保持等轴状或等轴化，而不被拉长。扩散调节的晶界滑扩散调节的晶界滑移机制移机制:晶界滑移伴晶界滑移伴随着晶粒的转动随着晶粒的转动l与冷热变形的组织结构不一样，超塑
5、性变形后，与冷热变形的组织结构不一样，超塑性变形后，晶粒的等轴形状几乎保持不变是显微组织的主晶粒的等轴形状几乎保持不变是显微组织的主要特征之一。要特征之一。l超塑性变形不产生弹性残余应力。超塑性变形不产生弹性残余应力。2.超塑性分类超塑性分类 l结构超塑性：具有直径小于结构超塑性：具有直径小于 10m的微细晶粒的微细晶粒的金属材料，在一定的恒温（的金属材料，在一定的恒温（T=0.5Tm)和一和一定低应变速率下进行拉伸变形时获得的超塑性。定低应变速率下进行拉伸变形时获得的超塑性。又称为恒温超塑性或微细晶粒超塑性。又称为恒温超塑性或微细晶粒超塑性。晶粒细化程度晶粒细化程度 共析和共晶合金比较容易获
6、得细化晶粒及均匀组织共析和共晶合金比较容易获得细化晶粒及均匀组织状态，易于实现超塑性。状态，易于实现超塑性。l相变超塑性（动态超塑性）：具有固态相变的相变超塑性（动态超塑性）：具有固态相变的金属在相变温度附近进行加热与冷却循环，反金属在相变温度附近进行加热与冷却循环，反复发生相变或同素异构转变，同时在低应力下复发生相变或同素异构转变，同时在低应力下进行变形，可产生极大伸延性的现象。进行变形，可产生极大伸延性的现象。特点：变形中伴随相变所表现出来的超塑性。特点：变形中伴随相变所表现出来的超塑性。3.金属超塑性成形工艺应用金属超塑性成形工艺应用 l获得形状复杂，尺寸精密的零件，获得形状复杂，尺寸精
7、密的零件，l对部分难成形金属零件加工具有特殊重对部分难成形金属零件加工具有特殊重要的意义。要的意义。（1 1）超塑性气压成形）超塑性气压成形l以压缩气体为动力，使处于超塑性状态下的金以压缩气体为动力，使处于超塑性状态下的金属材料等温热胀，以产生大变形量来生产零件属材料等温热胀，以产生大变形量来生产零件的一种工艺。的一种工艺。(2)超塑性拉深成形超塑性拉深成形 l单次拉深的最大单次拉深的最大杯深与杯的直径杯深与杯的直径比大于比大于11，是常，是常规拉深时的规拉深时的15倍。倍。(3)超塑性挤压成形超塑性挤压成形 l将坯料直接放入模具内一起加热到最佳的超塑将坯料直接放入模具内一起加热到最佳的超塑性
8、的恒定温度后，并恒定慢速加载，保压，在性的恒定温度后，并恒定慢速加载，保压，在封闭的模具中进行压缩成形的工艺。封闭的模具中进行压缩成形的工艺。l特点：特点：在成形过程中模具也保持与变形金属相同的恒温，在成形过程中模具也保持与变形金属相同的恒温，改善金属流动性，降低成形力，一次压缩可得到变改善金属流动性，降低成形力，一次压缩可得到变形量大，减少中间热处理工序，形状复杂的零件成形量大，减少中间热处理工序，形状复杂的零件成形，组织均匀，无残余应力。形，组织均匀，无残余应力。超塑性挤压成形工艺充分利用了超塑性变形抗力低超塑性挤压成形工艺充分利用了超塑性变形抗力低的特点，可以使单位挤压力降低到的特点，可
9、以使单位挤压力降低到1/51/10。(4)超塑性无模拉拔成形超塑性无模拉拔成形 l基于超塑性材料对温度及应变速率的敏感特性，基于超塑性材料对温度及应变速率的敏感特性，对工件局部进行感应加热，在控制加热温度条对工件局部进行感应加热，在控制加热温度条件下，以控制的速度进行拉拔，实现超塑性变件下，以控制的速度进行拉拔，实现超塑性变形，制出截面为矩形，圆形等简单形状的管状，形，制出截面为矩形，圆形等简单形状的管状，棒状零件。棒状零件。二、二、高能率成形高能率成形 High Enengy Rate Formingl概念：在极短的时间内（毫秒级）将化学能、电能、电概念：在极短的时间内（毫秒级）将化学能、电
10、能、电磁能或机械能传递给被加工的金属材料，使之迅速成形磁能或机械能传递给被加工的金属材料，使之迅速成形的工艺。的工艺。l特点：特点：应变速率高达应变速率高达 102104/s，（板材，杆材：，（板材，杆材：103/s；拉深：拉深：102/s），可以使难变形的材料进行成形。），可以使难变形的材料进行成形。加工时间短，加工精度高。加工时间短，加工精度高。l爆炸成形，爆炸成形，l电液成形电液成形l电磁成形。电磁成形。1.爆炸成形爆炸成形 Explosion Formingl利用炸药爆炸的化学能使金属材料高速利用炸药爆炸的化学能使金属材料高速高压成形的加工方法。高压成形的加工方法。l特点：特点：高速变
11、形，使难于变形的金属材料可以变形高速变形，使难于变形的金属材料可以变形或易于变形；或易于变形；高能量变形，适于大件成形。高能量变形，适于大件成形。爆炸成形工艺分类爆炸成形工艺分类l特点：特点：应变均匀，受压应力，冷压产品受拉应变均匀，受压应力，冷压产品受拉应力作用；内腔经受爆炸挤压硬化，其内径产应力作用；内腔经受爆炸挤压硬化，其内径产生残余压应力；产生孪晶；产生组织转变，爆生残余压应力；产生孪晶；产生组织转变，爆炸成形的奥氏体不锈钢组织为马氏体。炸成形的奥氏体不锈钢组织为马氏体。l应用应用:可以用于板料拉深、胀形、弯曲、冲可以用于板料拉深、胀形、弯曲、冲孔、压花表面硬化、粉末压制等。孔、压花表
12、面硬化、粉末压制等。球形件的爆炸成形通常采用简单的边缘支撑，用圆球形件的爆炸成形通常采用简单的边缘支撑，用圆形坯进行非模压一次自由爆炸成形。形坯进行非模压一次自由爆炸成形。当坯料进行大应变的深拱形件成形时，可进行多次当坯料进行大应变的深拱形件成形时，可进行多次爆炸成形，在每次爆炸之间要实施退火。爆炸成形爆炸成形，在每次爆炸之间要实施退火。爆炸成形使炮筒内膛挤压硬化，可保持大的残余压应力；使炮筒内膛挤压硬化，可保持大的残余压应力；油罐车的碟形封头在水下小型爆炸成形；油罐车的碟形封头在水下小型爆炸成形；爆炸成形的又一用途是实现零件原形修复。爆炸成形的又一用途是实现零件原形修复。2.电液成形电液成形
13、 Electro-Hydraulic Formingl由水中两电极间放电所产生的冲击波和液流冲由水中两电极间放电所产生的冲击波和液流冲击使金属成形的工艺击使金属成形的工艺l适于形状简单的中小型零件的成形，特别适于适于形状简单的中小型零件的成形，特别适于细金属管胀形加工，由于受到设备容量限制，细金属管胀形加工，由于受到设备容量限制，不适于大件成形。不适于大件成形。3.电磁成形电磁成形 Electro-Magnetic Formingl利用电磁力加压成形的工艺，也是一种高速成形的加利用电磁力加压成形的工艺，也是一种高速成形的加工方法。工方法。l进行电磁成形的金属材料应具有良好的导电性，如铜，进行电
14、磁成形的金属材料应具有良好的导电性，如铜，铝和钢。但像不锈钢，镍基合金和钛合金等实施电磁铝和钢。但像不锈钢，镍基合金和钛合金等实施电磁成形有一定难度。成形有一定难度。l电磁成形主要用于普通冲压方法不易加工的零件的成电磁成形主要用于普通冲压方法不易加工的零件的成形。形。三、液态模锻三、液态模锻l将金属液直接浇入金属模的型腔内，然后对熔将金属液直接浇入金属模的型腔内，然后对熔融或半熔融的金属施以机械静压力，使液态金融或半熔融的金属施以机械静压力，使液态金属充满型腔并在压力下结晶凝固，发生塑性变属充满型腔并在压力下结晶凝固，发生塑性变形，获得毛坯或零件的加工工艺。形，获得毛坯或零件的加工工艺。1.液
15、态模锻方法液态模锻方法l按照施压方式与冲头端面形状可分为：按照施压方式与冲头端面形状可分为：平冲头加压法平冲头加压法:将金属液浇入凹模后，冲头下行与将金属液浇入凹模后，冲头下行与凹模构成封闭型腔，加压使熔融或半熔融金属结晶凹模构成封闭型腔，加压使熔融或半熔融金属结晶凝固，同时进行塑性成形。这个工艺适用于铸锭或凝固，同时进行塑性成形。这个工艺适用于铸锭或形状简单厚壁件的成形。形状简单厚壁件的成形。异形冲头加压法异形冲头加压法:异形冲头加压使金属液向上翻滚。异形冲头加压使金属液向上翻滚。这种工艺适用于轴对称，形状较复杂的空心薄壁零这种工艺适用于轴对称，形状较复杂的空心薄壁零件成形。件成形。间接加压
16、液态模锻法间接加压液态模锻法:将金属液浇入下模后，上模将金属液浇入下模后，上模与下模合成模腔，上模下行挤压金属液，使其以低与下模合成模腔，上模下行挤压金属液，使其以低速流入模腔而成形的工艺。这个工艺适用于一模多速流入模腔而成形的工艺。这个工艺适用于一模多件成形。件成形。2.液态模锻凝固方式液态模锻凝固方式 l浇注熔融金属液先在模具周边凝固结晶，浇注熔融金属液先在模具周边凝固结晶，l凝固速度比铸造快凝固速度比铸造快23倍。倍。l心部金属液是在压力作用下冷却凝固的，有助于减少心部金属液是在压力作用下冷却凝固的，有助于减少铸造缺陷，组织细化均匀致密。铸造缺陷，组织细化均匀致密。l凝固过程是在封闭模腔
17、中加压完成的，由于加压凝固凝固过程是在封闭模腔中加压完成的，由于加压凝固和相变，液态模锻锻件的强度高于轧材，但枝晶偏析，和相变，液态模锻锻件的强度高于轧材，但枝晶偏析，杂质与铸造残余组织使塑性变差。杂质与铸造残余组织使塑性变差。3.液态模锻工艺加压参数选择液态模锻工艺加压参数选择 设备基本要求：设备基本要求：有足够的压力和持续稳定的保压能力；有足够的压力和持续稳定的保压能力；有较快的空程速度和一定的加压速度；有较快的空程速度和一定的加压速度；有足够的顶出力和较大的回程力。有足够的顶出力和较大的回程力。对于形状简单的零件，通用液压机作为液态模锻设备可对于形状简单的零件，通用液压机作为液态模锻设备可满足生产需要。满足生产需要。4.液态模锻工艺特点液态模锻工艺特点 l液态模锻是一种少无切削金属压力加工液态模锻是一种少无切削金属压力加工方法。实质上是铸造与锻造的组合工艺，方法。实质上是铸造与锻造的组合工艺，兼具铸造工艺简单，成本低和锻造产品兼具铸造工艺简单，成本低和锻造产品性能好，质量可靠等优点，克服了铸锻性能好，质量可靠等优点，克服了铸锻两种工艺的缺点。有自己的一些特点：两种工艺的缺点。有自己的一些特点：加压下同时凝固与塑性变形加压下同时凝固与塑性变形 消除内部缺陷，提高精度消除内部缺陷，提高精度 高性能成本低高性能成本低