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技術資料

高速錘模鍛工藝

發布時間:2018-8-22
  高速錘打擊速度高(12~20m/s),毛坯在極短瞬間完成變形,金屬熱量散失小,有較高的塑性及較低的抗力,流動性好,表現出良好的充填性,非常適合于成形那些在普通鍛造設備上很難、甚至不可能進行鍛造的形狀復雜、薄壁、高筋的鍛件,尤其是難成形的高強度貴重金屬鍛件。在高速錘上生產的鍛件已有數百種之多,例如葉片、渦輪、輪盤、殼體、凸緣、接頭、齒輪及軸件等。
  高速錘由于能量調節比較困難,打擊頻率低,所以多作為鍛件的終鍛成形使用,并且以具有軸對稱外形的鍛件為主。高速錘上鍛件大致可分為模鍛件及擠壓件兩大類。
  高速錘上模鍛一般采用閉式榛鍛,因為開式模鍛時金屬有較大的徑向慣性流動,而成形又是在單次打擊中完成,飛邊無法起薊阻力作用。擠壓是高速錘模鍛中用得比較廣泛的工藝方法。
  高速錘的模鍛能力用打擊能量表示,例如t·m、kJ等。高速錘的打擊能量消耗于的塑性變形以及模具、設備本身的彈性變形。如果高速錘的打擊能量低于毛坯成形所需形能,則鍛件充不滿;反之,若打擊能量高于所需的變形能,模具和設備要承受剩余能起的沖擊作用,會導致模具過早地損壞。
  擠壓變形所需的能量E擠按下式計算:
  E式中V擠——被擠部分的金屬體積,m3;
  P擠——擠壓變形抗力,與金屬化學成分及變形溫度有關,×104Pa,按試驗所得不同材料、不同溫度下的P擠值見表1;
  A——擠壓比,A—11:0,是擠壓前后毛坯截面積之比。
  表1各種材料在不同擠壓溫度下的p擠值 單位:MPa

  材料

溫度/℃

20

150

1000

1100

1150

純銅T2

2A50(LD5)

45鋼

1Cr13、2Cr13

4Crl4Ni14W2MO

Cr17Ni2

GH36

1Gr14N18W2NbB

ZCr12WMoNbVB

103

464

196

698

747

710

873

810

784

652

652

690

663

829

746

  典型的高速錘成形工藝是汽輪機葉片的擠壓。葉片材料為2Crl3。工藝過程步驟一般是:毛坯準備、毛坯預熱、涂玻璃粉保護劑、毛坯加熱、擠壓成形、熱處理、切削加工。
  葉片鍛件圖按照產品零件圖和高速錘鍛造特點制訂,如圖8-45所示。葉片的葉根部分為縱樹形,按擠壓工藝要求設計成矩形,由切削加工成形,葉根底面及四周留2mm余量。為便于金屬流動,葉根與葉身的連接部分設計成圓滑過渡。葉身型面部分留0.15~0.2mm的拋光余量,但對小型葉片(葉身長度小于50mm)的型面可不留余量,因擠壓時,兩半片模受力后會有0.1~0.2mm的張開量,自然就形成了拋光余量。各處圓角半徑盡可能大些,以防止應力集中造成模具破壞。熱收縮率一般取1.1%~1.4%;較長葉片在長度方向應比零件尺寸放長5~10mm,以備尖角部分充不滿。
  如圖8—46所示是葉片擠壓模具圖。葉片具有較大的扭角,為了出模方便,設計在可分凹模5內成形。活動沖頭6與可分凹模5組成擠壓模膛,位于內套4內,以6錐面相配合。
  凸模及凹模材料采用4CrSW2VSi熱模具鋼。活動沖頭6是活動的,直接放于毛坯上,由上沖頭7進行打擊。
  
  圖1 葉片鍛件圖  圖2 葉片擠壓模
1-下模板;2,8-墊板;3-外套;4-內套;5-可分凹模;6-活動沖頭;7-上沖頭;9-螺釘;10-上模板
  為了提高模具壽命,可分凹模應具有足夠的精度和粗糙度。凹模硬度取47~50HRC,凸模硬度可以高些,以免產生鐓粗變形,取52~54HRC。當毛坯在玻璃熔液內加熱時,表面會黏附較多的玻璃液體,為了使多余的潤滑劑能及時擠出,可在凸模的四周開設小槽。模具在擠壓前要預熱,擠壓時溫升不能太高,必要時多準備幾副模具輪流使用,既有利于控制模具溫度,又使清理準備工作時間充分,對提高模具壽命也有利。
  良好的潤滑不僅使葉片擠壓時減少變形能量消耗、提高精密鍛件表面質量,同時對內部組織與性能也有很大影響。毛坯表面一般噴涂玻璃潤滑劑'玻璃潤滑劑的摩擦系數與熱導率都很低,隨著溫度升高,與金屬一起產生流動,在金屬與模具之間形成一層分離薄膜,能同時起潤滑、保溫、防止氧化的作用。例如某廠使用的玻璃潤滑劑成分為:
  42%Si02+6%B203+3.8%Ca0+42%BaO+4.6%Zno+1.6%M003
  為了進一步提高潤滑效果,可以使用二硫化鉬油劑-(或在其中增添膠狀石墨與鋁粉),將這種潤滑劑預熱至80~100℃,噴涂在模具模膛的表面上。
  葉身為變截面的葉片,擠壓時的能量計算公式為:
  E擠一v擠P擠f 2.3×AmaxlgAmax--AminlgAmin-11×10.6(kN·m)
  被擠部分的金屬體積
  V擠=FoS
  式中Fo——毛坯截面積,mm2;
  S——擠壓行程,mm,按葉身所需體積計算。
  本例中,葉身頂部橫截面積Fo=216mm2,葉身近根部處的橫截面積Fo=261mm2。
  由上可知:
  擠壓溫度為1100℃時,2Crl3的P擠-698MPa。將上述數值代入上式得:
  E擠=29160×698×(2.3 X一1)×10。6—28.4(kN·m)
  計算所得的變形能量只能作為參考,在生產中,先用較低的打擊能量進行試鍛,逐步調試到合適的打擊能量。
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