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論溫擠壓模具的發(fā)展現(xiàn)狀與應(yīng)用

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論溫擠壓模具的發(fā)展現(xiàn)狀與應(yīng)用


  【關(guān)鍵詞】:溫擠壓;熱擠壓;冷擠壓
  【摘要】:
結(jié)合國內(nèi)外溫擠壓技術(shù)的研究現(xiàn)狀,對溫擠壓的特點、適用范圍以及存在的問題加以介紹和作適當?shù)脑u述。
    
   擠壓技術(shù)作為一種高效、優(yōu)質(zhì)、低消耗的少無切屑加工工藝,在、輕工、汽車、宇航、軍工、電器等部門已成為金屬塑性成形加工的一種極重要手段。介于冷擠壓和熱擠壓之間的溫擠壓是近學來國內(nèi)外發(fā)展較快的一種毛坯精化新型工藝。溫擠壓適用于對常溫成形時變形抗力高、塑性差、加工硬化激烈且又很難成形的高強度金屬及耐蝕耐熱鋼、不銹鋼、鐵合金鋼及含鉻量高的鋼等的加工,更適合于形狀復(fù)雜的非軸對稱異形零件的成形,在汽車、拖拉機、發(fā)動機、軍工以及航空航天等領(lǐng)域已成了一種不可替代的成形方法,有人預(yù)言,溫擠壓件十年內(nèi)應(yīng)用比重有可能超過冷擠壓件。
  
  1.溫擠壓模具的特點
  
   1.1 與冷擠壓相比的特點
 。1)金屬塑性提高,變形抗力下降
   溫擠壓時可以將坯料加熱到再結(jié)晶溫度以下塑性好、變形抗力較低的溫度區(qū)域,以降低變形力。經(jīng)測試,一般情況下溫擠壓的成形力僅為冷擠壓的1/3~l/2,降低了設(shè)備噸位和模具負荷。
 。2)溫擠壓件的尺寸精度和表面質(zhì)量接近冷擠壓件
   溫擠壓的成形溫度越低,其制件的尺寸精度也越高,表面粗糙度值也越低,更接近于冷擠壓件的質(zhì)量;反之,尺寸精度和表面質(zhì)量隨溫度上升而下降。
 。3)每道工步的變形量較冷擠壓大,可減少工步數(shù)
   由于溫擠壓時金屬塑性好,金屬的流動性能要明顯優(yōu)于冷擠壓,在冷擠壓時要數(shù)道工步完成的成形在溫擠壓時可能只要一道即可完成,生產(chǎn)效率提高。
  (4)可連續(xù)生產(chǎn),有利于降低
   冷擠壓在多工步成形時,工步間需要進行軟化和潤滑處理。溫擠壓在多工步成形時,一股可在連續(xù)加熱后連續(xù)成形,不需要進行工步間的軟化和表面處理,減低了生產(chǎn)成本。
 。5)對模具的要求高
   冷擠壓時僅需對模具進行潤滑,不考慮漠具的冷卻;而溫擠壓時不僅要對模具進行潤滑,還要給予模具充分冷卻。
   1.2 與熱擠壓相比的特點
   (1)尺寸精度和表面質(zhì)量遠優(yōu)于熱擠壓件
  由于溫擠壓加熱溫度要低于熱擠壓,避開了鋼的劇烈氧化溫度,同樣在非保護氣氛中溫擠壓坯料的氧化極微,無脫碳現(xiàn)象,避免了因氧化、脫碳等造成的缺陷,使擠壓件的尺寸精度和表面質(zhì)量大大提高。
 。2)擠壓件得到強化,不需要進行擠壓后熱處理
   溫擠壓后可以使擠壓件產(chǎn)生加工硬化,對于低碳鋼而言可以改善切削性能,不需要進行正火調(diào)節(jié)硬度。對于一些不需要進行最終熱處理的零件,溫擠壓的強化作用足以滿足其對力學性能的要求。
  (3)對校具的使用要求高
   熱擠壓時可以對模具進行模內(nèi)循環(huán)水冷卻,也可進行外部噴射水冷卻,而不影響金屬的成形性能。溫擠壓時只能采用模內(nèi)循環(huán)水冷卻,因為外部冷卻水接觸坯料會使坯料過冷,使溫擠壓無法進行。對于一些變形量不大的零件,熱擠壓時可不對坯料進行潤滑處理,也可使模具達到相當?shù)膲勖。但溫擠壓時,坯料與放具的接觸應(yīng)力雖比冷擠壓時小得多,但在無潤滑的條件不會出現(xiàn)早期失效。由此可見,溫擠壓對模具的要求比冷、熱擠壓高得多。
 。4)對坯料的加熱方法要求高
   由于溫濟壓埋料加熱時不得出現(xiàn)嚴重的氧化和脫碳政象,對爐溫控制的準確性要求高。故應(yīng)盡可能采用電加熱方法,如感應(yīng)加熱和電阻爐加熱等。火焰加熱也僅限于煤氣和天然氣加熱,一般情況下不采用煤或油加熱。
  
  2.國內(nèi)溫擠壓技術(shù)研究現(xiàn)狀
  
   我國近幾年在溫擠壓技術(shù)方面的研究取得了很大的進展。我國上海大學洪慎章等人利用溫擠壓技術(shù)成形了一直靠進口的電機磁極和洗衣機制動輪;青島理工大學田福祥采用浮動的上凹模與下凹模對合結(jié)構(gòu),溫擠壓成形了3Crl3馬氏體不銹鋼液壓機閥瓣;燕山大學張立玲等人采用熱機藕合彈塑性有限元法溫擠壓成形了20CrMnTi轎車等速萬向節(jié)滑套;廣東陽春軸承廠黃覺亮利用溫擠壓與冷精沖復(fù)合工藝成形了W208PPB5外球面方孔軸承。于滬平等采用塑性成形模擬軟件DEFORM;結(jié)合剛粘塑性有限元罰函數(shù)法對平面分流模的擠壓變形過程進行了二維模擬,得出了擠壓過程中鋁合金的應(yīng)力、應(yīng)變、溫度以及流動速度等的分布特點和變化規(guī)律;劉漢武等利用ANSYS軟件對分流組合模擠壓鋁型材進行了有限元分析和計算,找出了模具設(shè)計中不易發(fā)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)缺陷;周飛等采用三維剛粘塑性有限元方法,對連續(xù)擠壓過程進行了數(shù)值模擬,分析了連續(xù)擠壓的不同成形階段,給出了成形各階段的應(yīng)力、應(yīng)變和溫度場分布情況;馬思群等使用三線非線性有限元分析軟件MSC.marc,對擠壓工藝進行數(shù)值模擬研究,分析了擠壓過程中金屬流動分布規(guī)律,并得到了擠壓過程中變形體中任一指定點應(yīng)力、溫度隨時間變化的規(guī)律。王彥可等針對輒承保持架溫擠壓模具失效,利用三維繪圖軟件SolidWorks建立保持架凹模的三維模型,將三維模型導(dǎo)入ANSYS有限元軟件進行模擬和分析,發(fā)現(xiàn)應(yīng)力分布不均勻且應(yīng)力集中是回模開裂的問題;李更新等人利用Pro/E和DEFORM軟件進行溫濟壓成形數(shù)值模擬解決了20Cr直齒圓柱齒輪齒形角限充不滿的難題?梢哉f,溫擠壓是一項有效的毛坯精化技術(shù),值得大大推廣。
  
  3.溫擠壓的適用范圍
  
   溫擠壓是一項有效的毛坯精化工藝。它一般不需添加機器設(shè)備,工藝也不復(fù)雜,而且收效快,值得大力推廣。
   當然,溫擠壓與冷擠壓相比,需要增添加熱裝置,產(chǎn)品尺寸精度與表面光潔度雖于冷擠壓較接近,但不免稍差一些,勞動條件由于毛坯加熱也較冷擠壓時差。所以溫擠壓雖有一系列優(yōu)點,但一般說來,在下列三種情況下采用溫擠壓時比較適宜的,即:
 。╨)對于高合金鋼、高強度,用冷擠壓進行大變形加工有困難時;
 。2)對于一般材料,用于冷擠壓而壓機噸位不夠時;
 。3)打算組織連續(xù)生產(chǎn)時。
  
  4.所要解決的主要問題
  
   目前,溫擠壓采用的潤滑劑,雖然有許多進展,但還不能十分令人滿意。同時也還缺乏加工方面的一些實際數(shù)據(jù),完全適合溫擠壓的模具材料還正在研究試驗。溫擠壓技術(shù)遠沒有冷、熱擠壓技術(shù)廣泛推廣于我國生產(chǎn)和實際應(yīng)用,最根本原因之一就是其模具工作零件存在著嚴重的早期失效現(xiàn)象,模具壽命沒有達到預(yù)定理想目標,從而影響著溫擠壓技術(shù)優(yōu)勢的發(fā)揮。此外相應(yīng)研究與實踐的資料還不十分完整。因此,要使溫擠壓加工應(yīng)用范圍迅速發(fā)展,還有許多技術(shù)方面的問題有待解決。
  
  參考文獻
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   [2] 洪深澤,擠壓工藝及模具設(shè)計[M],北京:機械工業(yè)出版社,1996
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   [4] 楊宏芳,溫擠壓工藝及其應(yīng)用[J]現(xiàn)代制造工程,2001,(2):39-40
   [5] 吳詩淳,溫擠技術(shù)[M],北京:國防工業(yè)出版社,1979

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