可通过在多道次旋压中间增加热处理软化工序成形最终产品,主要的工艺参数为道次减薄率、旋压间隙、旋轮进给比、旋轮成形角、旋轮圆角半径以及错距量等,旋轮成形角、旋压间隙要合理匹配,负责旋轮前沿材料极易产生局部隆起、堆积以至失稳开裂。
2.3.2 锥筒形件剪切旋压
锥筒形工件形状的改变主要是壁厚的减薄、锥度减小和高度的增加,最终产品要素为锥筒段高度、半锥角、壁厚、已知位置的直径、锥筒段母线直线度、圆度等。
工艺方案及参数的制定也因考虑所旋材料的延伸率、断面收缩率等因素。根据变形程度的大小,可适当增加剪切旋压道次,在道次中间增加热处理工序以软化材料,增加可旋性。在铝合金材料的剪切旋压中由于变形程度较大,可通过热旋压的方式成形工件,具体是将毛坯均匀预热到再结晶温度以上,同时将旋压模具加热到200~300℃,在旋压过程中可用乙炔焰直接加热毛坯,以保证温度不会过快降低,使材料处于软化状态,有利于旋压成形。其主要工艺参数除无错距量外,其余同圆筒强力旋压,为了增大材料变形区面积,防止材料所受拉应力过大,旋轮前沿处材料局部隆起过高,旋轮大多使用大圆角的普旋旋轮。
毛坯的设计主要依据剪切旋压正弦理论,工件壁厚与锥度成特定关系。因形状变化较大,旋压时应防止局部失稳开裂。
2.3.3 封头普旋成形
封头工件是一种广泛应用于锅炉、化工容器、油罐、核反应堆、导弹和人造卫星等的重要零件。其规格正向大型化的方向发展,应用领域也在不断扩大.采用旋压法加工大、中型封头具有其它加工方法无可比拟的优越性。
封头旋压通常是采用板料成形,变形前后壁厚不变化或者变化极小,直径变化较大,或收缩或扩大,旋压时较易失稳或局部拉薄,有单向前进旋压和往复摆动多道次逐步旋压两种方式。产品要素为封头外形轮廓度、已知位置直径、高度、壁厚等。主要工艺要素为旋轮运动轨迹、旋压道次、道次旋压间距、旋压速度、是否热旋等,渐开线形旋轮运动轨迹最有利于旋压成形,道次旋压间距的确定极为重要,直接影响旋压过程的成败。
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目前,国内外在封头冷旋压成形中,主要采用两种方法。一是一步法,即板坯在旋压机上一次旋压成形。二是二步法,即板坯是在压鼓机上沿板坯展面逐点压制成球冠形,然后在旋压机上翻边。一步法旋压封头,其工作效率远远高于采用二步法成形封头工艺过程,产品质量较好。现阶段一步法旋压封头已处于主导地位,并已发展成熟。
封头的旋压成形分冷旋、温旋、热旋。冷旋是指在常温下对毛坯板料进行旋压成形,由于受到材料塑性限制,能采用冷旋成形的封头材料并不多。封头温旋成形技术主要用于中厚板封头和一些难于冷变形材料的封头成形。一般将金属加热到再结晶温度或锻造温度以下某个温度的旋压成形称为温旋。热旋成形是将金属加热到再结晶温度或锻造温度以上某个温度下进行的,随着温度的升高,金属的塑性也随之增强。而变形速度对塑性的影响是一个比较复杂的问题,随着变形速度的增加,既有使金属塑性降低的一面,又有作用相反的一面,而且不同温度下变形速度的影响也不同。
2.3.4车轮辋旋压
车轮辋旋压技术是近几年才发展起来的轮辋成形新工艺方法,主要针对镁铝合金材料的轮毂(图2-8),也有部分轮毂采用钢质。国外17英寸以下轿车铝轮的生产以锻坯或环坯经旋压成型已成为主流。近几年国外用锻造、旋压工艺制造了22.5英寸载重汽车无内胎车轮,以其造型美观、重量轻、强度高成为钢轮的强劲竞争点。
图2-3 铝合金车轮
传统的轮毂制造工艺方法是在较低压力(一般在20~60KPa)下浇注(铸造)―热处理―机械加工―最后表面处理,该方法适合大批量生产、生产率高、合格率较高、铝液利用率较高,但表面质量欠佳、成本稍高,而采用锻造―退火―旋压―热处理―机械加
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工―表面处理(喷涂或电镀)工艺方法生产的轮毂,大大提高了制造精度,有较致密的金相组织和较好的机械性能,较易达到轮毂等强度要求,重量轻、表面光洁,机械加工余量大大减少。此工艺在德国等较发达国家已发展成为成熟技术,目前国内已有较少企业在使用该工艺研究试制。
车轮旋压工艺一般可采用板材劈开式旋压或用铸(锻)件毛坯进行强力旋压成型两种工艺方式。劈开式旋压工艺是将圆盘状板坯用劈开轮通过分层工艺,使毛坯在厚度方向中部被劈成两份,再用成型轮渐进普旋成型即可;强旋工艺是将铸(锻)铝毛坯进行若干道次的强旋,从而达到轮辋型面尺寸要求。
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3 钛旋压技术研究 3.1 钛合金及其成形特点
3.1.1 钛合金简介
钛合金是以钛为基加入适量其他合金元素组成的合金。耐海水腐蚀性优异。钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属,钛合金因具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域。世界上许多国家都认识到钛合金材料的重要性,相继对其进行研究开发,并得到了实际应用。20世纪50~60年代,主要是发展航空发动机用的高温钛合金和机体用的结构钛合金,70年代开发出一批耐蚀钛合金,80年代以来,耐蚀钛合金和高强钛合金得到进一步发展。钛合金主要用于制作飞机发动机压气机部件,其次为火箭、导弹和高速飞机的结构件。
3.1.2钛合金分类
钛是同素异构体,熔点为1668℃,在低于882℃时呈密排六方晶格结构,称为α钛;在882℃以上呈体心立方晶格结构,称为β钛。利用钛的上述两种结构的不同特点,添加适当的合金元素,使其相变温度及相分含量逐渐改变而得到不同组织的钛合金(titanium alloys)。室温下,钛合金有三种基体组织,钛合金也就分为以下三类:α合金,(α+β)合金和β合金。中国分别以TA、TC、TB表示。
3.1.3钛合金成形特点
(1)强度高
钛合金的密度一般在4.51g/cm3左右,仅为钢的60%,纯钛的强度才接近普通钢的强度,一些高强度钛合金超过了许多合金结构钢的强度。因此钛合金的比强度(强度/密度)远大于其他金属结构材料。 (2)热强度高
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