技术资料

高速锤模锻工艺

发布时间:2018-8-22
  高速锤打击速度高(12~20m/s),毛坯在极短瞬间完成变形,金属热量散失小,有较高的塑性及较低的抗力,流动性好,表现出良好的充填性,非常适合于成形那些在普通锻造设备上很难、甚至不可能进行锻造的形状复杂、薄壁、高筋的锻件,尤其是难成形的高强度贵重金属锻件。在高速锤上生产的锻件已有数百种之多,例如叶片、涡轮、轮盘、壳体、凸缘、接头、齿轮及轴件等。
  高速锤由于能量调节比较困难,打击频率低,所以多作为锻件的终锻成形使用,并且以具有轴对称外形的锻件为主。高速锤上锻件大致可分为模锻件及挤压件两大类。
  高速锤上模锻一般采用闭式榛锻,因为开式模锻时金属有较大的径向惯性流动,而成形又是在单次打击中完成,飞边无法起蓟阻力作用。挤压是高速锤模锻中用得比较广泛的工艺方法。
  高速锤的模锻能力用打击能量表示,例如t·m、kJ等。高速锤的打击能量消耗于的塑性变形以及模具、设备本身的弹性变形。如果高速锤的打击能量低于毛坯成形所需形能,则锻件充不满;反之,若打击能量高于所需的变形能,模具和设备要承受剩余能起的冲击作用,会导致模具过早地损坏。
  挤压变形所需的能量E挤按下式计算:
  E式中V挤——被挤部分的金属体积,m3;
  P挤——挤压变形抗力,与金属化学成分及变形温度有关,×104Pa,按试验所得不同材料、不同温度下的P挤值见表1;
  A——挤压比,A—11:0,是挤压前后毛坯截面积之比。
  表1各种材料在不同挤压温度下的p挤值 单位:MPa

  材料

温度/℃

20

150

1000

1100

1150

纯铜T2

2A50(LD5)

45钢

1Cr13、2Cr13

4Crl4Ni14W2MO

Cr17Ni2

GH36

1Gr14N18W2NbB

ZCr12WMoNbVB

103

464

196

698

747

710

873

810

784

652

652

690

663

829

746

  典型的高速锤成形工艺是汽轮机叶片的挤压。叶片材料为2Crl3。工艺过程步骤一般是:毛坯准备、毛坯预热、涂玻璃粉保护剂、毛坯加热、挤压成形、热处理、切削加工。
  叶片锻件图按照产品零件图和高速锤锻造特点制订,如图8-45所示。叶片的叶根部分为纵树形,按挤压工艺要求设计成矩形,由切削加工成形,叶根底面及四周留2mm余量。为便于金属流动,叶根与叶身的连接部分设计成圆滑过渡。叶身型面部分留0.15~0.2mm的抛光余量,但对小型叶片(叶身长度小于50mm)的型面可不留余量,因挤压时,两半片模受力后会有0.1~0.2mm的张开量,自然就形成了抛光余量。各处圆角半径尽可能大些,以防止应力集中造成模具破坏。热收缩率一般取1.1%~1.4%;较长叶片在长度方向应比零件尺寸放长5~10mm,以备尖角部分充不满。
  如图8—46所示是叶片挤压模具图。叶片具有较大的扭角,为了出模方便,设计在可分凹模5内成形。活动冲头6与可分凹模5组成挤压模膛,位于内套4内,以6锥面相配合。
  凸模及凹模材料采用4CrSW2VSi热模具钢。活动冲头6是活动的,直接放于毛坯上,由上冲头7进行打击。
  
  图1 叶片锻件图  图2 叶片挤压模
1-下模板;2,8-垫板;3-外套;4-内套;5-可分凹模;6-活动冲头;7-上冲头;9-螺钉;10-上模板
  为了提高模具寿命,可分凹模应具有足够的精度和粗糙度。凹模硬度取47~50HRC,凸模硬度可以高些,以免产生镦粗变形,取52~54HRC。当毛坯在玻璃熔液内加热时,表面会黏附较多的玻璃液体,为了使多余的润滑剂能及时挤出,可在凸模的四周开设小槽。模具在挤压前要预热,挤压时温升不能太高,必要时多准备几副模具轮流使用,既有利于控制模具温度,又使清理准备工作时间充分,对提高模具寿命也有利。
  良好的润滑不仅使叶片挤压时减少变形能量消耗、提高精密锻件表面质量,同时对内部组织与性能也有很大影响。毛坯表面一般喷涂玻璃润滑剂'玻璃润滑剂的摩擦系数与热导率都很低,随着温度升高,与金属一起产生流动,在金属与模具之间形成一层分离薄膜,能同时起润滑、保温、防止氧化的作用。例如某厂使用的玻璃润滑剂成分为:
  42%Si02+6%B203+3.8%Ca0+42%BaO+4.6%Zno+1.6%M003
  为了进一步提高润滑效果,可以使用二硫化钼油剂-(或在其中增添胶状石墨与铝粉),将这种润滑剂预热至80~100℃,喷涂在模具模膛的表面上。
  叶身为变截面的叶片,挤压时的能量计算公式为:
  E挤一v挤P挤f 2.3×AmaxlgAmax--AminlgAmin-11×10.6(kN·m)
  被挤部分的金属体积
  V挤=FoS
  式中Fo——毛坯截面积,mm2;
  S——挤压行程,mm,按叶身所需体积计算。
  本例中,叶身顶部横截面积Fo=216mm2,叶身近根部处的横截面积Fo=261mm2。
  由上可知:
  挤压温度为1100℃时,2Crl3的P挤-698MPa。将上述数值代入上式得:
  E挤=29160×698×(2.3 X一1)×10。6—28.4(kN·m)
  计算所得的变形能量只能作为参考,在生产中,先用较低的打击能量进行试锻,逐步调试到合适的打击能量。

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