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精密模锻的变形温度和精度

发布时间:2019-1-2
  一、精密模锻的变形温度
  加热是精密模锻工艺中的重要环节。精密模锻经常在高温和中温下进行。
  1.高温精密模锻
  要防止加热时毛坯表面产生严重的氧化与脱碳,可以在少、无氧化敞焰加热炉或其够有效控制气氛的加热炉中加热。要防止热锻件冷却过程中发生二次氧化,可在有保护的装置中进行冷却;也可以把锻件有次序地分放在有格子的砂箱中,当需要缓慢冷却时,司把锻件放在热砂箱或石棉粉中冷却。
  2.中温精密模锻
  降低加热温度,可以防止强烈的氧化与脱碳,只要具有足够的塑性和适当的变形抗力,也可以达到精密模锻的目的。中温精密模锻就是在未产生强烈氧化的温度范围内,加热并进行模锻的方法。如图8—4所示是45 8钢的高温强度极限和高温氧化性能曲线。可见,强度极限从500℃开始急剧下降,到600度降为室温时的一半。600度以上强度极限较低,都可进行模锻成形。所以45 8钢在600 875℃范围内,既有较低的变形抗力,又无强烈氧化,可使锻件达到较高的尺寸精度和表面光洁程度。在温锻条件下,模具工作温度一般在400度左右,高速钢比较适合用作温锻模具材料。
  二、精密锻件的精度
  影响精密模锻件精度的因素主要有:毛坯体积偏差、模具和锻件的弹性变形、模具和毛坯(锻件)的温度波动、模具精度以及设备精度等。
  
  图1 45 8钢高温强度极限及氧化层厚度
  设计锻件图时,只需要保证主要部位的尺寸精确,不需要也不应该要求所有的尺寸都精确。这是因为毛坯的尺寸以及成形中的许多因素不可能绝对准确地控制,而塑性变形是遵守体积不变条件的,必须利用某些部位的较宽松要求来调节这些误差。
  1.毛坯体积偏差
  对于开式精密模锻,毛坯体积偏差一般不影响锻件的尺寸偏差。但在闭式精密模锻中,假设模膛的水平尺寸不变和不产生飞刺,则毛坯体积偏差将引起锻件高度尺寸的变化。
  毛坯体积产生偏差的原因:一是下料不准确;二是加热时各毛坯烧损程度不一致。因此,要提高锻件精度,就要提高下料精度和改善加热情况。目前精密下料可使毛坯的重量偏差控制在1%以内(一般下料方法为3%~5%以上)。其次,在锻件图和工艺设计时,应根据毛坯体积可能的变化范围采取适当的措施。例如增大锻件某一方向尺寸公差;或采用开式模锻使多余金属流入飞边槽;对某些带孔的锻件,可利用冲孔芯料来调节体积偏舞。
  模膛的尺寸精度和使用过程中的磨损,对锻件尺寸精度有直接影响。在模膛的不同部分金属的流动情况和所受到的压力不同,磨损程度也不同。
  在开式模锻中,模膛水平方向的磨损,会引起锻件外径尺寸增大和孔径尺寸减小;模膛垂直方向的磨损,会引起锻件高度尺寸增大。
  在闭式模锻中,模膛磨损的影响如图8-5所示,将引起锻件水平方向尺寸L(D)增大。若毛坯体积不变,并且假设不产生飞边、充填良好,锻件高度尺寸H将减小。在这种情况下,锻件高度尺寸公差△H不能由模膛高度方向的磨损来决定。在模具设计时,模具水平方向尺寸应该按照锻件相应尺寸最小值设计,而模具高度方向尺寸应该按照锻件相应尺寸最大值设计,这样,当模具磨损达最大限度时,锻件水平方向尺寸达到最大值,而高度方向尺寸达到最小值。
  
  图2 闭式模锻模膛磨损的影响
  3.模具和锻件的弹性变形
  精密模锻时,模具和毛坯均会产生弹性变形。模膛受内压力作用而尺寸增大;毛坯则产生压缩弹性变形。外力去除后,两者发生弹性恢复,使锻件尺寸变化。弹性变形引起的尺寸变化,可根据两者材料的弹性模量、应力数值和相应部分的尺寸来计算,但最终通常是通过工艺试验确定的。
  4.其他因素
  毛坯的表面质量(指氧化、脱碳和表面粗糙度等)是实现精密模锻的前提。设备的精度和刚度对锻件的精度有重要影响。模具的影响更直接,如模膛的设计精度和冷缩量是否适当、模具温度及其波动的预测、模具的刚度和导向精度等。有了高精度的模具,在一般设备上也可能成形出精度较高的锻件。工艺操作是否符合规范,例如加热温度的偏差、润滑情况影响到金属充满模膛的难易程度,从而引起锻件尺寸的波动。

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