鎂合金的等溫成形
2019-12-06 14:08 ?瀏覽：次
鎂合金的等溫成形主要是指等溫模鍛與擠壓，其特點(diǎn)是：坯料和模具溫度相等，波動(dòng)范圍盡可能地保持在很小范圍內(nèi)變化；變形速率低，因而錠坯工藝塑性大為提高，可制造尺寸相當(dāng)精密的復(fù)雜工件。
裝備與模具
成溫成形速度慢，所以通常使用液壓機(jī)，并應(yīng)具備以下功能：
1.可靈活地調(diào)速，工作行程內(nèi)的調(diào)速范圍0.1mm/s~0.001mm/s；
2.可保壓，工作滑塊可在工作壓下保壓30min以上；
3.有足夠高的封閉高度與大的工作臺(tái)面，可方便地安裝模具、加熱裝置、冷卻板、隔熱板等；
4.有頂出裝置與溫度控制系統(tǒng)。
如果沒有專業(yè)設(shè)備，也可采用工作行程速度較低的其他液壓機(jī)。必要時(shí)可于油路中安裝調(diào)速系統(tǒng)，以使滑塊具有所需要的速度。
鎂合金的等溫成形模具可采用熱作模具鋼如4Cr5MoV1Si鋼制造。在工作過程中，可用感應(yīng)加熱法或電加熱器加熱，使其保持在既定的溫度。加熱器的功率可按下式計(jì)算：
N=[G(T2-T1)c]/(0.21tη)
式中：N——加熱功率，KW；G——被加熱的金屬質(zhì)量，kg；C——被加熱金屬的比熱容，J/(kg·k)，鋼的比熱容C=481.5J/(kg·k)；T1——加熱前溫度，℃；T2——加熱目標(biāo)溫度，℃；t——所需加熱時(shí)間，s；η——效率，為0.35~0.40。
在設(shè)計(jì)等溫鍛造模具時(shí)，模具的尺寸精度應(yīng)高于普通模鍛的。閑式等溫模鍛模多為?？趯?dǎo)向，間隙0.10mm~0.12mm；開式等溫鍛?？捎脤?dǎo)柱導(dǎo)向，導(dǎo)柱高度與直徑之比應(yīng)≤1.5，導(dǎo)柱與導(dǎo)向孔的雙面間隙取決于導(dǎo)柱直徑，一般取0.08mm~0.25mm。
等溫模鍛無飛邊冷卻問題，因而飛邊槽尺寸相同時(shí)，橋部阻力小于常規(guī)模鍛的。因此可采用小飛邊槽。
在等溫狀態(tài)下，鍛件收縮值決定于模具與鍛件材料的線膨脹系數(shù)，收縮量可按下式計(jì)算：
△=（t2-t1）(α1-α2）L
式中，t2、t1分別為室溫與模鍛溫度，℃；α1——鍛坯線膨脹系數(shù)，α2——模具線膨脹系數(shù)，1/℃；L——模具尺寸，mm；△——收縮量，mm。
等溫模鍛工藝與應(yīng)用
鎂合金等溫模鍛工藝制造的制訂應(yīng)考慮材料的流動(dòng)應(yīng)力低、塑性高、氧化少、模具材料承載能力等。MB3及MB8鎂合金的等溫模鍛工藝參數(shù)見下表。
現(xiàn)在以飛機(jī)上機(jī)匣為例說明等溫模鍛的應(yīng)用。所用合金MB15，鍛件形狀復(fù)雜，中部為輪轂，外周有4個(gè)不均勻分布的凸耳和6條徑向分布的高筋。筋的最大高寬比為9.2，凸耳受力大，流線應(yīng)沿其幾何形狀分布，不允許流線紊亂、渦流及穿流存在，晶粒尺寸應(yīng)細(xì)小均勻。該鍛件的幾何尺寸較大，水平投影面積0.4m2。
上機(jī)匣鍛件各部位體積的分布不均勻，模鍛前應(yīng)制坯。鎂合金在一次大變形量鍛壓后，會(huì)出現(xiàn)大量新生表面，粘?，F(xiàn)象特有發(fā)生，還可能產(chǎn)生折疊缺陷。因此，模鍛后需進(jìn)行酸洗、修傷、再進(jìn)行第二次鍛壓，所以，上機(jī)匣的制造工序：制坯→模鍛→精鍛。模鍛溫度360℃，精鍛溫度350℃。
模具加熱可在其內(nèi)部設(shè)置電阻加熱器實(shí)現(xiàn)。凹模為鑲塊式組合結(jié)構(gòu)，在4個(gè)凸耳處設(shè)置鑲塊。由于上機(jī)匣尺寸較大，一般需用120MN~150MN鍛壓機(jī)，如采用局部施加壓力法和分流法制造，有50MN擠壓機(jī)就可以了。
裝備與模具
成溫成形速度慢，所以通常使用液壓機(jī)，并應(yīng)具備以下功能：
1.可靈活地調(diào)速，工作行程內(nèi)的調(diào)速范圍0.1mm/s~0.001mm/s；
2.可保壓，工作滑塊可在工作壓下保壓30min以上；
3.有足夠高的封閉高度與大的工作臺(tái)面，可方便地安裝模具、加熱裝置、冷卻板、隔熱板等；
4.有頂出裝置與溫度控制系統(tǒng)。
如果沒有專業(yè)設(shè)備，也可采用工作行程速度較低的其他液壓機(jī)。必要時(shí)可于油路中安裝調(diào)速系統(tǒng)，以使滑塊具有所需要的速度。
鎂合金的等溫成形模具可采用熱作模具鋼如4Cr5MoV1Si鋼制造。在工作過程中，可用感應(yīng)加熱法或電加熱器加熱，使其保持在既定的溫度。加熱器的功率可按下式計(jì)算：
N=[G(T2-T1)c]/(0.21tη)
式中：N——加熱功率，KW；G——被加熱的金屬質(zhì)量，kg；C——被加熱金屬的比熱容，J/(kg·k)，鋼的比熱容C=481.5J/(kg·k)；T1——加熱前溫度，℃；T2——加熱目標(biāo)溫度，℃；t——所需加熱時(shí)間，s；η——效率，為0.35~0.40。
在設(shè)計(jì)等溫鍛造模具時(shí)，模具的尺寸精度應(yīng)高于普通模鍛的。閑式等溫模鍛模多為?？趯?dǎo)向，間隙0.10mm~0.12mm；開式等溫鍛?？捎脤?dǎo)柱導(dǎo)向，導(dǎo)柱高度與直徑之比應(yīng)≤1.5，導(dǎo)柱與導(dǎo)向孔的雙面間隙取決于導(dǎo)柱直徑，一般取0.08mm~0.25mm。
等溫模鍛無飛邊冷卻問題，因而飛邊槽尺寸相同時(shí)，橋部阻力小于常規(guī)模鍛的。因此可采用小飛邊槽。
在等溫狀態(tài)下，鍛件收縮值決定于模具與鍛件材料的線膨脹系數(shù)，收縮量可按下式計(jì)算：
△=（t2-t1）(α1-α2）L
式中，t2、t1分別為室溫與模鍛溫度，℃；α1——鍛坯線膨脹系數(shù)，α2——模具線膨脹系數(shù)，1/℃；L——模具尺寸，mm；△——收縮量，mm。
等溫模鍛工藝與應(yīng)用
鎂合金等溫模鍛工藝制造的制訂應(yīng)考慮材料的流動(dòng)應(yīng)力低、塑性高、氧化少、模具材料承載能力等。MB3及MB8鎂合金的等溫模鍛工藝參數(shù)見下表。
現(xiàn)在以飛機(jī)上機(jī)匣為例說明等溫模鍛的應(yīng)用。所用合金MB15，鍛件形狀復(fù)雜，中部為輪轂，外周有4個(gè)不均勻分布的凸耳和6條徑向分布的高筋。筋的最大高寬比為9.2，凸耳受力大，流線應(yīng)沿其幾何形狀分布，不允許流線紊亂、渦流及穿流存在，晶粒尺寸應(yīng)細(xì)小均勻。該鍛件的幾何尺寸較大，水平投影面積0.4m2。
上機(jī)匣鍛件各部位體積的分布不均勻，模鍛前應(yīng)制坯。鎂合金在一次大變形量鍛壓后，會(huì)出現(xiàn)大量新生表面，粘?，F(xiàn)象特有發(fā)生，還可能產(chǎn)生折疊缺陷。因此，模鍛后需進(jìn)行酸洗、修傷、再進(jìn)行第二次鍛壓，所以，上機(jī)匣的制造工序：制坯→模鍛→精鍛。模鍛溫度360℃，精鍛溫度350℃。
模具加熱可在其內(nèi)部設(shè)置電阻加熱器實(shí)現(xiàn)。凹模為鑲塊式組合結(jié)構(gòu)，在4個(gè)凸耳處設(shè)置鑲塊。由于上機(jī)匣尺寸較大，一般需用120MN~150MN鍛壓機(jī)，如采用局部施加壓力法和分流法制造，有50MN擠壓機(jī)就可以了。