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 关于旋锻技术的技术发展过程及其应用  

2011/4/22 20:31:48 浏览:2844 来源:  

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关键词:机械制造;旋转锻造;现状;应用;综述
  引言旋锻工艺上世纪起源于美国,起初旋锻的应用父稿日期们者简介:赵升吨(1962-),男,教授,博导,从事锻扭设备及控制技术侧「究范围仅仅限于减小管的H_径而进行拉延。后来德国为了用空心圆杜毛坯加工出复杂的零件而得到发展,随着工艺要求的提高以及相关旋锻机的研制,旋锻渐渐成为一种应用广泛的经济加工工艺。与传统的切削加工相比,旋锻具有很多优点,例如保护环境、减少废料处理等这些在如今被人们看重的力一而。德国标准DIN8583将旋锻法表述为“一种减小金属棒料或管料的截而自径的自山成形方法,它以两个或多个锤头部分或全部地环绕于要减小的截而,在绕其转动的同时进行径向的下压进给,‘{。”

  通常,旋转锻造有两种基本的锻造方法'2i:一种是“进料锻造法”,如图la所示。锻造时模具绕坯料旋转,并对坯料作短冲程、高频率的锤击。坯料是自接从模具入曰端送进,自至锻出所需的锻件长度为卜。这种方法用在单向锻制细长台阶轴的场合,其台阶过渡锥锥角较小,一般最大为200。另一种是“凹进锻造法”,如图1h所示。锻造时,模具除可绕坯料旋锻和对坯料作短冲程、高频率的打击外,还可作“开启”与“闭合”动作。这种方法用在锻制双向台阶凹档)和中问变细的场合,其两端的台阶过渡锥短而陡峭。

  多种材料,是一种经济、快速成形轴类、管类零件的方法。有限元法是随着计算机技术的应用而发展起来的一种有效的数值计算方法,适用于分析多种材料模刑、多种结构形状以及复杂边界条件的塑性成形工艺。近年来,有限元数值模拟方法在旋锻工艺方而的研究也日益增多,并在分析旋锻成形过程的应力、应变以及合理地选取工艺参数等方而都取得了很大的进展,扩大了旋锻工艺的应用范围。

  公兔也七旋订旋il'i}_}; i }.:'1!。,在旋转锻造过程中,当送进的坯料与旋转的模具接触时,因为两者问的摩擦作用而使坯料的轴向进给伴随有自身的绕轴回转运动;同时山于模具在旋转锻造过程中的连续张合,所以坯料与模具之问又存在着滑动,以致坯料的旋转速度要比模具的旋转速度慢得多。但是正是山于这个转速差的存在,使得模具的每次锤击都能击在坯料外表而的小同位置上,从而保证工件受力更均匀,组织更一致,形成更好的金属流线,提高了锻件的性能。

  旋锻作为金属塑性加工的一个重要分支,具有表而精度高、节省材料、成本低廉等优点,适合加工旋锻技术基本原理和研究现状旋锻机的工艺范围国外对旋锻机及其工艺的研究起步较早,美国世纪40年代就有了有关旋锻机的专利’,i。目前,旋锻机的应用范围已经比早期广泛得多,且逐渐将注意力从结构分析设计转移到工艺的研究分析有资料指出‘2i,旋转锻造机的工作范围,对于实心棒料,在自径O.15mm--100mm之「nJ,对管料,在自径0.4mm--355mm之问,然而这种说法小够准确。当今,旋锻技术的最大应用领域是汽车制造业,德国的公司和FELSS公司垄断着汽车行业所用的旋锻设备,他们所生产的旋锻机加工范围代表着世界最高水“I'-。表1取自于HMP公司的网站,显示了各种刑号旋锻湘L的加工范围。

  表1   HMP公司的旋锻湘L的加工范围型号应用范围(彬/mm应用范围(背一国外旋锻机的外围设备也做得很完善,图2所示为HMP公司生产的旋锻湘L结构组件示意图和一条多台旋锻设备组成的生产线。

  从图2a可以着出,除了必要的旋锻头、进给系统<feeding  system)、机架和控制系统外,还有芯模装置、上料装置<handing  system)、力I I热装置和反向推出装置<counter-pusheri'}I i,。一卜认’只仪。

  万2}111,‘一:.二]'}1'' i  l定飞毖这些配套装置。上料装置可以把工件从仓库取出,放在传送带上,送到进给系统的夹紧机构上并且把已加工好的工件取下来。这样,必要的时候,可以用多台旋锻湘L或是和别的设备组成柔性自动化生产线,提高生产率,降低工人劳动强度。

  图2b是一个山9个小同的成形和切削湘L器组成的工作站(或组合机器),这个工作站配备有一个仓库、一条送进运输带(将毛坯送入工作站)和一条送出运输带(将加工好的工件从工作站送出)。这个工作站用一个隔离罩完全罩起来,如果这个隔离罩的任何一个门被打开,工作站将同时停!卜工作。这样一方而能保护操作者的安全,更值得称道的是’己能隔离工作站锻打的时候发出的噪声,把车问的工作噪声控制在80分贝以内,这是别的锻压设备小能比拟的。图3是工作站加工出来的一个零件。

  小减少管的强度和厚度的情况下在空心管上加工出凹槽,零件小同部分的厚度可以精确控制以达到性能和成本的最优化。旋锻技术具有极大的灵活性和便利性,带凹槽和扁方的零件也可以轻松完成。

  我国旋锻机的研制进行非常缓慢,投入的人力和财力资源少是一个原因。西安北方华山机电有限公司1982年从国外引进了一条旋锻生产线,该生产线的控制系统属早期小规模集成电路,元件可靠性差,故障较多,该公司对其控制系统进行了改造,但是结构上没有变动,显然已小能满足现代工艺的需求。2005年公布的一项国家科技成果鉴定结果显示:C7129/ZF型20HP旋锻机在制造业里已处于国内领先的水”!月。C71219/ZF精密旋锻湘L用于在冷态下旋锻二蕊650MPa的金属棒料及钢橄绳等产品,旋锻棒料最大自径30mm.最小自径11 mm,人工送料,工艺范围窄,生产效率小高,工人劳动强度大。

  中国专利ZL200620078595.3显示,西安创新精密仪器研究所2005年自行设计、自行制造了一台小自径实心棒材变径旋锻湘L。表2是该旋锻湘L的规格及技术参数。

  表2西安精密仪器研究所的旋锻机规格及参数普通旋锻机规格与技术参数卞要技术规格臼。臼。吸、川;:}:;il }lll}I'I }i i III. }1!}引」从图3可以着出,国际上先进的旋锻技术已经可以无困难或低成本地在自孔中加工内花键,可以从表中可以着出,该系列旋锻湘L的生产范围还是比较窄的,并且一般都小带上料机构、反推系统等辅助机构。

  旋锻工艺数值模拟分析国外山于对旋锻的研究起步比较早,在旋锻机的结构设计上已经趋于成熟。至于旋锻工艺,虽然是一种经济高效的成形方法,但是因为加工过程中同时存在着相对转动和相对“!月动,所以很难准确地设计计算其加工工艺参数。目前,对旋锻技术的研究更多的是集中在旋锻工艺上,旋锻材料的流动及厚度变化的工艺参数已建立了一些理论意见。1964年研究出一套理论来计算旋锻过程中模具与工件之「nJ的运动关系;1966年I}alpal}jian. S.研究
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