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1、第五节 其它塑性成形方法随着工业的不断发展，人们对金属塑性成形加工生产提出了越来越高的要 求，不仅要求生产各种毛坯，而且要求能直接生产出更多的具有较高精度与质量 的成品零件。其它塑性成形方法在生产实践中也得到了迅速发展和广泛的应用， 例如挤压、拉拔、辊轧、精密模锻、精密冲裁等。一、挤压挤压：指对挤压模具中的金属锭坯施加强大的压力作用，使其发生塑性变形 从挤压模具的模口中流出，或充满凸、凹模型腔，而获得所需形状与尺寸制品的 塑性成形方法。挤压法的特点：1）三向压应力状态，能充分提高金属坯料的塑性，不仅有铜、铝等塑性好的 非铁金属，而且碳钢、合金结构钢、不锈钢及工业纯铁等也可以采用挤压工艺成 形。
2、在一定变形量下，某些高碳钢、轴承钢、甚至高速钢等也可以进行挤压成形。 对于要进行轧制或锻造的塑性较差的材料，如钨和钼等，为了改善其组织和性能, 也可采用挤压法对锭坯进行开坯。2）挤压法可以生产出断面极其复杂的或具有深孔、薄壁以及变断面的零件。3）可以实现少、无屑加工，一般尺寸精度为IT8IT9,表面粗糙度为Ra3.2 0.4“ m，从而4）挤压变形后零件内部的纤维组织连续，基本沿零件外形分布而不被切断， 从而提高了金属的力学性能。5）材料利用率、生产率高；生产方便灵活，易于实现生产过程的自动化。挤压方法的分类： 1 根据金属流动方向和凸模运动方向的不同可分为以下四种方式:(1) 正挤压 金属流
3、动方向与凸模运动方向相同，如图2-69所示。(2) 反挤压 金属流动方向与凸模运动方向相反，如图2-70所示。(3) 复合挤压 金属坯料的一部分流动方向与凸模运动方向相同，另一部分流动方向与凸模运动方向相反，如图2-71所示。(4) 径向挤压 金属流动方向与凸模运动方向成90角，如图2-72所示。挤压蔺图2-69 正挤压凸模J/NN图2-70反挤压图2-71复合挤压4图2-72径向挤压2.按照挤压时金属坯料所处的温度不同，可分为热挤压、温挤压和冷挤压三种 方式：（1）热挤压 变形温度高于金属材料的再结晶温度。热挤压时，金属变形抗力 较小，塑性较好，允许每次变形程度较大，但产品的尺寸精度较低，表
4、面较粗糙。 应用于生产铜、铝、镁及其合金的型材和管材等，也可挤压强度较高、尺寸较大 的中、高碳钢、合金结构钢、不锈钢等零件。目前，热挤压越来越多地用于机器 零件和毛坯的生产。（2）冷挤压 变形温度低于材料再结晶温度（通常是室温）的挤压工艺。冷挤 压时金属的变形抗力比热挤压大得多，但产品尺寸精度较高，可达IT8IT9, 表面粗糙度为Ra3.20.4“m，而且产品内部组织为加工硬化组织，提高了产品 的强度。目前可以对非铁金属及中、低碳钢的小型零件进行冷挤压成形，为了降 低变形抗力，在冷挤压前要对坯料进行退火处理。冷挤压时，为了降低挤压力，防止模具损坏，提高零件表面质量，必须采取 润滑措施。由于冷挤
5、压时单位压力大，润滑剂易于被挤掉失去润滑效果，所以对 钢质零件必须采用磷化处理，使坯料表面呈多孔结构，以存储润滑剂，在高压下 起到润滑作用。常用润滑剂有矿物油、豆油、皂液等。冷挤压生产率高，材料消耗少，在汽车、拖拉机、仪表、轻工、军工等部门 广为应用。(3) 温挤压 将坯料加热到再结晶温度以下高于室温的某个合适温度下进行挤 压的方法，是介于热挤压和冷挤压之间的挤压方法。与热挤压相比，坯料氧化脱 碳少，表面粗糙度较小，产品尺寸精度较高；与冷挤压相比，降低了变形抗力， 增加了每个工序的变形程度，提高了模具的使用寿命。温挤压材料一般不需要进 行预先软化退火、表面处理和工序间退火。温挤压零件的精度和力
6、学性能略低于 冷挤压零件。表面粗糙度为Ra6.53.2“ m。温挤压不仅适用于挤压中碳钢，而 且也适用于挤压合金钢零件。挤压在专用挤压机上进行，也可在油压机及经过适当改进后的通用曲柄压力 机或摩擦压力机上进行。二、拉拔拉拔：在拉力作用下，迫使金属坯料通过拉拔模孔，以获得相应形状与尺寸 制品的塑性加工方法，如图2-73所示。拉拔是管材、棒材、异型材以及线材的主 要生产方法之一。图2-73拉拔示意图1坯料2拉拔模3制品拉拔方法按制品截面形状可分为实心材拉拔与空心材拉拔。实心材拉拔主要 包括棒材、异型材及线材的拉拔。空心材拉拔主要包括管材及空心异型材的拉拔。拉拔的特点（1）制品的尺寸精确，表面粗糙度
7、小。（2）设备简单、维护方便。（3）受拉应力的影响，金属的塑性不能充分发挥。拉拔道次变形量和两次退火 间的总变形量受到拉拔应力的限制，一般道次伸长率在20%60%之间，过大的道 次伸长率将导致拉拔制品形状、尺寸、质量不合格，过小的道次伸长率将降低生 产率。（4）最适合于连续高速生产断面较小的长制品，例如丝材、线材等。拉拔一般在冷态下进行，但是对一些在常温下塑性较差的金属材料则可以采 用加热后温拔。采用拉拔技术可以生产直径大于500mm的管材，也可以拉制出直 径仅0.002mm的细丝，而且性能符合要求，表面质量好。拉拔制品被广泛应用在 国民经济各个领域。三、辊轧金属坯料在旋转轧辊的作用下产生连续
8、塑性变形，从而获得所要求截面形状并改变其性能的加工方法，称为辊轧。常采用的辊轧工艺有辊锻、横轧及斜轧等。（一）辊锻辊锻：使坯料通过装有圆弧形模块的一对相对旋转的轧辊，受压产生塑性变 形，从而获得所需形状的锻件或锻坯的锻造工艺方法，如图2-74所示。它既可以 作为模锻前的制坯工序也可以直接辊锻锻件。目前，成形辊锻适用于生产以下三 种类型的锻件：图2-74辊锻示意图1）扁断面的长杆件，如扳手、链环等。2）带有头部，且沿长度方向横截面面积递减的锻件，如叶片等。叶片辊锻工 艺和铣削旧工艺相比，材料利用率可提高4倍，生产率提高2.5倍，而且叶片质量 大为提咼。3）连杆，采用辊锻方法锻制连杆，生产率高，简
9、化了工艺过程。但锻件还需 用其它锻压设备进行精整。（二）横轧横轧轧辊轴线与轧件轴线互相平行，且轧辊与轧件作相对转动的轧制方法, 如齿轮轧制等。齿轮轧制是一种少、无切屑加工齿轮的新工艺。直齿轮和斜齿轮均可用横轧 方法制造，齿轮的横轧如图2-75所示。在轧制前，齿轮坯料外缘被高频感应加热, 然后将带有齿形的轧辊作径向进给，迫使轧辊与齿轮坯料对辗。在对辗过程中， 毛坯上一部分金属受轧辊齿顶挤压形成齿谷，相邻的部分被轧辊齿部“反挤”而 上升，形成齿顶。图2-75热轧齿轮示意图（三）斜轧斜轧又称螺旋斜轧：斜轧时，两个带有螺旋槽的轧辊相互倾斜配置，轧辊轴 线与坯料轴线相交成一定角度，以相同方向旋转。坯料在
10、轧辊的作用下绕自身轴 线反向旋转，同时还作轴向向前运动，即螺旋运动，坯料受压后产生塑性变形， 最终得到所需制品。例如钢球轧制、周期轧制均采用了斜轧方法，如图2-76所示。 斜轧还可直接热轧出带有螺旋线的高速钢滚刀、麻花钻、自行车后闸壳以及冷轧 丝杠等。如图2-76a所示钢球斜轧，棒料在轧辊间螺旋型槽里受到轧制，并被分离成 单个球，轧辊每转一圈，即可轧制出一个钢球，轧制过程是连续的。a）b图2-76斜轧示意图a）钢球轧制b）周期轧制四、旋压旋压 利用旋压机使毛坯和模具以一定的速度共同旋转，并在滚轮的作用下, 使毛坯在与滚轮接触的部位产生局部塑性变形，由于滚轮的进给运动和毛坯的旋 转运动，使局部的
11、塑性变形逐步扩展到毛坯的全部所需表面，从而获得所需形状 与尺寸零件的加工方法。图2-77表示旋压空心零件的过程。旋压基本上是靠弯曲 成形的，不象冲压那样有明显的拉深作用，故壁厚的减薄量小。图2-77旋压示意图1顶杆2毛坯3滚轮4模具5加工中的毛坯旋压的工艺特点:1）局部连续成形，变形区很小，所需要的成形力小。旋压是一种既省力，效 果又明显的压力加工方法，可以用功率和吨位都非常小的旋压机加工大型的工件。2）工具简单、费用低，而且旋压设备的调整、控制简便灵活，具有很大的柔 性，非常适合于多品种小批量生产。3）对冲压难以成形的复杂零件，如头部很尖的火箭弹药锥形罩、薄壁收口容 器，带内螺旋线的猎枪管等
12、。4）旋压件尺寸精度高，甚至可与切削加工相媲美。5）旋压零件表面粗糙度容易保证。此外，经旋压成形的零件，抗疲劳强度高, 屈服点、抗拉强度、硬度都大幅度提高。不足：只适用于轴对称的回转体零件；对于大量生产的零件，它不如冲压方 法高效、经济；材料经旋压后塑性指标下降，并存在残余应力。五、塑性成形新工艺、新技术简介塑性成形新工艺的特点是：1）尽量使成形件的形状接近零件的形状，以便达到少、无切屑加工的目的， 同时得到合理分布的纤维组织，提高零件的力学性能。2）具有更高的生产率。3）减小了变形力，可以在较小的压力设备上制造出大型零件。4）广泛采用电加热和少氧化、无氧化加热，提高零件表面质量，改善劳动条
13、件。（一）精密模锻精密模锻：在模锻设备上锻造出形状复杂、高精度锻件的模锻工艺。如精密 模锻伞齿轮，其齿形部分可直接锻出而不必再经过切削加工。精密模锻件尺寸精 度可达IT12IT15，表面粗糙度为Ra3.21.6“m。精密模锻工艺特点：1）精确计算原始坯料的尺寸，严格按坯料质量下料。2）精细清理坯料表面，除净坯料表面的氧化皮、脱碳层及其它缺陷等。3）采用无氧化或少氧化加热方法，尽量减少坯料表面形成的氧化皮。4）精锻模膛的精度必须很高，一般要比锻件的精度高两级。精密锻模一定有 导柱、导套结构，以保证合模准确。为排除模膛中的气体，减小金属流动阻力， 使金属更好地充满模膛，在凹模上应开有排气小孔。5）
14、模锻时要很好地进行润滑和冷却锻模。6）精密模锻一般都在刚度大、精度高的曲柄压力机、摩擦压力机或高速锤上 进行。（二）超塑性成形超塑性成形：金属或合金在低的变形速率（ =10-210- 4/s）、一定的变形 温度（约为熔点绝对温度的一半）和均匀的细晶粒度（晶粒平均直径为0 .2 5p m）条件下，其相对伸长率6超过100%以上的变形。例如钢可超过500%、纯 钛可超过300%、锌铝合金可超过1000%。超塑性状态下的金属在拉伸变形过程中不产生缩颈现象，变形应力可比常态 下金属的变形应力降低几倍至几十倍，因此极易变形，可采用多种工艺方法制出 复杂零件。常用的超塑性成形材料：主要是锌铝合金、铝基合金
15、、钛合金及高温合金主要应用：1）板料超塑性冲压成形采用锌铝合金等超塑性材料，可以一次拉深较大变 形量的杯形件，而且质量很好，无制耳产生。2）板料超塑性气压成形将具有超塑性性能的金属板料放于模具之中，把板 料与模具一起加热到规定温度，向模具内吹入压缩空气或抽出模具内空气形成负 压，使板料沿凸模或凹模变形，从而获得所需形状，如園-78所示。气压成形能 加工的板料厚度为0.44mm。图2-78板料气压成形a）凹模内成形b）凸模上成形1电热元件2进气孔3板料4工件5凹（凸）模6模框7抽气孔3）超塑性模锻或挤压高温合金及钛合金在常态下塑性很差，变形抗力大， 不均匀变形引起各向异性的敏感性强，常规方法难于成形，材料损耗大。如采用 普通热模锻毛坯，再进行机械加工，金属消耗达80%左右，导致产品成本升高。 在超塑性状态下进行模锻或挤压，就可克服上述缺点，节约材料，降低成本。超塑性模锻利用金属及合金的超塑性，扩大了可锻金属材料的类型。如过去 只能采用铸造成形的镍基合金，也可以进行超塑性模锻成形。超塑性模锻时，金 属填充模膛的性能好，可锻出尺寸精度高、机械加工余量很小、甚至不用加工的 零件
