锻压方法介绍

kisuo

随着航空航天领域对锻件需求的发展，开发出了多向模锻、辊锻、等温锻造、粉末锻造、液态模锻、半固态模锻、无斜度精密模锻、分部模锻、包套模锻等锻压技术。
图1为多向模锻机及多向模锻示意图，除了普通模锻的垂直加压外，多向模锻机还有2个或4个水平加压工作缸，在上横梁或活动横梁的中心装有穿孔缸，可在相互垂直的3个方向对坯料加压，可成形复杂、中空且无飞边的精密锻件。坯料在具有多个分模面的模膛内锻造成形，具有多方向压应力状态，可锻造变形抗力大、塑性差的金属锻件，具有组织均匀、纤维流线不外露、力学性能好和耐腐蚀等优势。2013年8月，我国大型多向模锻液压机研制成功，建成国内首条多向模锻自动化生产线，精密锻件可一火一次成型，内部金属流线连续，变形均匀，组织细密，与普通锻件相比，综合性能明显提高。2014年，我国145MN多向模锻液压机研制成功并投入市场，应用于航空航天整体、大型、复杂零件的成形加工制造，打破了少数国外公司对大型航空航天多向模锻件的垄断局面。

图1　多向模锻示意图

图2为辊锻机示意图，毛坯在装有圆弧形模块的一对旋转锻辊中通过，模槽使其产生塑性变形，获得所需的锻件或锻坯，可直接辊制锻件，也可作为预成形工艺，大幅降低后续成形的压力。

图2　辊锻机示意图

在等温锻造过程中，模具和坯料的温度保持相同或相近的恒定值，克服了传统模锻的模具激冷、局部过热、变形不均等不足，毛坯的冷却速率和变形速率均降低，大大降低材料的变形抗力，锻造所需载荷大大降低，锻坯的塑性提高，充满型腔的性能改善。由于加工参数可精确控制，等温锻造能使形状复杂、薄壁、高筋的锻件一次成形，锻件表面质量和精度比普通模锻大大提高，制品具有均匀一致的微观组织和优良的力学性能。此外，在较高温度条件下，锻件以较低的应变速率变形，能够进行充分再结晶，可实现超塑性成形，特别适合低塑性、难变形材料的精密成形。

图3为液态模锻示意图，把液态金属直接浇入下模（凹模）型腔，熔融或半熔融态的金属液始终承受等静压，在压力作用下充型、凝固并伴有少量塑性变形，能实现强制补缩和得到组织致密铸件，综合了铸造工艺简单、成本低和锻造制品组织性能好的优点，能生产形状复杂且性能较好的锻件。

图3　液态模锻示意图

图4为粉末锻造示意图，将金属或非金属原料制成很细的粉末，按一定化学成分配料、混料，用锻模压制成形后，放在有保护气体的加热炉内进行烧结，然后模锻成形，可以加工热塑性差、难变形的高温合金，可以锻出形状复杂的工件。

图4　粉末锻造示意图

图5为环轧示意图，又称为辗扩或锻轧，通过专用环轧机生产不同直径的环形结构件，主辊（主动辊）为径向辗压辊，一面带着环坯旋转，一面作径向送进，使坯料受压延伸、壁厚减小，内外径同时增大；芯辊为从动辊（导向辊），始终靠着工件（使工件平稳转动和整形）并随着工件直径增大而外移，当工件外径达到所需尺寸时，工件与控制辊接触，发出信号结束辗扩。径向辗压辊和芯辊的外形决定环轧件的截面形状，轴向辗压辊用于支撑变形的坯料并控制环轧件的高度及其端面对轴线的垂直度。开式环轧采用平辊，主要用于大型矩形断面的环形件扩孔，用同一对轧辊可辗扩不同尺寸的圆环；半开式环轧在开式环轧基础上增加2对自由转动的锥形辊，使坯料在高度方向获得精确尺寸；闭式环轧的轧辊型槽按工件断面形状要求设计，可用于各种断面环件的辗扩。

图5　环轧示意图
航空发动机、运载火箭、导弹壳体等都有大量环件，环轧件在航空航天领域应用越来越广泛。长征五号运载火箭的最大直径达到了5m，燃料槽的连接铝环直径相应增大到5m，最薄的地方仅有4mm，采用传统方法生产的环件无法满足重载、高冲击、超低温等恶劣服役条件的性能要求。2014年4月，重庆纳川公司与首都航天机械公司、天津航天长征火箭制造有限公司合作，生产出了长征五号用5m整体铝合金环；2015年4月，西南铝业（集团）有限责任公司与天津特钢精锻有限公司合作，成功轧制出长征九号用的9m整体铝合金环；2016年8月，西南铝业（集团）有限责任公司成功轧制出10m级整体铝合金环件，再次刷新世界整体铝合金环件纪录。