超塑性挤压成形工艺

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应用超塑合金在变形中的极低流动应力进行挤压成形．

9．1．2．1 超塑性挤压成形特点

一般冷挤压加工，毛坯处于三向应力状态，变形抗力很高，最高达35MPa以上，故所需挤压设备能量高(吨位大)，模具材料强度、耐磨性均要求很高．形状复杂工件，由于应变硬化，还必须多次挤压及中间退火，故冷挤压加工受到限制．而超塑性挤压成形有下述特点：

(1)模具结构简单，寿命高．这是因为挤压时材料变形抗力校对模具材料压力机吨位要求低之故．

(2)工序简单．对于变形程度较大的零件，可一次成形，故可省去多次挤压及中间退火．

(3)对轮廓面上起伏不大但造型复杂、类似浮雕式的零件，极为适用．

(4)生产率低．适于中、小批量生产．这是由于超塑性挤压速度必须低的缘故．

9．1．2．2 超塑性挤压成形的模具加热装置

只有当合金始终处于超塑温度范围内，超塑性挤压才能进行，故模具必须加热．模具采用电阻加热，方法有如下3种．

(1)直接加热法 模具外围套上电阻加热器．此法特点是：升温快，节电，但稳定性差．此法适用于大批量生产．

(2)底座传热法 加热模座内放置棒状电阻加热器，工作时模具靠模座传热而加热．此法特点是：温度稳定，适于各种模具；且换模具时，加热器不动．但其缺点是升温慢，能耗大．

(3)混合式加热法 即模具和模座同时加热，加热速度可调节，模具和工件温度可控制．

实际生产中，为减轻工件出模时的变形，往往采用较低的变形温度．但若挤压成形温度超过超塑性温度上限时，会令合金塑性下降，应避免之．

9．1．2．3 超塑性挤压设备选用

目前多采用立式液压机进行超塑成形，可根据成形工件的质量和尺寸大小选用不同吨位的设备．通常成形设备应具备下述条件：

(1)吨位足够，压力可调；

(2)设备带模具加热及控温装置；

(3)设备工作速度较低且可调；

(4)工作台面较大且具有顶出装置；

(5)可进行闭式挤压，当压力过大，能自动减压，并能在规定压力下减压，还能在任意位置上停留．

9．1．2．4 超塑性挤压成形模具

(1)模具材料 一般为：Cr12、Cr12Mo、Cr12MoV、T8、T10、GCr15、3Cr2W8、W6Mo5Cr4V2、W18Cr4V等．

(2)模具热处理 为使在高温状态下模具有足够强度、硬度、耐热疲劳和抗氧化等性能，模具构件的毛坯要进行锻造和热处理，处理后硬度>HRC52．

(3)模具设计注意事项 主要包括以下几方面．

①模具导向．一般采用模口直径导向，不采用导柱导向，否则会因热胀变形而不均匀，甚至卡死．

②脱模斜度．高度较大的模具应留少许斜度(<1°)，零件内部脱模斜度应再大些．

③排气孔．在金属最后充满型腔部位开出Φ0．5～Φ1．0的小孔或留配合面，以便气体排出．

④模具间隙．采用原国标二级精度的第一种动配合，尽量使飞边出现在最后成形部位．

⑤粗糙度．挤出零件粗糙度与模具几乎一样．故要求模具工作部位光洁．粗糙度为R_z=1．6～1．8mm．

⑥收缩率．由于挤压温度和脱模顺序的不同，不同零件或同一零件不同部位之收缩率不同，一般通过试验确定．

⑦成形件的脱模．脱模时由于成型件很软，易变形，故不宜采用小顶杆顶几点的形式顶件，而应以大面积顶出为好．

⑧对于需挤出螺纹或带镶嵌件的模具结构，可参照塑料压制模具的结构设计．

9．1．2．5 超塑挤压成形工艺设计

主要考虑下述几点．

(1)确定脱模斜度．

(2)壳形件(具有侧壁)深度不宜过大，深度与直径比值一般不能小于1．

(3)工件转折处设计成圆角，成形后要加工件留出加工余量．

(4)考虑合理的、大面积的顶出件．

9．1．2．6 成形力计算

超塑加工成形力计算依下式进行：

F=σs·S·Q·R·J (9-5)

式中：F——成形力(N)；

σs——流动应力(MPa)；

S——成形件的形状系数；

Q——系数，Q=1～5，形状复杂时取大值；

R——速度系数，R=1～2，引出此值的原因是：超塑成形要求低速度，若速度提高，必引起成形力增加；

J——成形件的尺寸系数，J=4～5．

9．1．2．7 超塑挤压成形工艺过程

(1)材料检验 检查已超细化处理材料的塑性性能：δ、σ_s．

(2)制坯 应严格控制毛坯质量．

(3)预热 对毛坯进行预热，以便缩短成形时间，预热温度不得高于合金的超塑温度．

(4)挤压 挤压前毛坯上涂润滑剂．适量，则成形件表面光洁；若过量，则金属充不满模具或产生折叠．

(5)脱模 脱模时应防止工件变形，脱模后成形件在空气中冷却．

(6)成形件的清理 去除污物等．

(7)表面处理 根据需要进行．

(8)超塑成形应用实例 表9-1为锌基合金超塑挤压成形实例(北京机电研究所)．表9-1中序号1为录音机飞轮，原为压铸毛坯，质量差，成本高，废品率高达30%～50%，但铸造气孔影响飞轮动平衡性能，从而降低录音机音响效果．改为超塑挤压成形后，飞轮材质致密，无气孔，动平衡性能好，产品合格率达99%以上，成本降低，性能优异．

表9-1 锌基合金超塑挤压成形实例