塑性加工技术suxing jiagong jishuplastic forming technology
利用外力通过工具和模具使金属坯料产生塑性变形,从而获得具有一定几何形状、尺寸和内部组织结构的工件或半成品的一种金属成形方法。亦称范性加工技术,俗称压力加工技术。塑性加工技术主要包括轧制、挤压、拉拔、锻造、冲压和特种成形技术等,是为各种武器装备生产优质毛坯的重要方法。
早在2500年前中国的春秋战国时期,已出现塑性加工技术;在500年前就出现了畜力和水力驱动的落锤;19世纪出现了蒸汽锤和水压机。早在1000多年前就有了对塑性加工基本原理的论述,对其成形规律的研究也有100多年的历史。现代塑性加工技术已发展成为集塑性力学、金属物理学、机械工程学和计算机科学于一体的工程技术科学。20世纪90年代,金属塑性成形方法的研究主要集中在基本规律(解析)法、工程(数值)分析法和物理模拟(实验)法三个方面。塑性加工技术正朝着大型、精密、高效、优质和低成本的方向发展。
轧制(压延)是生产钢、钛合金和高温合金型、棒、管、板和箔材及铝合金板和箔材的主要方法。钢产量的80%以上要轧制成钢材供国防及民用工业使用。轧制钢材使用的设备有初轧机(铸锭或连铸坯开坯)、型棒线材轧机、板带热冷连轧机、多辊冷轧机及箔材轧机,以及穿孔机和管材轧机等。
挤压是为航空及民用工业生产铝合金型、棒和管材的主要方法,也是为航空、石油和化学工业生产精密不锈钢、钛合金和高温合金型、棒和管材的主要方法。世界上最大的挤压机为200MN。
拉拔是利用各种拉拔机生产薄壁管、异型管、毛细管和丝材以及精密型材的主要方法。
锻造是生产军民用重要承力零件的主要方法,通常分为自由锻造和模型锻造两种。自由锻造主要使用自由锻锤和水压机单件与小批量生产锻件。水轮机主轴、轧辊、炮管、舰艇的推力轴和曲轴等大型锻件都是自由锻造的典型件。世界上最大的自由锻造水压机为126MN,可把600t重的钢锭锻成直径2.7m的发电机主轴。中国最大的自由锻造水压机为120MN,已将260t重的钢锭锻成直径2m的支承轧辊。模型锻造,简称模锻,用模锻锤、模锻水压机、机械压力机或螺旋压力机可将模具中的坯料制成重几十克到1t以上的模锻件,例如飞机起落架外筒、直升机桨毂、涡轮和压气机盘、轴和叶片、坦克和汽车的曲轴等重要锻件。世界上和中国最大的模锻设备分别为:模锻水压机750MN和300MN,对击锤1250kJ和1000kJ,模锻锤35t和16t,机械压力机120MN和120MN,螺旋压力机80MN和80MN。近10年来又发展了多向模锻、等温模锻和超塑性等温模锻等先进工艺方法及相应的设备。
冲压主要采用曲柄压力机和液压机生产飞机蒙皮、坦克和汽车壳体及高压容器封头等重要零件。
特种成形工艺方法包括旋压、超塑成形/扩散连接、辊锻、径向精锻、摆动碾压、楔横轧和半液态模锻等,主要用来专业化生产炮管、发动机机匣和导弹壳体等特殊零件。
塑性加工技术在高效和优质生产毛坯方面是其他制坯方法无法比拟的,因此在大批量生产条件下是最经济的。自由锻造则最适于生产特大型优质毛坯。在各种塑性加工方法中,轧制、挤压和拉拔技术是被称之为国民经济和国防工业基础的冶金工业的支柱技术;锻造、冲压和特种成形技术是生产机器零件和各种武器装备的主要工艺方法。飞机重量的85%和坦克重量的70%由锻压(含冲压)件组成。因此,西方国家学者把塑性加工技术作为衡量一个国家工业水平,特别是航空工业水平的重要标志之一。在某种意义上讲,钢材产量和大型锻件的生产能力代表国家经济和国防工业的实力。