模鍛是指在專用模鍛設備上利用鍛造模具使毛坯成型而獲得鍛件的鍛造方法。模鍛工藝生產(chǎn)效率高,勞動強度低,尺寸精確,加工余量小,并可鍛制形狀復雜的鍛件;適用于批量生產(chǎn)。
但鍛造模具成本高,需有專用的模鍛設備,不適合于單件或小批量生產(chǎn)。下面,就跟您來聊聊鍛造模具。
鍛模的分類
鍛造模具按照鍛件的變形溫度分為冷鍛模具和熱鍛模具兩大類。為了說明各類模具的用途、工作環(huán)境和特性及其對模鍛件生產(chǎn)的影響,冷鍛和熱鍛模具又可按照鍛造設備、工藝方法、工序以及模具材料和制造方法等進一步分類。以熱鍛模具為例敘述如下
1.按照鍛造設備分類
按照鍛造設備類型,熱鍛模具主要可分為錘(砧座錘和對擊錘)鍛模、壓力機(機械壓力機、螺旋壓力機和液壓機等)鍛模、平鍛模和輥鍛模等。這些設備按照鍛造設備分類可以比較容易地區(qū)別模具的用途、工作環(huán)境、材料類型、結構形式、尺寸和固定以及定位方式等。例如,錘鍛模一般為整體式,尺寸較大,用燕尾固定和用檢驗角定位;壓力機鍛模一般為鑲塊式,尺寸較小,靠斜楔夾緊固定和導柱定位;輥鍛模通常為扇形鑲塊模。
2.按照鍛造工藝方法分類
按照鍛造工藝方法,熱鍛模具可分為粗鍛模具、普通模鍛模具、精密模鍛模具、半精密模鍛模具、擠壓(沖擠)模具、平鍛模具、輥鍛模具、胎模鍛模具和等溫模鍛模具等。
按照鍛造工藝方法分類可以比較容易地區(qū)別模具的用途、精度、材料類型、結構特點和制造方法等。例如,鈦合金和高溫合金的等溫鍛造模具需要采用高溫合金精密鍛造方法制造,甚至要用高熔點金屬(如鉬合金)制造。
3.按照鍛造工序分類
按照鍛造工序,熱鍛模具主要可分為制坯模具、預鍛模具、終鍛模具、切邊模具和校正模具,此外還有擠壓(沖擠)模具以及胎鍛模具等。
按照鍛造工序分類可以比較容易地區(qū)別模具的工作環(huán)境(溫度和受力狀態(tài))、工藝特點、對模具精度、材料類型和制造方法的要求等。
4.按照制造方法分類
按照制造方法,熱鍛模具可分為鍛造模具和鍛造模具;鍛造模具按其模膛加工方法又可以分為壓印(擠壓)模具、切削加工和電火花加工模具以及堆焊模具等。此外,熱鍛模具按照材料的類型又可以分為若干類。
由上述鍛模的分類可以看出,不同類別的鍛模不僅分別反映了鍛模的工作環(huán)境、用途、材料、制造方法和特點,還反映了鍛模與鍛件生產(chǎn)的密切關系。
鍛造模具的工作環(huán)境
熱鍛模具、溫鍛模具和冷鍛模具都是在極高的動載荷或靜載荷反復作用下工作,其工作應力極高,尤其是冷鍛模具,長期、反復在模具材料的屈服點附近工作,即在加載瞬時應力急劇升高而卸載時機械應力消失,其工作環(huán)境十分惡劣。
1.熱鍛模具
熱鍛模具除承受高應力的動和靜載荷反復作用外,還承受應力的反復作用,通常熱鍛模具在使用前需要在150℃~400℃預熱。模鍛時,在沖擊或靜態(tài)高壓作用下與450℃(鋁合金)、950℃(鈦合金)、1160℃(高溫合金)、甚至1230℃(碳素鋼)的熾熱鍛件短時間密切接觸,模膛溫度急劇升高,取出鍛件后,模膛表面溫度迅速下降;在加載時瞬時溫度和應力急劇升高而卸載時機械應力消失,同時溫度迅速下降至使用(預熱)溫度,即模具始終在機械負荷和熱負荷二者同時脈沖式加載和卸載的環(huán)境條件下工作,其工作環(huán)境十分惡劣。
2.等溫鍛造模具
等溫鍛造模具雖然不存在溫度冷—熱交替的沖擊載荷,但長期在700℃~1100℃的高溫條件下承受脈沖載荷的作用,對模具材料的熱穩(wěn)定性、高溫持久和蠕變性能有很高要求。
3.冷鍛模具
冷鍛模具的工作溫度一般在300℃以下,但工作應力極高,長期、反復在模具材料的屈服點附近工作,對模具材料的抗拉強度和屈服要求極高。
4.溫鍛模具
溫鍛模具的工作環(huán)境介于熱鍛與冷鍛模具之間,瞬時接觸溫度在600℃~850℃,更接近熱鍛模具;而工作應力高于熱鍛模具,更接近冷鍛模具。
鍛造模具的表面強化與改性工藝技術可以將模膛表面與基體作為一個系統(tǒng)進行整體設計,綜合利用表面強化改性技術和涂鍍層技術,使表面獲得材料本身難以具備而有希望具有特定的性能。
鍛造模具表面處理技術
1.電化學轉化
在電解質溶液中和外電流作用下零件表面形成氧化膜的技術稱為電化學學經(jīng)改性技術。工程上也常將電化學轉化改性技術稱為陽極氧化或陽極化。所近來,電化學轉化技術的一大展是微弧等離子體陽極氧化,它能顯著提高表面硬度或形成新型彩色裝飾膜層,在模具行業(yè)具有很好的應用。
2.表面形成變強化
采用噴丸、擠壓、激光沖擊、滾壓、超聲沖擊、振動沖擊、高壓射流等工藝方法使得材料表面層產(chǎn)生彈塑性變形,引入殘余壓應力和產(chǎn)生顯微組織結構的變化,以此來提高材料抗疲勞性以及抗腐蝕的能力,來提升零件的穩(wěn)定性和耐久性。
3.表面相變強化
采用電子束、激光束等對材料表面進行快速加熱,使表面、亞表面形成新的相變區(qū)和表面強化金額,從而得到具有細微結構和強化相的特殊性能表面層。
4.離子注入
利用真空系統(tǒng)離化出的離子,在高電壓下加速,直接注入材料表面,形成很薄的離子注入層,改變材料表面的組成與結構,改善材料表面性能。
5.有機與無機涂層技術
有機涂層技術主要是指采用涂料(油漆、漆料、顏料、稀料)賦予零件表面特殊的防護、裝飾與阻燃、示溫等功能。
無機涂層技術是在金屬表面上形成無機覆蓋層或表面膜。無機覆蓋層或表面膜具有特定的化學組成、結構與形貌,可賦予基體與涂層體系新的性能或功能。
6.表面合金化(擴散滲)
將金屬或非金屬沉積在基體材料表面上,通過擴散作用滲入到基體材料表面內,改變材料表面的化學組成、相結構,以提高材料表面的使用性能。
7.化學轉化
將金屬零件放入一定的化學溶液介質中,使其表面形成鈍性化合物膜層,以提高材料表面的性能。工程上常用的鈍性化合物膜層主要有鉻酸鹽鈍化膜、磷酸鹽鈍化膜、草酸鹽鈍化膜、鋼鐵零件表面的發(fā)藍等。另外,工程應用中常常將表面粗糙度的降低工藝(磨光、拋光、滾光等)及表面著色等也歸于化學轉化這一類表面改性工藝。
8.金屬電化學沉積技術
金屬電化學沉積是指用電化學方法在金屬制件表面沉積一層或多層金屬鍍層、合金鍍層或復合鍍層的技術,也稱為電鍍技術。用電鍍方法可以在金屬制件表面制備出功能各異的多種鍍層。
9.防銹技術
金屬在環(huán)境介質作用下發(fā)生的化學或電化學變化稱為金屬腐蝕,俗稱生銹或銹蝕。防銹金屬是防止金屬在制造加工、搬運、運輸、儲存及使用過程中遭受腐蝕的技術。
10.熱浸鍍層技術
熱浸鍍層技術又稱為熱鍍,是將被鍍金屬材料浸于熔點較低的其他液態(tài)金屬或合金中形成鍍層的工藝技術。熱浸鍍層技術的特點是在基體金屬與鍍層金屬之間形成一個合金層。