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日本精密锻造的现状_近藤一义
作者:扑克王app下载官网    发布日期:2020-01-13 22:25


  日本精密锻造的现状_近藤一义_材料科学_工程科技_专业资料。综述 日本精密锻造的现状 名古屋大学 工学部 熊 本 大 学 工学部 近藤 一义 济木 弘行 [ 摘要] 论述了日本锻造工业中与高精密锻造相关的高精度模具加工、导向精度控制、锻件材质改 善及锻

  综述 日本精密锻造的现状 名古屋大学 工学部 熊 本 大 学 工学部 近藤 一义 济木 弘行 [ 摘要] 论述了日本锻造工业中与高精密锻造相关的高精度模具加工、导向精度控制、锻件材质改 善及锻造自动化、表面处理等基础技术; 介绍了复合锻造、闭塞锻造、冷锻等精密锻造方法及典型零件。 [ Abstr act] T h is pa per m ake s discussio ns on th e pr oc essing of the hig h pr ec isio n die , t he c ont r o l o f t he pr ecision o f g uiding , t he im pr ov e me nt o f t he m at er ials o f t he f or g e d pa r ts an d t he a uto m at ion o f t he fo r g ing t ec hno lo g y in r elat io n to t he h ig h pr ec isio n f or g ing and t he fo r g in g indust r y in J apan , a nd int odu ces t he m et ho ds o f pr ecisio n fo r g in gs as co mpo site fo r g ing , t he c lo sed plung er fo r g ing and t he c old fo r g ing etc to g et her w it h t he f or g ing o f som e t y pical pa r ts. 叙词: 锻造 精度 Rel ated terms: Forgi ng Preci si on 1 前言 从锻造分会得到坚实的技术, 用于自己的产 品。这里叙述一下日本锻造技术开发成果。 在日本大阪召开的第 4 次中日精密锻造 研讨会上, 工藤英明教授进行了精密锻造技 2 锻造加工技术开发方向 术的详细解说。他介绍的锻造成品例子 21 种, 罗列了几乎所有的现生产主要产品。在 锻造加工能有效地加工高强度、高韧性 的零件, 不仅能够很好地组合冷锻, 还能很好 类似的锻造生产中, 只要锻件形状稍微发生 地组合热锻、温锻, 加工高精度的多种材料、 变化, 坯料的流动状态也会相应变化, 如不改 进工艺就得不到良好的产品。技术人员要对 形状复杂的零件, 进一步发挥这些优势, 可望 利用锻造的无修边技术降低成本。图 1 总结 每个产品具有充分的判断能力。从这个意义 了无修边加工的技术环境。 来说, 锻造技术很难, 所以锻造技 术人员应具备坚实的科学知识。 目前日本经济不景 气, 在汽车行业的合理化 建议活动中, 对降低锻造 产品成本的要求很高, 要 在 几 年 内 降 低 20% ~ 30% 的成本。用单纯减少 以往工程中的浪费来降低 成本, 难以满足这种要求, 所以大企业和中小企业都 在进行各种各样的努力, 以至这些企业对担当各种 新技术情报工作的锻造分 会的期望也很大, 参加分 会的人也多起来了, 以期 图 1 无修边加工的技术环境 1996 年第 10 期 1 日本锻造业想用无修边加工方法实现图 1 所示方块中的技术要求就必须解决图中虚 线所示的技术、劳动环境和经济上的障碍。 这是因为要实现无修边加工, 需要有长年积 累的经验和 CA D、CAM 、CAE 、CAT 等微 机应用技术以及日 常的技术积累和高相关 技术的存在等。与锻造技术关系最密切的日 本汽车行业是以海外现场生产为主, 在日本 本土的生产量不会有增加, 所以须谋求高质 量零部件的经济生产工艺。 3 精密锻造的相关基础技术 3. 1 高精度模具加工 提高锻造产品的精度, 首先要提高模具 的加工精度和调整好模具间的相对运动。 模具加工中心已经能够高速仿形加工型 材, 加工精度极限接近 1 m , 电火花加工也 能达到同样的精度。随着开发电源和粉末混 入法等技术, 已能够加工高精度 ( Ra 1 m ) 模具。 3. 2 导向精度的提高 要确保模具的相互导向精度和下死点精 度的控制。为保证导向精度就要确保滑块导 向精度, 应使用刚性模座, 采取容易保证精度 的模具结构进行模具 之间的相互导向等 措 施。对下死点要控制冲压热变形和适应载荷 的调节, 如在锻造连杆时, 用测重方法进行下 死点位置的自动控制来满足 ( 0. 25~ 1) % 的重量精度的要求。有人认为, 这种做法随 着冲压刚性的改善, 能进一步得到提高。 3. 3 锻造材料的改善 在无修边加工中, 首先要提供尺寸和质 量稳定的材料。 50 m m 以内的精密热锻用 棒材直径采用允许误差为 0. 1 m m 的材料, 用自动检测方法去除带有表面缺陷和伤痕的 材料。所提供的材料应该是内部偏析少、含 硫量低、化学成分的控制严密。另外还要进 一步提高冷锻更高级的高强度材料的能力, 使热处理应力均一化, 进行减少变形抗力的 研究。另外也有人在进行省略和简化加工前 2 球化退火工序的研究。 3. 4 自动化 锻造工艺的自动化是改善工作环境、提 高无人操作能力和生产效率所不可缺少的工 作。是从辊锻到锤锻机进行全自动锻造系统 化的工作。精密锻造要尽量减少工作条件的 改变, 对加工用材的精确下料和提供, 润滑 剂、冷却剂的提供, 生产周期管理, 直至冲压 和最终加工, 都要进行确保尺寸精度的自动 化系统的研究工作。在不同工况条件下确保 锻件尺寸的精度所作的工作中, 控制锻打动 向的测量系统是影响自动化的主要因素。 3. 5 表面处理 为降低成本应采取模具表面硬化处理以 提高模具寿命, 其中利用最多的是温、热锻模 具的离子渗氮、堆焊、镀铬, 使冷锻模表面形 成渗氮物或碳化物 。为保持模具的尺 寸精 度, 降低高温热处理应力, 进行了表面处理低 温化的研究。为充分发挥模具表面处理的性 能, 应考虑处理前的模具表面状态、表面受 热、载荷量的估计、原材料的选择等因素。 4 各种无修边锻造法 4. 1 复合锻造 热锻变形抗力低, 具有大变形能量的特 点, 可锻造形状复杂和大型的锻件。在通常 的热锻中, 锻件表面发生氧化或脱碳, 模具也 因热负荷引起明显的磨损和塑性变形, 所以 无修边加工是很困难的。把钢的锻造温度降 低到 1 000 , 有时降低到 700~ 900 后进 行温锻, 在冷态进行精锻 ( 精压、减重加工) , 保证尺寸精度和完成产品表面最终加工, 这 叫复合锻造, 是各种齿轮、接头等高强度零部 件的标准锻造方法。 附表列出了日本丰田汽车( 株) 提供的无 修边加工锻造成形的典型零件 。 温、热锻的尺寸精度对冷锻成品精度影 响很大, 所以提高模具精度和寿命是很关键 的一环。提前评估模具的冷却方法、成形时 间、以及热负荷严重部位的形状设计是重要 汽车工艺与材料 零件名称( 部位) 小齿轮( 齿面+ 齿端面) 活塞销 异型轴承 气门导管 BJ外圈( 球面沟) BJ外圈( 球面沟) G I 外圈( 滚柱沟) 侧齿( 齿轮+ 齿端面) 外花键 花键 4W D 主动或被动链轮 外壳( 粘接) 附表 无修边加工锻造成形零件 材料 锻造加工 S CM 15 S CR 415 SCM 420H SA E 5051 S CM 20 S53C S45C S CM 15 SCR15 SCR20 S CR 420 S30C 冷锻 冷锻 冷锻 冷锻 温锻+ 冷锻 温锻+ 冷锻 温锻+ 冷锻 热锻+ 冷锻 热锻+ 冷锻 热锻+ 冷锻 热锻+ 冷锻 热锻+ 冷锻 机械加工 无 热处理后磨外径 无 热处理后磨 无 热处理后磨 无 无 无 无 无 无 成品精度等级 JIS3级 IT9 IT7 IT 11 IT9 IT 11 JIS3级 JIS4级 JIS4级 JIS6级 IT8 的。目前用这种方法生产出 JIS- 3~ 5 级齿 轮、接头等零件, 这种产品可以锻造后直接热 处理再磨削成成品。这种方法与切削加工量 多的以往方法相比, 锻造成本虽有增加, 但总 成本降低了 25% 。 4. 2 闭塞锻造 在如图 2 所示的封闭的模具空腔内挤入 被加工材料, 使空腔充满, 该锻造方法以提高 材料利用率和减少工艺过程为目的, 应用在 冷锻和温锻中。通过重量控制, 保证了剪切 的重量误差在 0. 5 % 以下。为避免体积变 化而产生填充不良, 同时超负荷引起模具损 伤, 所以必须想办法对材料施加合理的压力, 向合适的位置挤出多余材料。 为确保最终尺寸精度, 封闭模具按挤压 力和限制冲头位置的工艺, 采用了凸轮、曲 柄、齿条、油压、空压、弹簧等机构。按上述方 法生产的螺旋状如伞状齿轮槽可达到 JIS 2~ 3 级标准, 十字接头零件的轴部只进行最 终磨削即可。 以改善变形抗力和变形为目的的温式封 闭锻造中, 因模具与锻件之间的接触时间比 较长, 有必要用模具冷却和锻件润滑方法提 高设备使用寿命。 4. 3 冷锻 冷锻容易保证尺寸精度, 其表面制造精 1996 年第 10 期 度也特别好, 如模具表面是镜面的话, 通过控 制适当的金属流动, 冷锻也可达到零件的镜 面成形。由于冷锻具有高变形抗力和低变形 能, 所以要设计合理的工艺。这种工艺要求 在防止模具损坏和成品出现裂纹的范围内控 制金属流动, 并且能够确保填充精度。另外 把锻态下能够使用的重要部件和利用简单的 后续切削加工可成形的部件巧妙地组合起来 的设计, 是降低成本所需要的。 图 2 闭塞锻造原理 在挤压成形锻造中, 断面收缩率保持一 定值, 实质上有利于保持低的加工压力。由 于锻材前、后部处于开放状态, 所以不可避免 地产生充填不满和毛边现象, 需要进行切削 3 加工。如花键轴那么长的零件, 挤压后剩余 部分较长, 而对于阶梯轴来说, 等于在中途停 止挤压, 所以没有端部毛边的问题。如在图 3 所示的小齿轮轴加工中, 集中了内外花键同 轴度、定标中心孔的加工、非对称形状加工等 方面的各种先进技术, 因此能加工成 JI S 2~ 3 级精度。这种高要求的产品是综合技术的 高度密集结晶, 在日本也仅有一家企业开发 了这种技术。 图 3 小齿轮轴 用图 4 所示的命名为中空成形法的方 法, 锻造了图 5 中所示的凸缘齿轮。 1 送料 2 中空成形 3 下部冲压 图 4 凸缘齿轮加工工艺 4 成品弹出 用这种方法能够用低加工压力成形和切削相 同精度的齿轮。挤压是在压应 力状态下进 行, 所以不产生断裂。 ( a) 挤压、切边 ( b) 中空成形 图 6 中空成形法原理图 利用中空成形法的内、外向流动, 控制加 工压力而实现齿轮精密锻造的原理, 开发了 利用排出孔的分流锻造法。这种方法是二段 加工法, 如图 7、8 所示, 将封闭锻造控制在模 具容许压力范围内, 然后在要求高精度的复 杂形状之外适当部位, 设置象圆孔那样单纯 形状的挤出部分, 再用同一模具加工实现分 流状态, 只填充所希望的部位。因避开封闭 状态, 所以能够在模具容许压力范围内成形 齿轮等零件, 成形的零件可达到无需后续加 工的精度。这种想法, 对各种产品都具有可 行性, 所以很重要。 m = 1. 667, Z= 22 齿高 5 m m 全高 16 m m m= 2. 0, Z= 27 齿高 6. 5 m m 全高 19 m m 图 5 凸缘齿轮( SCM22) 对齿形圆板进行一次冲压成形, 这种加 工方法如图 6 所示。它是基于用芯棒推进在 挤 压后期出现的底部凹坑的特殊 的金属材 料, 使之流动而成形中空产品的想法产生 的。使被加工的齿形外圆向齿形部流动, 凸 起部向内部流动, 芯棒的动作帮助成形凸起 部, 挤压出底部。由于齿形部填满后剩余部 分继续流入凸起部, 所以不形成封闭状态。 4 lo : 3、5、8m m Di Di 封闭状点 挤出中心孔 图 7 分流锻造法 分流填充 图 9 中的 A IDA - NS F 是改进封闭锻 造法而实现多重封闭锻造的压床, 是由在通 常压床上添加封闭机构用缓冲器和 1~ 2 根 汽车工艺与材料 能够联合动作的轴组成。把处于封闭加压中 心的芯棒向上引出, 依次把用细棒加工的锻 件置换下去, 随着芯棒的移动, 利用上述分流 法原理, 促进新的塑性流动。这种方法不用太 大的压力就能够填充齿形空部。用这种加工 法能够冷锻加工达到 JI S3 级精度标准的荷 叶形齿轮。原材 料利用率远比 上述分流法 好。 图 8 加工工序 其次还可象图 10 那样在加工中上下移 动箱子, 利用这时产生的壁面摩擦力向难以 填充的模具角落推进材料。设备的动作虽复 杂, 但在接近封闭状态时可避免加工面压力 的增加, 同时推进填充。利用这种方法有利于 成形花键 。 图 10 箱驱动精密锻造 5 结束语 实施上述各种高精度锻造, 应尽量减少 实验上的运作错误, 并应具备准确的判断和 分析能力。对材料流动、负荷、应力、应变的 分析是必不可少的, 同时还应进行有关模拟 方法的研究工作。 翻译: 权仁泽 校对: 朱伟成 1996 年 4 月 10 日收稿( 责任编辑 辛 成) 图 9 AIDA- NSF 冲压 一汽集团公司推出售后服务六项新举措 1 996 年 5月 1 日, 一汽集团公司实施售后服务六项新 举措: 1 一汽集团公司及一汽- 大众生产的车辆终身服务; 2 解 放牌 中型 载货 车柴 油发 动 机 1 0 万 公 里质 量保 修, 解放牌载货汽油发动机 5 万公里质量保修; 3 1 996 年 5 月 1 日后购买的具有一 汽及一汽- 大众 产品合格证实行免费里程走合保养; 4 接到用户求援信息, 1 2 小时之内服务到位 ( 不包括 边远地区) ; 5 对一汽集团用户提供技术咨询、技术培训; 6 一汽集团本部全天候 24 小时服务, 服务专线

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