粉末鍛造的工藝適應(yīng)性與零件應(yīng)用

時間：2016-11-03作者：浙江兆東機(jī)械有限公司瀏覽：83

                          粉末鍛造的工藝適應(yīng)性與零件應(yīng)用
    粉末冶金作為金屬零件制造的少無切削工藝又二—  采用模壓成形和燒結(jié)工藝具有節(jié)約材料、提高效率、降低成本的特點，鐵銅基粉末冶金零部件在汽車、摩托車及機(jī)械零部件上的應(yīng)用越來越多。但一般粉末冶金零件在致密性和機(jī)械性能上難以達(dá)到冶煉鋼的水平。盡管采用了許多新工藝方法，如復(fù)壓復(fù)燒、溫壓成形等，卻很難突破7 .7g/cm3以上的密度水平，且成本大幅提高。粉末鍛造工藝較好地解決了這一問題，通過粉末冶金和精密鍛造工藝的**結(jié)合，使粉末冶金材料各向同性、材質(zhì)均勻，密度接近或達(dá)到冶煉鋼的水平，材料綜合性能達(dá)到甚至**過合金鋼的性能。如今粉末鍛造已成為重要的機(jī)械零件近凈成形工藝之一。
                                    國內(nèi)外現(xiàn)狀
    1940年美國通用汽車公司就進(jìn)行過粉末鍛造工藝的實驗研究。1968年該公司宣布粉末冶金鍛造汽車后橋差速器行星齒輪試制成功，并與辛辛那提公司合作建立了自動生產(chǎn)線。80年代初，日本、德國和美國的粉末鍛造汽車連桿開始投入生產(chǎn)應(yīng)用，1987年各種粉末鍛造產(chǎn)品達(dá)到年產(chǎn)2萬噸的水平，美國福特公司的粉末鍛造汽車連桿在1991年達(dá)到100萬支的生產(chǎn)能力。曰本豐田公司粉末鍛造連桿在80年代已達(dá)到年產(chǎn)30萬件，日本神戶制鋼所80年代建立了**條粉末鍛造生產(chǎn)線。德國Krebsoge公司1992年在BMW—V8型轎車發(fā)動機(jī)上采用了粉末鍛造連桿，并生產(chǎn)出用于高性能摩托車BMW—1RORS雙缸發(fā)動機(jī)用粉鍛連桿。其基本成分為O. 6%C，（0. 3一0.4） %Mn，（0.1一0. 25 ）%Cr，（0. 2一0 .3）%Ni ，(0.25一0 3 5 )%Mo，其余為Fe。經(jīng)鍛造后，密度可達(dá)理論密度的97%以上，抗拉強(qiáng)度為100MPa。在其他零部件方面，美國生產(chǎn)鉆井鉆頭迄今較重達(dá)2.6kg，但粉末鍛造件一般不**過2kg。原材料方面已有粉末鍛造**標(biāo)準(zhǔn)，如AISI4600粉末成分0.5%C，2%Ni，0.5%Mo，0.24%Mn。
    我國的粉末鍛造研究起步較晚，受制于設(shè)備和原材料水平，推廣應(yīng)用不多。近年來我國粉末原材料品種不斷增多，質(zhì)量有了較大提高，為粉末鍛造的發(fā)展提供了原材料的**，粉末鍛造工藝的研究有了新的開端，部分企業(yè)開展了汽車連桿粉末鍛造應(yīng)用研究，開發(fā)了部分粉末鍛造產(chǎn)品為進(jìn)一步的發(fā)展打下了基礎(chǔ)。
                                粉末鍛造的工藝特點
     近凈成形
    從毛坯壓制到鍛造均使用模具成形，可以獲得接近零件尺寸的毛坯或較終產(chǎn)品，屬于少切削和無切削的**制造技術(shù)，材料利  用率可高達(dá)95%以上。燒結(jié)和鍛造在保護(hù)  氣氛下進(jìn)行，表面氧化少，提高了鍛件精度， 模具壽命長。
     機(jī)械性能高
    經(jīng)過粉末鍛造和熱處理，材質(zhì)密度達(dá)到  理論密度的98%以上，內(nèi)部組織均勻、無  偏析，機(jī)械性能達(dá)到甚至**過普通模鍛鋼。 特別是疲勞強(qiáng)度比普通合金鋼有明顯提高， 在汽車連桿等抗疲勞要求較高的零件上得到 廣泛應(yīng)用。
     成分可調(diào)整
    用粉末作為原材料，可以根據(jù)零件的實際使用工況和性能要求，大范圍地調(diào)整材料成分，獲得較大性價比。
     生產(chǎn)效率高
    由于從毛坯制造到鍛造采用精密模具成形，工序少，流程短，可以滿足大批量、自動化生產(chǎn)。有較高的生產(chǎn)效率。
     產(chǎn)品成本低
    由于材料利用率和加工精度高，省去了粗加工，減少了中間工序，實現(xiàn)了少無切削，  產(chǎn)品成本大幅降低。特別是外形復(fù)雜、加工 工序多、加工工時多的機(jī)械零件利用粉末鍛 造可以有效降低成本。
                                      工藝適應(yīng)性
    粉末鍛造零件在考慮可靠性的同時應(yīng)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析。粉末鍛造的意義在于它使粉末冶金這一工藝從低密度產(chǎn)品到高密度產(chǎn)品有了一個完整的選擇區(qū)域。密度范圍在5.8~7.8g/cm3的零件，粉末冶金包括粉末鍛造都可發(fā)揮模具成形、提高工效、降低加工成本的優(yōu)勢。和傳統(tǒng)工藝相比，外型較復(fù)雜、臺階較少、加工量較大的零件較適于粉末鍛造，如連桿、齒輪等。
    可采用粉末鍛造的汽車零部件包括：發(fā)動機(jī)（連桿、齒輪、氣門**桿、交流電機(jī)轉(zhuǎn)子、閥門、起動機(jī)齒輪、環(huán)形齒輪、汽缸襯筒、齒圈換擋齒輪、氣缸瓦等）；變速器（毅套、回動空轉(zhuǎn)齒輪、離合器、軸承座圈同步器、各種齒輪、反向齒輪、同步環(huán)、倒擋惰輪等）；底盤（后殼體端蓋、扇形齒輪、萬向軸、測齒輪、輪毅、傘齒輪、環(huán)形齒輪、齒圈等）；自動變速器（內(nèi)環(huán)、外環(huán)、離合器凸輪、副軸齒輪壓板、停車自鎖齒輪、齒圈、其他齒輪等）。
    機(jī)械零件的高精度和高強(qiáng)度對粉末鍛造工藝提出了較高要求。高密度≥ 7. 8g/cm3以及密度的均勻性；對模具的精度和壽命要求高：粉末鍛造的溫度一般在950一1050度之間，加熱過程防氧化；粉末鍛造的**設(shè)備缺乏，且價格不菲等。
                                     典型零件應(yīng)用
    發(fā)動機(jī)連桿承擔(dān)著把活塞的直線運(yùn)動通過曲柄轉(zhuǎn)換為往復(fù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動不僅要求抗拉、抗彎，而且要求耐磨、耐沖擊，其綜合機(jī)械性能要求苛刻。選擇TB50摩托車發(fā)動機(jī)連桿為對象，研究了粉末鍛造連桿的材質(zhì)及工藝，**了較好的效果。
    使用工況為承受復(fù)雜的交變應(yīng)力，失效方式為斷裂，變形和磨損。技術(shù)要求：端面和內(nèi)孔硬度58~62HRC，桿部硬度34HRC，原來選用的材質(zhì)是20CrMo。原加工工藝為：下料→鍛造→切邊→鉆孔→防滲處理、鉆孔→滲碳淬火、回火→噴砂、精磨。粉末鍛造的任務(wù)有兩個，一是有滿足良好機(jī)械性能的合理的材質(zhì)成分，得到均勻合理的預(yù)成形坯，二是采用的粉末冶金和精密鍛造相結(jié)合，得到高密度高強(qiáng)度的機(jī)械零件。因此實驗包括以下步驟：（1）不同的粉末組成對燒結(jié)和性能的影響；（2）設(shè)計毛坯和粉末冶金壓型模具；（3）設(shè)計熱鍛模具，研究粉末冶金預(yù)成形坯的熱流動規(guī)律及成分對鍛造和鍛后性能的影  響；（4）加工性能及熱處理后性能檢測；（5）裝機(jī)  考核。
     預(yù)成型坯和壓型模的設(shè)計
    設(shè)計要點為：（1）預(yù)成形坯盡量接近連桿的  形狀；（2）有利于預(yù)成形坯各部位密度均勻。要做到這一點必須設(shè)法控制壓制過程中粉末的橫 向流動。為了抑制橫向流動，壓型模的沖頭各部位必須多工位運(yùn)動，可稱為不同步壓制。利用這種方法，應(yīng)根據(jù)混合粉末的松裝密度設(shè)計模具沖頭各部位的高度，只有粉末預(yù)制坯的密度均勻，才能為鍛造均勻創(chuàng)造條件。
     預(yù)成型坯成分設(shè)計
    作為受力復(fù)雜的結(jié)構(gòu)件，連桿要求有高弛韌性，同時回轉(zhuǎn)部位要有較高硬度，因此杠料的設(shè)計要考慮以下幾點：（1）含碳量為中侶碳；（2）有一定的淬透性，基體淬火后的硬度在30HRC以上、滿足局部滲碳的要求。為止，選擇Fe—C，F(xiàn)e—C—Ni—Mo，F(xiàn)e—C—Cu，F(xiàn)e—C—Cu—Mo系進(jìn)行了交叉實驗。鐵粉選用赫格那斯（Hoganas）100目霧化粉。碳的加入形態(tài)為200目以上的鱗片狀石墨，考慮燒結(jié)過程中的碳損失，把含碳量控制在0.3%~0. 6%。鎳、鉬的加入是為了提高強(qiáng)韌性和淬硬性。
     鍛造模具的設(shè)計
    鋼制連桿的鍛造一般為開式鍛模，即上下模腔，帶飛邊。把粉末預(yù)成形坯用開式鍛模鍛造發(fā)現(xiàn)易出現(xiàn)鍛造裂紋，無法做到無切邊和高密度，因此連桿粉末鍛造不能使用開式鍛模。采用閉式鍛模特點是無飛邊，導(dǎo)柱導(dǎo)向。留出模斜度和排氣孔，由上下沖頭一次封閉擠壓，使鍛件的密度較高。而且外型光潔完整。
    鍛模選用3Cr2W8制造，設(shè)計中應(yīng)考慮熱膨脹因素。密度為6.4g/cm3的粉末預(yù)成形坯的熱膨脹系數(shù)1000度時為2.3%~2.5%不同的成分影響不明異。
     鍛造及熱處理
    鍛造實驗打擊力度為10t/cm3，保護(hù)氣加熱，鍛模預(yù)熱至300度左右，隨著加熱溫度提高。連桿密度增大，但溫度提高到10500度以后，在其他條件相同的情況下密度達(dá)到峰值。溫度增高，表面氧化脫碳趨于嚴(yán)重，因此鍛造溫度設(shè)在1000一1050度范圍。鍛造以后工件入油冷卻，鍛件經(jīng)鏜孔后兩軸孔和端面需滲碳淬火，其余部位涂防滲涂料，850度淬油，200度回火。
     實驗結(jié)果與分析
    實驗證明，在相同的打擊力情況下，預(yù)成型坯密度在6.4~6.5g/cm3時段后連桿的密度較高。通過鍛件機(jī)械性能的比較。選擇Fe—CCuMo系作為分段連桿說的材質(zhì)組成：0 . 5%C、（1一2） %Cu、（0.3一0.6）%Mo、其余為Fe，這樣的材質(zhì)組成既保證了連桿整體的強(qiáng)韌性，又能滿足表面熱處理的需要。熱處理后的主要金相組織為低碳馬氏體、珠光體和鐵素體，滲層深度為0.6一0. 9mm。粉末冶金材料趨于各向同性，保證了材質(zhì)的均勻性，使連桿具有良好的綜合機(jī)械性能。
                                      結(jié)束語
    粉末鍛造工藝可以發(fā)揮模具成形的優(yōu)勢，具有節(jié)約材料、提高效率、降低成本的特點。通過粉末冶金和精密鍛造工藝的**結(jié)合，零件綜合性能達(dá)到甚至**過合金鋼的性能。和傳統(tǒng)工藝相比，外形較復(fù)雜、臺階較少、加工量較大的零件較適于粉末鍛造，如連桿、齒輪等。
    通過對典型零件摩托車發(fā)動機(jī)連桿粉末鍛造的研究表明，粉鍛連桿的機(jī)械性能滿足了TB50發(fā)動機(jī)的要求，同時節(jié)省材料，減少機(jī)加工量，提高生產(chǎn)效率，大幅降低成本。


——選自《鍛造與加工》


浙江兆東機(jī)械有限公司專注于銅鍛造,銅機(jī)加工,銅沖壓等

• 詞條

  詞條說明

• 兆東機(jī)械——冷溫?zé)徨懺O(shè)備及其鍛造工藝

  冷溫?zé)徨懺O(shè)備及其鍛造工藝 老齡化給中國企業(yè)帶來的一個**問題是人口紅利逐漸消失，這就意味著勞動密集型低端產(chǎn)業(yè)將失去競爭優(yōu)勢，現(xiàn)代產(chǎn)品對加工精度要求不斷提高，這將引導(dǎo)自動化及機(jī)器人設(shè)備代替更多的勞動力進(jìn)入車間，這也是未來中國工業(yè)發(fā)展的必然趨勢。我國作為一個發(fā)展中國家，考慮一切生產(chǎn)技術(shù)問題的前提必須是適用。榮成金辰機(jī)械制造有限公司(以下簡稱“金辰機(jī)城“)是一家專業(yè)的壓力機(jī)生產(chǎn)制造企業(yè)，近年來圍繞國家

• 匠人，了不起

  韓靜濤，北京科技大學(xué)（以下簡稱“北科大”）材料科學(xué)與工程學(xué)院（以下簡稱“材料學(xué)院”）教授、學(xué)科主任兼任中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會全國**委員、中國鍛壓協(xié)會***、中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會理事、中國金屬學(xué)會榮譽(yù)理事、中鋼構(gòu)冷彎型鋼分會理事長、北京機(jī)械工程學(xué)會壓力加工分會主任等職，主要研究方向為金屬塑性成形介微觀理論、大型鍛件制造工藝、軋制原理與工藝、特殊鋼與合金成形技術(shù)、特種成形工藝、金屬層壓復(fù)合材料技術(shù)、冷彎

• 粉末鍛造的工藝適應(yīng)性與零件應(yīng)用

  粉末鍛造的工藝適應(yīng)性與零件應(yīng)用 粉末冶金作為金屬零件制造的少無切削工藝又二— 采用模壓成形和燒結(jié)工藝具有節(jié)約材料、提高效率、降低成本的特點，鐵銅基粉末冶金零部件在汽車、摩托車及機(jī)械零部件上的應(yīng)用越來越多。但一般粉末冶金零件在致密性和機(jī)械性能上難以達(dá)到冶煉鋼的水平。盡管采用了許多新工藝方法，如復(fù)壓復(fù)燒、溫壓成形等，卻很難突破7 .7g/cm3以上的密度水平，且成本大幅提高。粉末鍛造工藝較好地解決了

• 鍛造鋁輪轂應(yīng)用現(xiàn)狀-兆東機(jī)械

  鍛造鋁輪毅與鑄造鋁輪毅相比重量輕，有高密度的金相組織和良好的機(jī)械性能，力學(xué)性能要高18%以上，質(zhì)量輕20%，表面光潔度好，可鍛造出花紋和圖案，具有較好的安全性能獷較適于高檔轎車、重卡及豪華客車配備，具有附加值高的特點。但工藝復(fù)雜、設(shè)備投資大、生產(chǎn)成本高，因而還沒有得到大面積推廣應(yīng)用。 鍛造鋁輪轂應(yīng)用現(xiàn)狀 國外應(yīng)用現(xiàn)狀 目前國外鍛造鋁輪毅在卡車、客車、**轎車以及摩托車上的應(yīng)用較廣泛。美國、歐洲以