粉末锻造
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粉末锻造技术及其展望粉末锻造技术是将之前的冶金技术和模块锻造技术相结合而发展开来的新兴锻造工艺。
具有低成本,高质量,高产能,资源节约等优点。
因此,本文试图在分析粉末锻造工艺形成的流程基础上,阐述该项技术在我国工业领域的应用,从而展望粉末锻造技术的发展远景。
标签:粉末锻造;工艺流程;发展远景0 引言粉末锻造技术起源于上世纪60年代的美国,刚开始因为技术的不成熟和产品的需求不足,该项工艺并没有得到充分发展。
不过随着汽车工业的发展,对粉末锻造零件的需求量大增,现在已经成为相对成熟的金属加工工艺,并大规模的应用于除汽车外的其他制造业领域。
我国于70年代开始在粉末锻造原材料、塑造原理、工艺设备和产品制造等方面开展了相关的讨论和研究,并取得初步的成果。
但在技术的成熟和应用方面我国还与美国、西欧、日本等国家和地区存在着一定的差距。
1 粉末锻造工艺的流程粉末锻造工艺流程首先是根据不同产品的要求调配粉末并压制为预成形坯,然后烧结和加热锻造,最后进行后续处理。
1.1 粉末原料的选取粉末锻造选取的原材料一般是铁粉或者合金钢粉。
但在粉末锻造中应用铁粉原料要严格控制Mn、Si等微量元素的含量。
因其这种铁粉可硬性程度不高,所以可以添加其他合金化元素来改善其性能。
合金钢粉主要应用的是雾化粉,虽然合金钢粉也会加Mn、Cr 等元素,不过在粉末锻造过程中特别容易氧化。
而Ni、Mo出现氧化的几率就要小得多,现在研制的Fe- Ni- Mo系列预合金粉,不仅让冲击韧性下降又明显改善基体,故在粉末锻件中多使用该系列的预合金粉。
此外,如果有其他非金属的参杂会对粉末锻造材料的影响很大。
根据相关研究表示:粉末锻件的疲劳寿命主要取决于夹杂之间的自由路程,所以应采用纯净度高的钢粉,雾化粉因为非金属夹杂少、合金元素含量易于控制,受到广泛应用[1]。
1.2 压制预成形坯在压制预成形坯之前,一个重要的步骤就是对预成形坯的设计,这是关系到粉末锻造能否成功。
谈粉末锻造成形工艺在摩托车零部件上的应用(1)崔利军【期刊名称】《摩托车技术》【年(卷),期】2019(000)002【总页数】4页(P49-52)【作者】崔利军【作者单位】【正文语种】中文粉末锻造技术既有粉末冶金成形性能较好的优点,又具有能发挥锻造变形有效地改变金属材料组织和性能作用的特点,使粉末冶金和锻造工艺在生产上取得了新的突破,特别适宜大批量生产高强度、形状复杂的结构零件,粉末锻造工艺方法已经成熟,作为一种精减工序,减少公害和节约资源的合乎时代要求的技术,是一项跨世纪的先进的高新技术。
因此在各工业部门中有大力推广应用的发展前途,值得业内人士的关注。
1 粉末锻造工艺迫切需要大力发展粉末锻造技术是常规的粉末冶金工艺和精密锻造有机结合而发展起来的一项颇具有市场竞争力的少、无切削金属加工方法。
该方法以金属粉末为原料,经过预成形压制,在保护气氛中进行加热烧结及作为锻造毛坯,然后在压力机上一次锻造成形和实现无飞边精密模锻,从而获得了与普通模锻件质量密度相同、形状复杂的精密锻件。
当下,传统的普通模锻和机械加工方法已难以满足当今汽车、摩托车等工业生产中对产品高质量、高精度、高效率、低消耗、低成本的要求。
为此,20世纪40年代德国和美国对铁粉锻造开始进行研究,直到20世纪60年代中期已初步研制成功一种新型的金属塑性成形工艺——粉末锻造,首次锻造出连杆零件。
锻压成型工艺具体指锻造成形与锻造工艺无关,只是图纸或技术要求,要求工件要以锻造工序完成,也就是说无论采用何种锻压工艺,一定要满足图纸和技术要求尺寸。
反过来说图纸和技术要求尺寸是由锻压工序完成。
粉末冶金作为金属零件制造的少无切削工艺,采用模压成形和烧结工艺具有节约材料、提高效率、降低成本的特点,铁铜基粉末冶金零部件在汽车、摩托车及机械零部件上的应用越来越多。
但一般粉末冶金零件在致密性和机械性能上难以达到冶炼钢的水平。
尽管采用了许多新工艺方法,如复压复烧、温压成形等,却很难突破7.7 g/cm3以上的密度水平,且成本大幅提高。
038谈粉末锻造成形工艺在摩托车零部件上的应用(2)Cui LijunAbout the Application of Powder ForgingProcess in Motorcycle Parts(2)崔利军(上接2019年第2期)连杆在工作中承受多向交变载荷的作用,要具有很高的强度。
因此,连杆材料一般都采用高强度碳钢和合金钢,如45钢、65钢、40Cr 、40MnB 等。
近年来也有采用球墨铸铁和粉末冶金材料的。
发动机连杆采用40MnB 钢,用模缎法成型,将杆体和杆盖锻成一体。
对于这种整体锻造的毛坯,要在以后的机械加工过程中将其切开。
为保证切开孔的加工余量均匀,一般将连杆大头孔锻成椭圆形。
相对于分体锻造而言,整体锻造的连杆毛坯具有材料损耗少、锻造工时少、模具少等优点。
其缺点是所需锻造设备动力大及存在金属纤维被切断等问题。
与传统模锻连杆、铸造连杆相比,粉末锻造具有的特性。
粉末锻造是将烧结的预成形坯,经加热后在闭式模中锻造成零件的工艺,是将传统的粉末冶金和精密模锻结合起来的一种新工艺。
粉末锻造为制取高密度、高强度、高韧性、高精度粉末冶金零件开辟了广阔的前景,成为现代粉末冶金技术最重要的发展方向之一。
随着汽车工业的发展,对汽车用高性能粉末冶金零件的需求不断增长,粉末锻造的研究与应用得到了迅速而稳定的发展。
连杆是发动机中的主要传力部件之一,其小头经活塞销与活塞联接,大头与曲轴连杆轴颈联接,气缸燃烧室中受压缩的油气混合气体经点火燃烧后急剧膨胀,以很大的压力压向活塞顶面,连杆则将活塞所受的力传给曲轴,推动曲轴旋转。
摩托车发动机连杆使用工况为承受复杂的交变应力,失效方式为断裂,变形和磨损。
粉末锻造的材质及工艺技术要求:端面和内孔硬度58~62HRC ,杆部硬度34HRC ,原来选用的材质是20CrMo 。
原加工工艺为:下料→锻造→切边→钻孔→防渗处理、钻孔→渗碳淬火、回火→喷砂、精磨。
连杆部件由连杆体,连杆盖和螺栓、螺母等组成。
文献综述一.柴油机连杆加工工艺分析主要说的是关于传统工艺连杆加工中影响其精度的主要参数和连杆加工工艺路线,连杆加工工艺的分析和改进,以及连杆加工工艺设计中应该注意的问题反映连杆精度的参数主要有五个:(1).连杆大端中心面和小端中心面相对于连杆身中心面的对称(2).连杆大小头孔中心距尺寸精度(3).连杆大小头孔平行度;(4).连杆大小头孔的尺寸精度、形状精度;(5).连杆大头螺栓孔与接合面的垂直度。
传统加工路线:连杆工艺设计注意问题:工序安排定位基准:夹具使用二.发动机连杆的粉末锻造主要介绍粉末锻造工艺的技术特点、制造工艺流程、主要制造工艺参数、主要生产工序及工艺参数等;国外采用连杆胀断工艺的公司有哪些1.特点:粉末冶金烧结件作锻造毛坯可一次锻造成形,无飞边,节省加工工时和设备。
具有粉末冶金和机械精锻的优点。
粉末锻造可实现烧结材料的高密度化,是材料具有高强度和无明显各向异性。
a.避免不必要的机械加工,如模锻连杆早热处理前需要经过几到机加工,而粉锻连杆仅需一道机加工。
b.质量偏差小,模锻3%-5%,粉锻连杆仅0.5%。
c.疲劳轻度高d.零件致密、轻量,密度≥7.8g/cm3,形状及尺寸经一次性锻造即可达到最终产品要求。
e.节约能源50%,节约材料40%,有利于环境保护。
2.制造工艺流程: 预合金钢粉→配料机混料→压制成预制坯→烧结成锻坯→快速送入预热的锻模→致密化闭模锻造→锻件脱模→在可控气氛中冷至室温→热处理→喷丸强化3.原料参数:德国宝马生产V8发动机连杆所用预合金钢粉成分为w(Mn)=0.3%~0.4%、w(Cr)=0.1%%~0.25%、w(Ni)=0.2%%~0.3%、w(Mo)=0.25%~0.35、w(C)=0.6%,其余为Fe.4.主要工艺参数:a.配料及混料经配料计算和准确称取粉重后置于混料机混合20—30分钟至分布均匀;b.压制预制坯要对预制坯的设计应合理,对其密度、质量、质量变化和尺寸要求精确控制,避免过负荷损坏模具;c.烧结预制坯在通有还原保护气体的专用烧结炉中进行,烧结温度1120—1130℃,至完全合金化,后移至无氧化性气体的温饱炉中于1000℃左右保温;d.锻造有两种:利用烧结体预热保温至锻造温度时立即进行锻造,以节省能源。