金属成形是先进制造技术的重要研究领域,是支撑国民经济发展与国防建设的主要技术之一。其发展水平在一定程度上代表了一个国家制造技术与工业发展水平。据统计全世界钢材75%要进行塑性加工。随着世界范围内对节能减排、发展低碳制造技术的需求,绿色、节约型及高性能金属成形技术成为了主要研究方向。现在我国已经成为制造业大国之一,被誉为“世界工厂”,我国制造大国的地位也可以从大型锻压装备上予以体现,如8×105kN大型模锻压机、4×105kN大型模锻压机,2×105kN金属挤压机、1.65×105kN大型自由锻液压机、1×105kN板材内高压成形机、6×104kN管材内高压成形机和3.5×104kN折弯机等大型装备,且上述大型装备的公称压力在将来还将不断刷新。然而,在我国从“制造大国”向“制造强国”迈进的道路上,不应只是注重研制大型装备,还应从成形工艺的角度考虑如何实现省力成形,降低对大型设备的依赖,减少庞大的设备投资。
作为航空工业最发达的美国,为了获得高性能的钛合金锻件,在20世纪中期建造了5×105kN的模锻液压机。然而,为了适应更加复杂、投影面积更大的钛合金锻件需求,1967年美国航空界曾经提出建造2×106kN巨型模锻压力机的建议书。但由于2×106kN超大液压缸、大型横梁等的制造和装配技术的限制,以及非常大的投资,导致该项目未被立项。以我国的8×105kN模锻压力机为例,其机身总高42m,相当于十几层楼房的高度,设备自重就达2.2×105kN,因此,建造大型锻压设备是一个庞大的工程。需要注意的是,美国虽然未建造超过5×105kN的模锻压力机,但其先进的五代战机F22、大飞机波音787等均制造出来并投入使用。究其原因就是使用了等温模锻等先进成形工艺技术,实现了关键部件的省力成形,以先进的工艺来弥补设备公称压力的不足。
金属成形中的变形均匀性是指工件内部各部分变形的均匀程度。在成形过程中工件的变形均匀性越好,越有利于产生均匀的内部组织,降低内应力,提高工件的性能和质量。并且,工件变形均匀性的提高,还可以减少或避免工件因局部变形剧烈而产生的缺陷,如开裂。金属的变形均匀性与成形所用载荷有关系,通常来说,变形越均匀,则成形所用载荷就越小,能耗越低。(www.xing528.com)
本章首先介绍了省力成形的原理,并在其屈服图形上指出了省力成形的范围。对均匀成形及其影响因素进行了介绍。阐述了影响成形载荷的四大因素:流动应力、摩擦状态、承压面积和自由流动可能性,并结合具体金属成形工艺给出了实现省力成形的途径。最后,分析了成形流程对变形均匀性的影响,并介绍了一些省力及均匀成形的新工艺。本章内容旨在介绍省力与近均匀成形的原理及其影响因素,给出实现省力成形的途径,并采用理论分析和有限元模拟相结合的方法,对具体工艺进行深入分析。
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