齒形離合器的撥叉和手輪是摩」舊挺尾機(jī)上的二個(gè)主要零件。它們?cè)菈鸿T件, 因在凝固時(shí)極易形成柱狀晶粒, 在性能上不能滿(mǎn)足使用要求. 若用塑性成形, 可改善其性能,提高使用壽命, 但由于零件形狀比較復(fù)雜(撥叉有6 個(gè)半徑為l.85 m m 的小半球, 除8 尺寸有公差外, 其它尺寸均為自由公差), 且QA I 10一3 一1.5 和QA1 9 一4 鋁青銅的屈服強(qiáng)度又較高, 若用一般鍛造方法(如熱模鍛、冷及溫?cái)D壓等)成形會(huì)有一定困難, 對(duì)模具材料《熱加工工藝》S / 19 即及設(shè)計(jì)要求都較高, 成形力也較大.
        因此, 我們對(duì)膠木手輪的超塑性及超塑成形工藝進(jìn)行了研究. 實(shí)踐表明, 用超塑成形方法加工成形鋁青銅撥叉和手輪是較為理想的塑性加工方法. 機(jī)械性能見(jiàn)表2), 經(jīng)超塑預(yù)處理, 進(jìn)行超塑拉伸試驗(yàn), 獲得武延伸率卜武流動(dòng)應(yīng)力卜m (應(yīng)變速率敏感性指如與溫度T 及卜。與應(yīng)變速率。
二、模擬件超塑成形實(shí)驗(yàn)為了較準(zhǔn)確地估計(jì)超塑成形撥叉、手輪的變形抗力、材料的流動(dòng)性和充填性, 確定成形用潤(rùn)滑劑, 膠木手輪為模具設(shè)計(jì)提供可靠的依據(jù), 設(shè)計(jì)了一模擬件， 其投影面積S 與撥叉、手輪的大致相等‘模擬件的超塑成形的工況條件與超塑成形撥叉、手輪的相同.
        1 . 超塑成形工藝今數(shù)超塑成形工藝參數(shù)主要有: 成形溫度、成形速度和潤(rùn)滑劑. 超塑成形溫度可通過(guò)儀器控制在土10 ℃ 范圍內(nèi), 應(yīng)變速率。一般是通過(guò)控制壓機(jī)動(dòng)梁速度v 間接控制(因。正比于v ).圍, 占、, 都比較適宜.(2 )動(dòng)梁速度v: 一般超塑材料對(duì)變形速率比較敏感必= k: m).
這兩種合金在單向超塑拉伸(單向應(yīng)力狀勘試驗(yàn)時(shí), 初始應(yīng)變速率在10 一, 一0.7 5 x 10 一, m in 一‘ 變化時(shí),流動(dòng)應(yīng)力變化不大(在一個(gè)數(shù)量級(jí)內(nèi)),而模擬作撥叉、手輪的超塑成形是在強(qiáng)烈的三向壓應(yīng)力下進(jìn)行, 必然導(dǎo)致變形抗力的增加.模擬件的成形力P 用P = 。· 、式估算,取。= 10 k g / m m Z , s = 49 1 m m 2 , 則成形力約為5t 左右. 選用10 0t 塑料制品液壓機(jī), 足以滿(mǎn)足成形要求, 且有較大的噸位儲(chǔ)備. 初定V值在l一l.sm m / m in 范圍內(nèi)。(3) 潤(rùn)滑劑: 在超塑成形中, 潤(rùn)滑劑對(duì)成形、成形件質(zhì)量、脫模、防氧化有著重要影響. 膠木手輪試驗(yàn)過(guò)多種潤(rùn)滑劑, 效果均不理想. 如石墨潤(rùn)滑劑在高溫下燒損嚴(yán)重, 影響潤(rùn)滑效果;玻璃加石墨在成形后出模阻力大; 單純玻璃粉潤(rùn)滑劑阻力更大, 不易清洗, 常造成不能出模. 經(jīng)高溫圓環(huán)徽粗試驗(yàn)和模擬件成形實(shí)驗(yàn),2 # 潤(rùn)滑劑(市場(chǎng)購(gòu)買(mǎi)的)效果良好. 成形出的模擬件, 棱角清晰, 成形力大約為6 一8t ,·成形速度V 在1.4 一1.sm m / m in . 保溫10m in .2 . 模擬件模具材料模擬件成形模具工作部分選用了高溫強(qiáng)度較好的高溫合金G H 36, 模座等非工作部分的零件選用了Ic r 13 .三、撥叉、手輪超塑成形模具設(shè)計(jì)1 .
鍛件圖制定通孔在體積成形不易實(shí)現(xiàn), 不予成形, 留待后續(xù)機(jī)械加工. 為了避免凸模、凹模直接接觸, 降低下料精度, 在鍛件上部留余塊、連皮, 用來(lái)調(diào)節(jié)坯料的大小不一, 成形后車(chē)削掉.2.凸凹模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及鍛件坯料選擇對(duì)模具來(lái)說(shuō), 凸凹模結(jié)構(gòu)是否合理關(guān)系到模具費(fèi)用的高低、加工工藝的難易、成形的成敗及模具壽命長(zhǎng)短等問(wèn)題. 以撥叉為例, 對(duì)其模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)加以討論.(l )撥叉半球R 1.8 5 在凹模中閉式成形:A.采用。13 坯料先墩粗, 后正反擠壓成形(圖6所示). 此法坯料定位準(zhǔn)確, 但料細(xì)長(zhǎng), 增加了模具導(dǎo)向長(zhǎng)度.
        成形完成, 金屬回流時(shí)易產(chǎn)生折疊, 對(duì)R 1.85 半球成形極為不利. B.采用。27 圓柱體坯料成形(圖7 所示), 不僅可以避免A 中。13 細(xì)長(zhǎng)坯料的缺點(diǎn), 同時(shí)也可準(zhǔn)確定位, 且鑄件可具有合理的流線(xiàn), 對(duì)提高零件的沖擊性能十分有益.俘)R 1.85 半球在凸模中的閉式成形, 見(jiàn)圖8 所示. 這種結(jié)構(gòu)不可取. 原因是凸模有“鋒刃’ 膠木手輪存在, 模具壽命低.由上述分析, 采用R l.85 半球在凹模里成形的結(jié)構(gòu), 坯料為。27 圓柱較為理想.‘3.其它結(jié)撕受計(jì)(l )模具的導(dǎo)向: 采用?？趯?dǎo)向, 可以簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu), 省去導(dǎo)柱導(dǎo)套. 凸、凹模用同種材料制造, 可以有效地防止模具由于材料膨脹系數(shù)不同引起的“ 卡死’ 現(xiàn)象. ?？谔幖覴 3 圓角. 模具結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖9 所示.(2 )限位: 由于采用閉式成形方式, 當(dāng)材料充滿(mǎn)模腔時(shí), 變形阻力會(huì)急速上升. 以此便可通過(guò)控制成形力來(lái)控制下壓量, 達(dá)到限位目的.
4 . 棋具材料及加工方法撥叉、手輪是在較高的溫度下成形, 工作部分的零件應(yīng)采用耐熱合金. 由于這兩種合金在超塑狀態(tài)下具有極低的流動(dòng)應(yīng)力(成形模擬件的平均主應(yīng)力: QAl lo 一3 一1.5 和QA1 9 一4分別為12 k g r / m m Z 和1 6 kg r/ m m Z 左右),故對(duì)模具材料的強(qiáng)度要求低. 根據(jù)現(xiàn)有情況選用了Cr2 0 N i24 si 4T i 的材料. 這種合金有良好的抗氧化性能, 但常溫和高溫的強(qiáng)度都不理想, 經(jīng)10 50 土20 ℃ x 4 h , 空冷處理, 其硬度仍栩良低舊V 14 1).
        其它零件均選用A 3 鋼.凸模加工簡(jiǎn)單, 凹模用電火花加工后, 經(jīng)液體噴沙, 光潔度可達(dá)6。5 . 尺寸計(jì)算Q A l 卜3 一1.5 和QA 19 一4 實(shí)測(cè)其線(xiàn)膨脹系數(shù)均在70 ℃ 為最大, 高于7 0 ℃ 反而下降, 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表4. 由于鍛件在出模前稍加‘·冷卻, 設(shè)計(jì)時(shí)可以取70 ℃ 時(shí)的線(xiàn)膨脹系數(shù)做為設(shè)計(jì)計(jì)算的依據(jù).r2 0Ni 24 si 4T i 是新研制的材料, 沒(méi)有現(xiàn)成數(shù)據(jù)可用. 用類(lèi)似牌號(hào)高溫合金的數(shù)據(jù)類(lèi)比設(shè)計(jì). 查ZCr 2 0Mn gN 設(shè)S 設(shè)N,70 0 ℃ 時(shí), 線(xiàn)膨脹系數(shù)為18.7 x lo 誘/ ℃ . 計(jì)算公式如下(略去彈性變形):娜l十a(chǎn) tT )= L二(1 十氣勸其中L 廠(chǎng)鍛件的設(shè)計(jì)尺寸; L‘ 相應(yīng)模具尺寸; af- 鍛件材料線(xiàn)膨脹系數(shù); 、一模具材料線(xiàn)膨脹系數(shù); T 一溫度.單位尺寸收縮率之= Lm / L , = (l+ a tT )/ (1+ a o T )a , 膠木手輪取兩種鋁青銅線(xiàn)膨脹系數(shù)的平均值, 為19 .0x 10 一/ ℃ ; a 二取1 8,7 火1 0 , / ℃ , T 取70 0 ℃ , 經(jīng)計(jì)算又= 1.0 002 1 .
        由于材料的熱膨脹引起的鍛件尺寸變化是很小的, 撥叉與膠木手輪的尺寸梢度又不高, 可略去其影響.四、撥叉、手輪超塑成形工藝參數(shù)考慮超塑拉伸試驗(yàn)及模擬件超塑成形實(shí)驗(yàn)結(jié)果, 撥叉、手輪的超塑成形工藝參數(shù)確定如表5。加熱采用兩塊半圓形碳化硅爐瓦. 每塊埋入一根Zk w 電阻絲, 同時(shí)上、下加熱板也同時(shí)加熱, 可有效地減少模具熱量散失.使用鎳鉻一鎳鋁熱電偶測(cè)溫, 配用U J32a 型便攜式直流電位差計(jì), 用自偶變壓器控溫.圖10 是用動(dòng)梁自重(約0.90 使坯料完成手輪鍛件初步成形的照夢(mèng)· 圖中, 至7( 逆時(shí)針?lè)较?是毛坯料依次經(jīng)2. 5 、3 、4、6、8 、12 m in 所得的成形件, 只有7 號(hào)件是加載所得.圖1 是用動(dòng)梁自重加載撥叉所得記錄曲線(xiàn). 曲線(xiàn)是用w EY lo 型應(yīng)變式位移傳感器、Y 6A 一3 型動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀, 通過(guò)x y 函數(shù)記錄儀測(cè)得. 成形1o m in 以后, 位移基本穩(wěn)定,但還不能最后精確成形, 還需加載, 大約5 到st. 成形的手輪、撥叉鍛件見(jiàn)圖10 所示.
        實(shí)側(cè)俄件均滿(mǎn)足技術(shù)要求。五、超塑成形實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及結(jié)果分析測(cè)量七個(gè)鍛件(其中QAl lo一3 一1.5 鍛件三個(gè),Q A1 9 一4 鍛件四個(gè)), 其相同部位處均為24 .9 2 m m , 而凹模模腔相應(yīng)部位尺寸為24 .9 8m m , 以零件尺寸為基準(zhǔn), 求模具尺寸時(shí)其放大率又; = 24.98 / 24 .9 2 = 1.0 24, 同前面類(lèi)比計(jì)算相比差一個(gè)數(shù)量級(jí).圖13 是圖10 撥叉時(shí)間一行程曲線(xiàn)的擬合曲線(xiàn). 其中R Z 值是表征擬合程度的參盆, R Z越接近l, 擬合程度越好. 它是利用最小二乘原理, 計(jì)算機(jī)編程(程序略), 計(jì)算機(jī)繪制而成. 其中擬合較好的是R Z = 。.9 46, 對(duì)應(yīng)的方程Y = 2. 782 x 03 .
方程兩邊對(duì)時(shí)間t 求導(dǎo),求得壓機(jī)動(dòng)梁速度(其中x = t), v 二d y / dx= 0.8 62 x 一的, 再對(duì)t 求導(dǎo)得其加速度a = d y / dT = 一o.5 9 5 x 一‘·的. 計(jì)算機(jī)繪制v 、a曲線(xiàn)如圖14 所示.當(dāng)x = 3 一4 時(shí), 即自重成形三、四分鐘后, 加速度a 值接近于零值, 即速度V 基本上穩(wěn)定, 膠木手輪這時(shí)的v 值大約0 .4 m m / m in 左右、這說(shuō)明, 以一定的載荷成形, 只要時(shí)間足夠長(zhǎng),可以完成鍛件的成形. 這具有重要的現(xiàn)實(shí)意義. 如可以用一定的載荷(即小噸位壓機(jī)), 以某一小的成形速度, 就可以完成大鍛件的超塑成形.撥叉零件形狀較復(fù)雜, 具有一定的代表性. 此方法廣泛應(yīng)用于儀表、化工、航空、航海、石油的其它鋁青銅(Q Al lo一3 一L S、QA 19 一4) 件, 均可以一次成形. 成形力要比其它塑性加工低的多. 本實(shí)驗(yàn)成形一件鍛件為3一1 Zm in , 生產(chǎn)率較低.
        在實(shí)際生產(chǎn)中, 根據(jù)零件的復(fù)雜程度,材料塑性?xún)?chǔ)備于一般的四透鏡電鏡, 選區(qū)衍射方式下, 透鏡欠焦, 膠木手輪使物鏡像平面位于衍射花樣上方, 圖像平面不會(huì)相對(duì)于衍射花樣轉(zhuǎn)動(dòng), 此時(shí)比較選區(qū)圖像與選區(qū)衍射透射斑點(diǎn)中的圖像, 可確定兩者之間是否存在180“轉(zhuǎn)動(dòng), 當(dāng)兩者一致時(shí), 不存在180“轉(zhuǎn)動(dòng), 否則180“轉(zhuǎn)動(dòng)存在‘3為以不銹鋼孿晶為標(biāo)記, 在7 30 倍及15 0 0 0 倍下的轉(zhuǎn)動(dòng)情況,7 30 倍時(shí)與S A D 欠焦圖像一致, 不存在1 80。轉(zhuǎn)動(dòng), 而1 5 00 倍時(shí), 兩者相反, 存在轉(zhuǎn)動(dòng).的大小, 設(shè)備能量?jī)?chǔ)備大小,采用大爐子預(yù)熱坯料, 以較高的成形速度成形, 可以縮短成形時(shí)間. 經(jīng)研究表明, 援叉零件成形時(shí)間可縮短到1m in , 這時(shí)的成形力大約為40 ~ 60 t.