第一節(jié) 技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

目前我國大型自由鍛造的設(shè)備能力過剩，設(shè)備布局分散，利用率極低，機械化、自動化程度低，鍛件加工余量大，工人勞動條件差，勞動強度大。國內(nèi)自行設(shè)計制造了三條800T雙機聯(lián)動快鍛機組，但自動化程度不高；國內(nèi)冶金 行業(yè) 引進少量的快鍛機組和精鍛生產(chǎn)線；汽車大型模鍛件的自動化方面，只有一汽、二汽等少數(shù)大公司從國外引進熱模鍛壓力機自動線，絕大部分仍采用蒸空模鍛錘和壓力機模鍛相結(jié)合的格局，自動化程度低；中小件的模鍛，仍然是模鍛錘占多數(shù)，基本上是手工操作，錘上模鍛機械手實際應(yīng)用很少，高速自動熱鍛機主要依賴進口。

1、模具護環(huán)熱鍛技術(shù)

護環(huán)是發(fā)電機上關(guān)鍵的大鍛件，由于其工作環(huán)境特殊，受力情況復雜，技術(shù)要求十分嚴格，其制造技術(shù)一直是國內(nèi)外學者關(guān)注的焦點。目前，大型護環(huán)生產(chǎn)的諸環(huán)節(jié)中，形變強化技術(shù)進展較快，其中液壓脹形技術(shù)經(jīng)濟水平較高。新材料應(yīng)用也有所發(fā)展，Mn18Cr18N抗應(yīng)力腐蝕鋼的選用，大大延長了護環(huán)的服役壽命。但是，熱鍛制坯這一中間環(huán)節(jié)，仍沿用半經(jīng)驗型操作，工藝參數(shù)不夠科學，工藝過程和產(chǎn)品質(zhì)量的可控性差，以致造成較多的廢次品以及能源、原材料的浪費。因此， 分析 護環(huán)熱成形機制， 研究 新的熱成形方法，對提高護環(huán)鍛件質(zhì)量和生產(chǎn)水平有一定的意義。

2、擴擠復合成形工藝的開發(fā)

由塑性力學可知，引入有限的剪變形或復合變形機制不僅能使變形體率先進入塑性狀態(tài)；而且能使變形區(qū)擴大，難變形區(qū)縮小，變形均勻且流向合理。其中復合流動不僅可以大幅度降低變形力，增加內(nèi)部的等效應(yīng)變，而且能有效控制金屬的塑流矢量，改善變形不均勻性，提高鍛件內(nèi)在質(zhì)量。 研究 表明，剪切變形可有效地破碎鑄態(tài)結(jié)構(gòu)和粗晶，改善變形體的組織性能。俄羅斯學者格納高O.A.對鍛壓剪變形進行的系統(tǒng)定量的 研究 ，秋林B.A.教授等在多向反復變形，控制塑性流動，改變邊界條件等方面的 研究 ，都證明了新的熱成形機制對改善鍛件質(zhì)量，提高鍛造技術(shù)經(jīng)濟水平具有重要的意義。

擴擠復合成形原理圖

1.環(huán)坯2.凸模3.凹模4、5.漏盤

針對原護環(huán)熱成形中存在的問題，引入復合變形、控制塑流和有限剪變形機制， 研究 開發(fā)了護環(huán)擴擠復合成形工藝。其原理如圖3所示，首先將環(huán)坯置于筒形凹模內(nèi)，球面凸模向下壓入，環(huán)坯產(chǎn)生自由擴孔變形；凸模繼續(xù)下壓，環(huán)坯外壁與凹模接觸，擴擠復合變形開始，隨著接觸區(qū)域的擴大，擠壓變形逐漸顯著；當完全接觸后，環(huán)坯又產(chǎn)生反擠壓變形。最后凸模通過環(huán)坯，變形過程結(jié)束。變形后，環(huán)坯內(nèi)外徑擴大，壁厚減薄，內(nèi)外徑尺寸完全靠凸凹?？刂疲誓芎芎玫貪M足設(shè)計。因此可以大幅度減小加工余量，提高生產(chǎn)率和材料利用率。

新工藝中，空心坯是在凸模沖孔和外緣限制的條件下發(fā)生變形的，金屬的流動屬于擴擠復合流動模式。理論 分析 (FEM)和實驗 研究 表明，與傳統(tǒng)工藝相比，其應(yīng)力狀態(tài)，應(yīng)變分布都得到了改善。

總之，擴擠復合成形具有操作方便，變形力小，塑流可控，變形均勻，剪切變形大以及復合變形等特點。有利于破碎粗大的鑄態(tài)結(jié)構(gòu)，獲得細勻化的組織，能夠大幅度提高鍛件的內(nèi)在質(zhì)量。

3、熱鍛冷鍛復合工藝

熱鍛冷鍛是將熱鍛和冷鍛結(jié)合起來的一種復合成形技術(shù)，它充分利用了熱鍛和冷鍛各自的優(yōu)點。熱態(tài)下金屬塑性好，流動應(yīng)力低，因此熱鍛變形抗力低，所需變形能量小，可成形形狀復雜和大型的鍛件。但在普通熱鍛中，鍛件表面發(fā)生氣化或脫碳，模具也因熱負荷引起明顯的磨損和塑性變形，因此普通熱鍛件精度不會很高．很難達到無切削加工的精度。玲鍛件的精度高，可以得到無余量高精度的零件。若設(shè)計臺理的熱鍛工步，并將熱鍛件進行冷精鍛，保證尺寸精度和完成產(chǎn)品表面的最終加工，這種復合塑性加工工藝即為熱鍛冷鍛技術(shù)。

熱鍛冷鍛技術(shù)為熱鍛和玲鍛兩種工藝的復合，分熱鍛和玲鍛兩個主要工步，并以熱鍛件為冷鍛工步的毛坯，其工藝流程如下。

熱鍛冷鍛的工藝過程

熱鍛冷鍛技術(shù)在以下零件的成形中有優(yōu)勢：

a．零件的體積和重量較大，冷鍛需要大噸位設(shè)備，而熱鍛又不能達到其精度要求，如大型傘齒輪的精密成形。

b．形狀復雜且精度要求高的零件，只用玲鍛難以成形，如小汽車自動變速箱中的一些帶齒形件：

c．采用玲鍛技術(shù)對熱鍛件進行二次成形加工后，可以省去某些加工難度較大的機械加工工序，有利于降低總的加工成本。

熱鍛冷鍛的設(shè)備和模具分別與熱鍛和冷鍛的設(shè)備和模具相同。由于熱鍛和冷鍛分別進行，因此不存在兩者之間生產(chǎn)協(xié)調(diào)和節(jié)拍配合的問題，只是在分配熱鍛冷鍛各自的變形量時應(yīng)充分考慮各自的變形特點，做到既能成形高質(zhì)量的制品，又能減少成形力，提高模具壽命，降低鍛件成本。

第二節(jié) 產(chǎn)品工藝特點或流程

鍛造按成形方法則可分為自由鍛、模鍛、冷鐓、徑向鍛造、擠壓、成形軋制、輥鍛、輾擴等。不同的鍛造方法有不同的流程，其中以熱模鍛的工藝流程最長，一般順序為：鍛坯下料；鍛坯加熱；輥鍛備坯；模鍛成形；切邊；中間檢驗，檢驗鍛件的尺寸和表面缺陷；鍛件熱處理，用以消除鍛造應(yīng)力，改善金屬切削性能；清理，主要是去除表面氧化皮；矯正；檢查，一般鍛件要經(jīng)過外觀和硬度檢查，重要鍛件還要經(jīng)過化學成分 分析 、機械性能、殘余應(yīng)力等檢驗和無損探傷。

熱鍛工藝流程主要步驟

第三節(jié) 國內(nèi)外技術(shù)未來發(fā)展趨勢 分析

美國、德國、日本的汽車工業(yè)如此發(fā)達，就是得益于其鍛壓技術(shù)及裝備的領(lǐng)先地位。當前的世界鍛壓技術(shù)及裝備向以下幾個方面發(fā)展：

1、鍛壓設(shè)備自動化

國外的鍛造自動化也取得了長足發(fā)展。現(xiàn)代化的大型自由鍛造車間的鍛造液壓機、操作機、鍛造吊車實現(xiàn)了聯(lián)動控制，全部機械化，并配有鍛件尺寸自動測量裝置，鍛造壓機與操作機數(shù)控聯(lián)動，鍛造加熱爐自動控制。中小型自由鍛實現(xiàn)了壓機與操作聯(lián)動微要控制、計算機自動編程的自動程序鍛造。

熱模鍛方面，大型汽車零件模鍛件大部分采用以多工位熱模鍛壓機為主休的綜合自動線，美國、德國、日本基本采用熱模鍛壓力機取代原有的模鍛錘，中小型模鍛件采用多工位高速自動熱鐓機，最高速度達到4000-12000件/小時。

德國穆勒.萬加頓公司開發(fā)研制了直接驅(qū)動的螺旋壓力機，并組成全自動鍛造線，最大噸位達到25000噸，主要用于中、重零件的模鍛和精密鍛造。

2、高速化復合化相結(jié)合，提高加工效率

提高生產(chǎn)率是永恒的追求目標，各鍛壓廠家均致力于鍛壓機械的高速化 研究 ，各鍛壓廠家均致力于鍛壓機械的高速化 研究 ，在數(shù)控回轉(zhuǎn)頭壓力機上，主要采用伺服控制的液壓主驅(qū)動系統(tǒng)來提高壓機的行程次數(shù)。

在追求高速化加工的同時，還必須盡可能縮短生產(chǎn)輔助時間，以取得良好的技術(shù)經(jīng)濟效益。在數(shù)控壓機上配備伺服電機驅(qū)動的三坐標上下料裝置，可使沖壓中心實現(xiàn)高效板材加工。

將幾種工藝或幾個工序復合在一臺機床上完成，是當前各類機床大幅壓縮生產(chǎn)輔助時間，提高生產(chǎn)率的重要技術(shù)途徑，在鍛壓機械上也得到了成功應(yīng)用，效果十分顯著。如：德國、美國、日本已相繼開發(fā)出激光一步?jīng)_復合機，將模具沖切與激光切割有機地結(jié)合起來，工件一次上料即可完成沖孔、沖切、翻邊、淺拉伸、切割等多道工序，最大限度地節(jié)省了輔助時間，特別適合孔型多而復雜的面板類工件的加工及多品種小批量板料加工。

3、鍛壓設(shè)備控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

鍛壓產(chǎn)品面臨的重要挑戰(zhàn)之一，是如何更具柔性，以適應(yīng)“及時生產(chǎn)”的要求。壓力機用戶要求設(shè)備的所有控制功能集成化，從而實現(xiàn)全套模具的菜單化管理，主要包括滑塊行程調(diào)整、平衡器氣壓的調(diào)整、氣墊行程調(diào)整，以及自動化控制系統(tǒng)等各個環(huán)節(jié)的參數(shù)設(shè)定。

壓力機控制系統(tǒng)的集成化，可通過單一操作接口實現(xiàn)所有壓機和模具的各項控制功能，包括故障診斷、模具菜單配置、可編程限位開關(guān)和模具監(jiān)控的調(diào)整等，并使設(shè)備的維修保養(yǎng)更加方便，而且明顯增加壓力機的有效工作時間。

具有現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場設(shè)備互聯(lián)、互動操作性、分散功能模塊、開放式互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)場總線技術(shù)，是壓力機控制技術(shù)的發(fā)展方向，對實現(xiàn)自動化具有明顯也推動作用。

4、注重環(huán)境保護是當今世界性的潮流

許多國外鍛壓設(shè)備愈來愈重視環(huán)保問題，如在數(shù)控轉(zhuǎn)塔壓力機上，工作臺普遍采用柔性的尼龍刷支撐代替?zhèn)鹘y(tǒng)的滾珠支撐，以減少噪聲污染；變速壓機實現(xiàn)快速下降，慢速沖裁工件，快速回程，使振動和噪聲大大降低。特別是歐洲市場，已基本貫徹ISO14000系列標準（環(huán)境管理、避免振動和噪音），鍛壓設(shè)備必須通過CE認證。

5、模具技術(shù)發(fā)展的幾個特點

模具與壓力機是決定沖壓質(zhì)量、精度和生產(chǎn)效率的兩個關(guān)鍵因素。先進的壓力機只有配備先進的模具，才能充分發(fā)揮作用，取得良好效益。模具的發(fā)展方向為：

1）充分運用IT技術(shù)發(fā)展模具設(shè)計、制造

用戶對壓力機速度、精度、換模效率等方面不斷提高的要求，促進了模具的發(fā)展。外形車身和發(fā)動機是汽車兩個關(guān)鍵部件，汽車車身模具特別是大中型覆蓋件模具，技術(shù)密集，體現(xiàn)當代模具技術(shù)水平，是車身制造技術(shù)的重要組成部分。車身模具設(shè)計和制造約占汽車開發(fā)周期三分之二的時間，成為汽車換型的主要制約因素。目前世界上汽車的改型換代一般約需48個月，而美國僅需30個月，主要得益于在模具業(yè)中應(yīng)用了CAD/CAE/CAM技術(shù)和三維實體汽車覆蓋件模具結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件。另外，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的廣泛應(yīng)用提供了可靠的信息載體，實現(xiàn)異地設(shè)計和異地制造。虛擬制造等IT技術(shù)的應(yīng)用，將推動模具工業(yè)的發(fā)展。

2）縮短金屬成型模具的試模時間

主要發(fā)展液壓高速試驗壓力機和拉伸機械壓力機，特別是在生產(chǎn)型機械壓力機上的模具試驗時間可減少80%，具有巨大的節(jié)省潛力。這種試模機械壓力機的發(fā)展趨勢是采用多連桿拉伸壓力機，它配備數(shù)控液壓拉伸墊，具有參數(shù)設(shè)置和狀態(tài)記憶功能。

3）車身制造中的級進沖模發(fā)展迅速

在自動沖床上用級進沖裁?；蚪M合沖模加工轉(zhuǎn)子、定子板，或者應(yīng)用于插接件作業(yè)，都是眾所周知的沖壓技術(shù)。近些年來，級進組合沖裁模在車身制造中開始得到越來越廣泛的應(yīng)用，用級進模直接把卷材加工為成型零件和拉伸件，加工的零件也越來越大，省去了用多工位壓力機和成套模具生產(chǎn)所必需串接的板材剪切、涂油、板坯運輸?shù)群罄m(xù)工序。級進組合沖模已在美國汽車工業(yè)中普遍應(yīng)用，其優(yōu)點是生產(chǎn)率高，模具成本低，不需要板料剪切，與多工位壓力機上使用的階梯模相比，節(jié)約30%。但是，級進組合沖模技術(shù)的應(yīng)用受拉伸深度、導向和傳輸?shù)膸Р倪吘壊牧媳砻嬗不南拗浦饕糜诶焐疃缺容^淺的簡單零件，因此不能完全替代多工位壓力機，絕大多數(shù)零件應(yīng)優(yōu)先考慮在多工位壓力機上加工。


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