鍛造工藝過程及模具設(shè)計(jì)概述-

11-12月-231概述1.1鍛造生產(chǎn)1.2鍛造生產(chǎn)的發(fā)展過程1.3鍛造技術(shù)發(fā)展的未來11-12月-2321.1鍛造生產(chǎn)

鍛造的目的是使坯料成形及控制其內(nèi)部組織性能達(dá)到所需幾何形狀、尺寸以及品質(zhì)的鍛件。一般鑄件的內(nèi)部組織和力學(xué)性能不如鍛件。比較重要的零件都選用鍛造工藝過程生產(chǎn)。

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原則上任何一種金屬材料都可用鍛造方法制成鍛件或零件。隨著鍛造工業(yè)的發(fā)展，鍛件的精度和表面粗糙度逐步達(dá)到了車床、銑床加工的水平。特別是粗糙度，有的精鍛件甚至超過磨削加工水平。11-12月-234

冷鐓、冷擠壓、冷精壓件（鍛件）可以不需機(jī)械加工或少量機(jī)械加工而直接裝機(jī)使用。

按所用的工具不同，鍛造可分為自由鍛和模鍛兩大類。11-12月-235

自由鍛（opendieforging）只使用簡(jiǎn)單工具利用上下砧直接使坯料成形。模鍛（closdieforging）是利用模具使坯料成形。

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隨著大型水壓機(jī)的出現(xiàn)，自由鍛件單件質(zhì)量達(dá)300～350噸以上，如大型吊鉤等。模鍛件的外徑達(dá)1000mm以上。重慶某廠有特大型鍛壓設(shè)備350MN(35000噸)水壓機(jī)。這種特大型水壓機(jī)可以用來壓制飛機(jī)零件如翅膀、起落架等。11-12月-237

為了發(fā)揮鍛造業(yè)的優(yōu)勢(shì)，增大每一品種的生產(chǎn)量，為集中生產(chǎn)和專門化生產(chǎn)創(chuàng)造條件，要按照相似的設(shè)計(jì)要求和制造條件對(duì)各種各樣的鍛件進(jìn)行科學(xué)分類并使之規(guī)格化和標(biāo)準(zhǔn)化。11-12月-238

將分散的鍛造廠（車間）相對(duì)集中，組合成地區(qū)性專門化鍛造中心(如有關(guān)軸承、齒輪、曲軸、連桿、葉片、輪盤、標(biāo)準(zhǔn)件的鍛造中心)，建立機(jī)械化、自動(dòng)化程度高的鍛造生產(chǎn)線或生產(chǎn)車間，采用專門的鍛壓設(shè)備和模具裝置，按科學(xué)合理的工藝流程安排自動(dòng)化生產(chǎn)相類似的鍛件組合，甚至可以綜合生產(chǎn)布局包括熱處理和機(jī)械加工等其它后續(xù)工序組成的生產(chǎn)線。11-12月-239

不僅鍛壓設(shè)備應(yīng)當(dāng)通用，而且工具、模具也應(yīng)當(dāng)做到通用。壓力機(jī)更適應(yīng)精鍛工藝。壓力機(jī)模鍛替代錘上模鍛，更易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化連續(xù)生產(chǎn)。

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早在3000多年前，我國(guó)勞動(dòng)人民就已熟練地應(yīng)用鍛造方法制造生產(chǎn)工具和各類兵器。河北藁城出土商代遺址中有兵器、金絲、金箔。11-12月-23111.2鍛造生產(chǎn)的發(fā)展過程

國(guó)內(nèi)外大多數(shù)鍛件仍處于毛坯生產(chǎn)階段，材料利用率只有40%～50%。自由鍛件大部分金屬變?yōu)榍行?。用鋼錠生產(chǎn)的自由鍛件，有25%～33%金屬作為冒口和底部切除。

11-12月-2312模鍛件由于帶有機(jī)械加工余量、毛邊工藝輔料，以及加熱火耗等，材料利用率一般在50%左右。模鍛流程是指生產(chǎn)一個(gè)鍛件所經(jīng)過的模鍛生產(chǎn)過程，一般指?jìng)淞稀⒓訜?、模鍛切邊、沖孔、熱處理、酸洗、清理、校正。11-12月-2313

模鍛件占的比重說明了一個(gè)國(guó)家生產(chǎn)水平、生產(chǎn)率、材料利用率、生產(chǎn)成本及產(chǎn)品品質(zhì)在國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中的地位。上一世紀(jì)50年代末至60年代初，中國(guó)制造成功了萬噸水壓機(jī)（上海江南造船廠）和各種類型的鍛壓機(jī)械。11-12月-2314

汽車、摩托車工業(yè)的發(fā)展，大大促進(jìn)了我國(guó)精鍛技術(shù)的發(fā)展。一般的冷、溫精鍛采用國(guó)產(chǎn)設(shè)備是可行的。當(dāng)擠壓件的產(chǎn)量在10萬件以上，品種有2到3個(gè)時(shí)，投資購(gòu)買冷擠壓設(shè)備就會(huì)有較大的經(jīng)濟(jì)效益。11-12月-2315

我國(guó)開發(fā)熱精鍛、冷鍛和溫鍛技術(shù)的一些典型應(yīng)用實(shí)例：11-12月-231611-12月-2317

11-12月-2318復(fù)動(dòng)(閉塞)鍛造工藝過程是先進(jìn)的精鍛技術(shù)之一，與傳統(tǒng)的鍛造方式不同。它不是通過模具直接鍛打坯料成形，而是在封閉的模具型腔內(nèi)，通過沖頭單向或雙向復(fù)動(dòng)擠壓成形。11-12月-2319北京機(jī)電研究所于1998年開發(fā)成功“控制成形”

(FlowControlForming-簡(jiǎn)稱FCF)技術(shù)并應(yīng)用于汽車空調(diào)渦旋壓縮機(jī)渦旋盤和汽車安全氣囊氣體發(fā)生器等復(fù)雜精密鋁合金零件(如下圖)的批量生產(chǎn)。11-12月-2320

11-12月-2321前軸的精密輥鍛-整體模鍛生產(chǎn)過程：生產(chǎn)線布置鳥瞰11-12月-2322

25MN(2500噸)螺旋壓力機(jī)彎曲——終鍛成形1000mm自動(dòng)輥鍛機(jī)精密成型輥鍛11-12月-2323

精密輥鍛-整體模鍛各道工藝過程的產(chǎn)品

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20世紀(jì)70年代，南京航空學(xué)院的鋅鋁合金有色金屬超塑性成形，洛陽工學(xué)院的碳鋼等黑色金屬甚至模具鋼的超塑性成形，北京機(jī)電研究所和兵器工業(yè)第五九研究所等單位的超塑性成形，都取得了一定的成績(jī)。

11-12月-2325從上一世紀(jì)70年代開始，國(guó)內(nèi)有不少單位開展擺動(dòng)輾壓研究，如哈爾濱工業(yè)大學(xué)、武漢理工大學(xué)、清華大學(xué)、中國(guó)兵器工業(yè)第五九研究所等。

2005年“汽車摩托車齒輪類零件冷擺輾精密成形關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”項(xiàng)目獲國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。11-12月-2326

溫鍛較熱鍛可獲得較高精度的鍛件，如外星輪三銷套溫鍛-冷精整成形自動(dòng)化生產(chǎn)線，30CrMnSiNi2A超高強(qiáng)度鋼殼體零件溫?cái)D壓-冷變薄拉深生產(chǎn)線。11-12月-2327粉末鍛造工藝過程能提高粉末冶金件的密度，大大提高了粉末件的抗拉強(qiáng)度。用板料毛坯代替體積毛坯的鍛造工藝過程也在發(fā)展之中。11-12月-2328鍛造工藝過程飛速發(fā)展的同時(shí)也大大促進(jìn)了鍛壓設(shè)備的發(fā)展。鍛壓成形所使用的設(shè)備應(yīng)具有良好的剛性、良好的可靠性和穩(wěn)定性，對(duì)生產(chǎn)工序要能自動(dòng)監(jiān)控和具備檢測(cè)功能，要有精密的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，等等。11-12月-2329摩擦壓力機(jī)是我國(guó)20世紀(jì)的主要鍛壓設(shè)備。

20世紀(jì)50年代國(guó)內(nèi)出現(xiàn)了熱模鍛壓機(jī)，70年代中國(guó)第二汽車制造廠用它完全取代了模鍛錘。

11-12月-23301.3鍛造技術(shù)發(fā)展的未來

1.3.1數(shù)字化塑性成形技術(shù)鍛造技術(shù)發(fā)展的未來是鍛造技術(shù)數(shù)字化。發(fā)達(dá)國(guó)家重視鍛造業(yè)的發(fā)展，不僅著眼于鍛造業(yè)在本國(guó)工業(yè)產(chǎn)值中所占比例、對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的貢獻(xiàn)、就業(yè)安排，而且更重視鍛造行業(yè)為新技術(shù)、新產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn)提供重要的物質(zhì)技術(shù)，把鍛造行業(yè)看成是經(jīng)濟(jì)高級(jí)化不可缺少的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)。

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數(shù)字化主要體現(xiàn)在對(duì)鍛造過程和產(chǎn)品品質(zhì)、成本、效益的預(yù)測(cè)和可控程度。實(shí)用中已對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)連桿精密鍛造、汽輪機(jī)和壓縮機(jī)葉片輥鍛－模鍛的工藝過程和模具設(shè)計(jì)制造應(yīng)用了CADCAM一體化技術(shù)，如下圖所示。11-12月-2332

11-12月-2333計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)（CAD）和輔助制造系統(tǒng)（CAM）結(jié)合，便構(gòu)成了自動(dòng)控制集成系統(tǒng)，即由計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)化信息流對(duì)鍛件的工藝過程設(shè)計(jì)、鍛模的機(jī)械加工、裝配、檢驗(yàn)和管理進(jìn)行連續(xù)處理，并且發(fā)展到以它為中心的鍛件、鍛模設(shè)計(jì)制造和鍛造過程模擬(CAE)一體化的自動(dòng)控制系統(tǒng)。鍛造過程模擬技術(shù)(CAE)亦稱鍛造工藝過程虛擬制造技術(shù)或鍛造過程的計(jì)算機(jī)輔助工程分析。11-12月-2334

鍛造過程模擬技術(shù)(CAE)豐富了塑性成形機(jī)理的研究手段，使塑性成形向智能化方向發(fā)展，為鍛模的設(shè)計(jì)制造提供了科學(xué)基礎(chǔ)，改善了鍛造工程師的工作環(huán)境，節(jié)省了試制費(fèi)用和設(shè)計(jì)時(shí)間，縮短了產(chǎn)品研發(fā)周期，改進(jìn)和提升了傳統(tǒng)鍛造工藝過程及模具設(shè)計(jì)水平。11-12月-2335在實(shí)際應(yīng)用中采用三維模擬技術(shù)，對(duì)渦旋盤流動(dòng)控制成形過程進(jìn)行的模擬，如下圖：圖1.11渦旋盤控制成形（FCF）工藝過程的三維模擬11-12月-2336

鍛造過程模擬技術(shù)(CAE)通過引入計(jì)算機(jī)技術(shù)等高新技術(shù)，架起了聯(lián)系材料科學(xué)基礎(chǔ)理論與熱加工工程實(shí)際的橋梁，使基礎(chǔ)學(xué)科的理論能夠直接定量地指導(dǎo)鍛造過程，改變鍛造過程設(shè)計(jì)中長(zhǎng)期依賴經(jīng)驗(yàn)的落后狀況。它使工藝設(shè)計(jì)由經(jīng)驗(yàn)判斷走向定量分析，使鍛造過程由“技藝”發(fā)展為真正的工程科學(xué)，是信息化提升傳統(tǒng)工藝過程水平的一個(gè)重要體現(xiàn)。鍛造技術(shù)的發(fā)展還必須注意科學(xué)化和可控化。11-12月-2337鍛造生產(chǎn)不再是簡(jiǎn)單的坯件供應(yīng)，要發(fā)展為零件、部件供應(yīng)，還可以在產(chǎn)品初步設(shè)計(jì)階段，針對(duì)零件的可生產(chǎn)性，提供快速分析手段，形成將設(shè)計(jì)思想轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品原型零件，直至市場(chǎng)效果的快速評(píng)估系統(tǒng)。做到“設(shè)計(jì)、制造、營(yíng)銷”一體，協(xié)同實(shí)現(xiàn)對(duì)市場(chǎng)需求的快速響應(yīng)。11-12月-2338鍛造技術(shù)的發(fā)展已不僅是單純鍛造成形技藝的推陳出新，而是各種新材料、傳感技術(shù)、信息技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、液壓技術(shù)、表面技術(shù)與鍛造原理的融合。鍛造技術(shù)將實(shí)現(xiàn)低噪音、少污染、對(duì)改善人類居住和工作環(huán)境有利。11-12月-23391.3.2鍛壓設(shè)備與鍛壓工藝技術(shù)的未來發(fā)展趨勢(shì)

國(guó)家鍛壓加工能力主要體現(xiàn)為鍛壓設(shè)備能力與鍛壓工藝過程技術(shù)能力。鍛壓設(shè)備能力包括自有鍛造設(shè)備能力、模鍛設(shè)備能力、環(huán)形件輾擴(kuò)鍛造能力和板材成形設(shè)備能力。

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1.鍛壓設(shè)備的大型化發(fā)展趨勢(shì)

由于鍛壓生產(chǎn)需要巨大的變形力，對(duì)大型零件的鍛造離不開重型鍛壓設(shè)備，成形力在100MN(萬噸級(jí))以上。從某種意義說，重型鍛壓設(shè)備及其所能鍛造的大型零件的品質(zhì)，體現(xiàn)著一個(gè)國(guó)家重大裝備的制造能力。11-12月-23412.鍛壓設(shè)備和鍛壓工藝過程技術(shù)的自動(dòng)化、精密化發(fā)展趨勢(shì)鍛造工業(yè)隨著汽車工業(yè)的發(fā)展而壯大。一個(gè)國(guó)家汽車鍛件占鍛件總產(chǎn)量的比例反映了鍛造工藝過程技術(shù)與裝備的水平。11-12月-2342我國(guó)是鍛件生產(chǎn)大國(guó)，鍛件總產(chǎn)量居世界前三位。汽車鍛件的巨大市場(chǎng)和產(chǎn)品品質(zhì)決定了我國(guó)鍛壓設(shè)備和鍛壓工藝過程技術(shù)向著自動(dòng)化、精密化方向發(fā)展是必然趨勢(shì)。11-12月-23433.鍛壓設(shè)備和工藝過程技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展—綠色制造綠色制造是一個(gè)綜合考慮環(huán)境影響和資源效率的現(xiàn)代制造模式，其目標(biāo)是使產(chǎn)品在整個(gè)生命周期中對(duì)環(huán)境