鍛造工藝過程及模具設計概述-

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

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

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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）可以不需機械加工或少量機械加工而直接裝機使用。

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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隨著大型水壓機的出現(xiàn)，自由鍛件單件質量達300～350噸以上，如大型吊鉤等。模鍛件的外徑達1000mm以上。重慶某廠有特大型鍛壓設備350MN(35000噸)水壓機。這種特大型水壓機可以用來壓制飛機零件如翅膀、起落架等。11-12月-237

為了發(fā)揮鍛造業(yè)的優(yōu)勢，增大每一品種的生產量，為集中生產和專門化生產創(chuàng)造條件，要按照相似的設計要求和制造條件對各種各樣的鍛件進行科學分類并使之規(guī)格化和標準化。11-12月-238

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

不僅鍛壓設備應當通用，而且工具、模具也應當做到通用。壓力機更適應精鍛工藝。壓力機模鍛替代錘上模鍛，更易于實現(xiàn)機械化、自動化連續(xù)生產。

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

國內外大多數(shù)鍛件仍處于毛坯生產階段，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。模鍛流程是指生產一個鍛件所經過的模鍛生產過程，一般指備料、加熱、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國家生產水平、生產率、材料利用率、生產成本及產品品質在國際競爭中的地位。上一世紀50年代末至60年代初，中國制造成功了萬噸水壓機（上海江南造船廠）和各種類型的鍛壓機械。11-12月-2314

汽車、摩托車工業(yè)的發(fā)展，大大促進了我國精鍛技術的發(fā)展。一般的冷、溫精鍛采用國產設備是可行的。當擠壓件的產量在10萬件以上，品種有2到3個時，投資購買冷擠壓設備就會有較大的經濟效益。11-12月-2315

我國開發(fā)熱精鍛、冷鍛和溫鍛技術的一些典型應用實例：11-12月-231611-12月-2317

11-12月-2318復動(閉塞)鍛造工藝過程是先進的精鍛技術之一，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，通過沖頭單向或雙向復動擠壓成形。11-12月-2319北京機電研究所于1998年開發(fā)成功“控制成形”

(FlowControlForming-簡稱FCF)技術并應用于汽車空調渦旋壓縮機渦旋盤和汽車安全氣囊氣體發(fā)生器等復雜精密鋁合金零件(如下圖)的批量生產。11-12月-2320

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

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

精密輥鍛-整體模鍛各道工藝過程的產品

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20世紀70年代，南京航空學院的鋅鋁合金有色金屬超塑性成形，洛陽工學院的碳鋼等黑色金屬甚至模具鋼的超塑性成形，北京機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。

11-12月-2325從上一世紀70年代開始，國內有不少單位開展擺動輾壓研究，如哈爾濱工業(yè)大學、武漢理工大學、清華大學、中國兵器工業(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鍵技術及應用”項目獲國家科學技術進步獎二等獎。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-冷精整成形自動化生產線，30CrMnSiNi2A超高強度鋼殼體零件溫擠壓-冷變薄拉深生產線。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)展的同時也大大促進了鍛壓設備的發(fā)展。鍛壓成形所使用的設備應具有良好的剛性、良好的可靠性和穩(wěn)定性，對生產工序要能自動監(jiān)控和具備檢測功能，要有精密的導向機構，等等。11-12月-2329摩擦壓力機是我國20世紀的主要鍛壓設備。

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

11-12月-23301.3鍛造技術發(fā)展的未來

1.3.1數(shù)字化塑性成形技術鍛造技術發(fā)展的未來是鍛造技術數(shù)字化。發(fā)達國家重視鍛造業(yè)的發(fā)展，不僅著眼于鍛造業(yè)在本國工業(yè)產值中所占比例、對國民經濟的貢獻、就業(yè)安排，而且更重視鍛造行業(yè)為新技術、新產品的開發(fā)和生產提供重要的物質技術，把鍛造行業(yè)看成是經濟高級化不可缺少的戰(zhàn)略性產業(yè)。

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數(shù)字化主要體現(xiàn)在對鍛造過程和產品品質、成本、效益的預測和可控程度。實用中已對汽車發(fā)動機連桿精密鍛造、汽輪機和壓縮機葉片輥鍛－模鍛的工藝過程和模具設計制造應用了CADCAM一體化技術，如下圖所示。11-12月-2332

11-12月-2333計算機輔助設計系統(tǒng)（CAD）和輔助制造系統(tǒng)（CAM）結合，便構成了自動控制集成系統(tǒng)，即由計算機控制的自動化信息流對鍛件的工藝過程設計、鍛模的機械加工、裝配、檢驗和管理進行連續(xù)處理，并且發(fā)展到以它為中心的鍛件、鍛模設計制造和鍛造過程模擬(CAE)一體化的自動控制系統(tǒng)。鍛造過程模擬技術(CAE)亦稱鍛造工藝過程虛擬制造技術或鍛造過程的計算機輔助工程分析。11-12月-2334

鍛造過程模擬技術(CAE)豐富了塑性成形機理的研究手段，使塑性成形向智能化方向發(fā)展，為鍛模的設計制造提供了科學基礎，改善了鍛造工程師的工作環(huán)境，節(jié)省了試制費用和設計時間，縮短了產品研發(fā)周期，改進和提升了傳統(tǒng)鍛造工藝過程及模具設計水平。11-12月-2335在實際應用中采用三維模擬技術，對渦旋盤流動控制成形過程進行的模擬，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(CAE)通過引入計算機技術等高新技術，架起了聯(lián)系材料科學基礎理論與熱加工工程實際的橋梁，使基礎學科的理論能夠直接定量地指導鍛造過程，改變鍛造過程設計中長期依賴經驗的落后狀況。它使工藝設計由經驗判斷走向定量分析，使鍛造過程由“技藝”發(fā)展為真正的工程科學，是信息化提升傳統(tǒng)工藝過程水平的一個重要體現(xiàn)。鍛造技術的發(fā)展還必須注意科學化和可控化。11-12月-2337鍛造生產不再是簡單的坯件供應，要發(fā)展為零件、部件供應，還可以在產品初步設計階段，針對零件的可生產性，提供快速分析手段，形成將設計思想轉化為產品原型零件，直至市場效果的快速評估系統(tǒng)。做到“設計、制造、營銷”一體，協(xié)同實現(xiàn)對市場需求的快速響應。11-12月-2338鍛造技術的發(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、信息技術、自動控制技術、液壓技術、表面技術與鍛造原理的融合。鍛造技術將實現(xiàn)低噪音、少污染、對改善人類居住和工作環(huán)境有利。11-12月-23391.3.2鍛壓設備與鍛壓工藝技術的未來發(fā)展趨勢

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

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1.鍛壓設備的大型化發(fā)展趨勢

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