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(jī)械化、自動(dòng)化程度低，鍛件加工余量大，工人勞動(dòng)條件差，勞動(dòng)強(qiáng)度大。國內(nèi)自行設(shè)計(jì)制造了三條800T雙機(jī)聯(lián)動(dòng)快鍛機(jī)組，但自動(dòng)化程度不高；國內(nèi)冶金 行業(yè) 引進(jìn)少量的快鍛機(jī)組和精鍛生產(chǎn)線；汽車大型模鍛件的自動(dòng)化方面，只有一汽、二汽等少數(shù)大公司從國外引進(jìn)熱模鍛壓力機(jī)自動(dòng)線，絕大部分仍采用蒸空模鍛錘和壓力機(jī)模鍛相結(jié)合的格局，自動(dòng)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(jī)械手實(shí)際應(yīng)用很少，高速自動(dòng)熱鍛機(jī)主要依賴進(jìn)口。

1、模具護(hù)環(huán)熱鍛技術(shù)

護(hù)環(huán)是發(fā)電機(jī)上關(guān)鍵的大鍛件，由于其工作環(huán)境特殊，受力情況復(fù)雜，技術(shù)要求十分嚴(yán)格，其制造技術(shù)一直是國內(nèi)外學(xué)者關(guān)注的焦點(diǎn)。目前，大型護(hù)環(huán)生產(chǎn)的諸環(huán)節(jié)中，形變強(qiáng)化技術(shù)進(jìn)展較快，其中液壓脹形技術(shù)經(jīng)濟(jì)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(hù)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(yàn)型操作，工藝參數(shù)不夠科學(xué)，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(fèi)。因此， 分析 護(hù)環(huán)熱成形機(jī)制， 研究 新的熱成形方法，對(duì)提高護(hù)環(huán)鍛件質(zhì)量和生產(chǎn)水平有一定的意義。

2、擴(kuò)擠復(fù)合成形工藝的開發(fā)

由塑性力學(xué)可知，引入有限的剪變形或復(fù)合變形機(jī)制不僅能使變形體率先進(jìn)入塑性狀態(tài)；而且能使變形區(qū)擴(kuò)大，難變形區(qū)縮小，變形均勻且流向合理。其中復(fù)合流動(dòng)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(xué)者格納高O.A.對(duì)鍛壓剪變形進(jìn)行的系統(tǒng)定量的 研究 ，秋林B.A.教授等在多向反復(fù)變形，控制塑性流動(dòng)，改變邊界條件等方面的 研究 ，都證明了新的熱成形機(jī)制對(duì)改善鍛件質(zhì)量，提高鍛造技術(shù)經(jīng)濟(jì)水平具有重要的意義。

擴(kuò)擠復(fù)合成形原理圖

1.環(huán)坯2.凸模3.凹模4、5.漏盤

針對(duì)原護(hù)環(huán)熱成形中存在的問題，引入復(fù)合變形、控制塑流和有限剪變形機(jī)制， 研究 開發(fā)了護(hù)環(huán)擴(kuò)擠復(fù)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(kuò)孔變形；凸模繼續(xù)下壓，環(huán)坯外壁與凹模接觸，擴(kuò)擠復(fù)合變形開始，隨著接觸區(qū)域的擴(kuò)大，擠壓變形逐漸顯著；當(dāng)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(kuò)大，壁厚減薄，內(nèi)外徑尺寸完全靠凸凹?？刂?，故能很好地滿足設(shè)計(jì)。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(dòng)屬于擴(kuò)擠復(fù)合流動(dòng)模式。理論 分析 (FEM)和實(shí)驗(yàn) 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(kuò)擠復(fù)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(fù)合變形等特點(diǎn)。有利于破碎粗大的鑄態(tài)結(jié)構(gòu)，獲得細(xì)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(fù)合工藝

熱鍛冷鍛是將熱鍛和冷鍛結(jié)合起來的一種復(fù)合成形技術(shù)，它充分利用了熱鍛和冷鍛各自的優(yōu)點(diǎn)。熱態(tài)下金屬塑性好，流動(dòng)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(fù)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(fù)荷引起明顯的磨損和塑性變形，因此普通熱鍛件精度不會(huì)很高．很難達(dá)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(jì)臺(tái)理的熱鍛工步，并將熱鍛件進(jìn)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(fù)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(fù)合，分熱鍛和玲鍛兩個(gè)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(dá)到其精度要求，如大型傘齒輪的精密成形。

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

c．采用玲鍛技術(shù)對(duì)熱鍛件進(jìn)行二次成形加工后，可以省去某些加工難度較大的機(jī)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(jìn)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(shí)應(yīng)充分考慮各自的變形特點(diǎn)，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(diǎn)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(kuò)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?yàn)椋哄懪飨铝?；鍛坯加熱；輥鍛備坯；模鍛成形；切邊；中間檢驗(yàn)，檢驗(yàn)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(xué)成分 分析 、機(jī)械性能、殘余應(yīng)力等檢驗(yàn)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(dá)，就是得益于其鍛壓技術(shù)及裝備的領(lǐng)先地位。當(dāng)前的世界鍛壓技術(shù)及裝備向以下幾個(gè)方面發(fā)展：

1、鍛壓設(shè)備自動(dòng)化

國外的鍛造自動(dòng)化也取得了長足發(fā)展?，F(xiàn)代化的大型自由鍛造車間的鍛造液壓機(jī)、操作機(jī)、鍛造吊車實(shí)現(xiàn)了聯(lián)動(dòng)控制，全部機(jī)械化，并配有鍛件尺寸自動(dòng)測量裝置，鍛造壓機(jī)與操作機(jī)數(shù)控聯(lián)動(dòng)，鍛造加熱爐自動(dòng)控制。中小型自由鍛實(shí)現(xiàn)了壓機(jī)與操作聯(lián)動(dòng)微要控制、計(jì)算機(jī)自動(dòng)編程的自動(dòng)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(jī)為主休的綜合自動(dòng)線，美國、德國、日本基本采用熱模鍛壓力機(jī)取代原有的模鍛錘，中小型模鍛件采用多工位高速自動(dòng)熱鐓機(jī)，最高速度達(dá)到4000-12000件/小時(shí)。

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

2、高速化復(fù)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(biāo)，各鍛壓廠家均致力于鍛壓機(jī)械的高速化 研究 ，各鍛壓廠家均致力于鍛壓機(jī)械的高速化 研究 ，在數(shù)控回轉(zhuǎn)頭壓力機(jī)上，主要采用伺服控制的液壓主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)來提高壓機(jī)的行程次數(shù)。

在追求高速化加工的同時(shí)，還必須盡可能縮短生產(chǎn)輔助時(shí)間，以取得良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。在數(shù)控壓機(jī)上配備伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的三坐標(biāo)上下料裝置，可使沖壓中心實(shí)現(xiàn)高效板材加工。

將幾種工藝或幾個(gè)工序復(fù)合在一臺(tái)機(jī)床上完成，是當(dāng)前各類機(jī)床大幅壓縮生產(chǎn)輔助時(shí)間，提高生產(chǎn)率的重要技術(shù)途徑，在鍛壓機(jī)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(fù)合機(jī)，將模具沖切與激光切割有機(jī)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(shí)間，特別適合孔型多而復(fù)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(shí)生產(chǎn)”的要求。壓力機(jī)用戶要求設(shè)備的所有控制功能集成化，從而實(shí)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(dòng)化控制系統(tǒng)等各個(gè)環(huán)節(jié)的參數(shù)設(shè)定。

壓力機(jī)控制系統(tǒng)的集成化，可通過單一操作接口實(shí)現(xiàn)所有壓機(jī)和模具的各項(xiàng)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(jī)的有效工作時(shí)間。

具有現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場設(shè)備互聯(lián)、互動(dòng)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(jī)控制技術(shù)的發(fā)展方向，對(duì)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化具有明顯也推動(dòng)作用。

4、注重環(huán)境保護(hù)是當(dāng)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(jī)上，工作臺(tái)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(jī)實(shí)現(xiàn)快速下降，慢速?zèng)_裁工件，快速回程，使振動(dòng)和噪聲大大降低。特別是歐洲市場，已基本貫徹ISO14000系列標(biāo)準(zhǔn)（環(huán)境管理、避免振動(dòng)和噪音），鍛壓設(shè)備必須通過CE認(rèn)證。

5、模具技術(shù)發(fā)展的幾個(gè)特點(diǎn)

模具與壓力機(jī)是決定沖壓質(zhì)量、精度和生產(chǎn)效率的兩個(gè)關(guān)鍵因素。先進(jìn)的壓力機(jī)只有配備先進(jìn)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?yàn)椋?/span>

1）充分運(yùn)用IT技術(shù)發(fā)展模具設(shè)計(jì)、制造

用戶對(duì)壓力機(jī)速度、精度、換模效率等方面不斷提高的要求，促進(jìn)了模具的發(fā)展。外形車身和發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車兩個(gè)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(dāng)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(jì)和制造約占汽車開發(fā)周期三分之二的時(shí)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(gè)月，而美國僅需30個(gè)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(shí)體汽車覆蓋件模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)異地設(shè)計(jì)和異地制造。虛擬制造等IT技術(shù)的應(yīng)用，將推動(dòng)模具工業(yè)的發(fā)展。

2）縮短金屬成型模具的試模時(shí)間

主要發(fā)展液壓高速試驗(yàn)壓力機(jī)和拉伸機(jī)械壓力機(jī)，特別是在生產(chǎn)型機(jī)械壓力機(jī)上的模具試驗(yàn)時(shí)間可減少80%，具有巨大的節(jié)省潛力。這種試模機(jī)械壓力機(jī)的發(fā)展趨勢是采用多連桿拉伸壓力機(jī)，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(jí)進(jìn)沖模發(fā)展迅速

在自動(dòng)沖床上用級(jí)進(jìn)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(jí)進(jìn)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(jí)進(jìn)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(jī)和成套模具生產(chǎn)所必需串接的板材剪切、涂油、板坯運(yùn)輸?shù)群罄m(xù)工序。級(jí)進(jìn)組合沖模已在美國汽車工業(yè)中普遍應(yīng)用，其優(yōu)點(diǎn)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(jī)上使用的階梯模相比，節(jié)約30%。但是，級(jí)進(jìn)組合沖模技術(shù)的應(yīng)用受拉伸深度、導(dǎo)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(jī)，絕大多數(shù)零件應(yīng)優(yōu)先考慮在多工位壓力機(jī)上加工。


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