ＩＲ ｗ Ｉ 竺堡些 我国锻造行业的发展基础和发展历程 我国国情的锻造设备供应滞后，主要锻造设备仍然以摩 擦压力机为主。总体来看，我国锻造行业中，精密锻造 成形技术应用相对薄弱，锻件品质不高。 当前，我国除了在汽车和民用机械行业初具规模 并拥有一定的核心技术外，受锻造装备和技术水平的影 响，像兵器、船舶、航空等国家急需发展的国防装备制 造业还远落后于发达国家，这无疑会对提升我国的国际 地位有很大制约。由于我国的国防工业是在“一五”和 建国初期，我国的民族工业基础极其薄弱，通过 五”、 “二五”近ｌ０年的努力，全面建成了现代工 业制造领域的初步生产规模。到了２Ｏ世纪５０年代后期， 我国相继建成了一汽、一拖、二汽、哈轴、洛轴等厂， 形成了以蒸空锻锤、热模锻压机及平锻机为主要设备的 生产线，使锻造这门古老的成形技术得到了快速的发展 和应用。陆续生产出国产的第一辆汽车、第一台万吨水 压机、第－－ｆｑ大炮、第一辆坦克、第一架战机、第一艘 军舰，并逐步开始向其他领域拓展。在随后的数十年 里，随着各大生产企业装备水平的不断提高和产能的扩 大，所生产的产品品种和数量也相继增多，使锻造技术 得到了进一步的发展。 改革开放以来，汽车工业迅速崛起，我国确定以 轿车发展为主线的思路。精密塑性成形技术开始广泛用 于各类汽车锻件的生产上，如热精锻差速器壳、锥齿 “二五”期间从无到有初步建设起来的，加之美国、西 欧对于社会主义国家的封锁，致使我们的国防工业水平 落后于发达国家一到二代的水平，因此，更需要我国国 防工业奋起直追，完成航空航天、航海、特种车辆及武 器装备等关键零部件精密锻造技术的深入研究，以保证 国防能力的提升。 改革开放以来，科学技术日新月异，材料科学迅 速发展，计算机得到广泛应用。随着国家对装备制造业 的重视，锻造这种高能耗、高污染行业也受到了高度的 重视，形成了以锻造成形新工艺、新材料、现代电子技 术、计算机技术、精密加工技术、测量技术、加热技 术、润滑技术及新型装备与自动化技术等相结合的一种 轮、冷锻球头销、万向节十字轴和传动轴，以及温锻等 速万向节的钟形壳、滑套等，由此大大提升了我国精密 塑性成形的技术水平。 二、我国锻造业发展现状与趋势 目前，我国锻造行业虽然有了一定的发展基础， 先进精密塑性成形技术。各种新工艺、新技术不断应用 于锻造行业，实现了近净成形或净成形，即“成形件” 接近于“零件”，达到了少、无切削加工的水平。 但并未完全掌握锻造行业中的高端核心技术。近年来， 国内锻造企业产量在逐年上升，出口增加，凭借锻件生 产数量在国际上虽赢得了“锻造大国”称号，却不是 １．精密锻造成形技术 精密锻造技术包括热精锻技术、温锻技术和冷锻 “锻造强国”。高档次模锻件产品的研制生产仍相当落 后，航空航天的核心锻件主要依赖进口。据统计，汽车 锻件的高档次产品有７０％～８０％是进Ｅｌ。另外，适合于 技术。温锻件要比热锻件精度高得多，而冷锻件要比温 锻件精度高得多。与机械加工相比，冷锻件、精锻件可 显著降低成本、节约原料。正因如此，一些发达国家都 参跏…旺— ■■●■■■■竺堡些Ｉ■■■■■■■■●■■■■一 一砷 Ｉ Ｒ 在大力发展精密锻造技术。例如一辆轿车上日本有５０ｋｇ 的冷锻件，欧洲有４０ｋｇ的冷锻件，而我国仅有５ｋｇ的冷 ２．复合精密塑性成形技术 原有的锻造成形一般由金属材料下料开始，采用 锻件。冷温锻件除了尺寸精度高于热模锻件外，其冲击 性能尤其是低温冲击性能也明显优于热模锻。附表所示 为热锻、温锻、冷锻性能及成本比较。 热锻、温锻、冷锻性能、成本比较 成形工艺 工件质量／ｋｇ 单一工艺在热态或冷态下进行直至变形完成结束。而复 合塑性成形技术是将两种不同的成形工艺组合在一起， 使其充分发挥各自的优点，进而达到最佳的成形效果。 这种技术在生产中已被大量采用，例如热（温）锻与冷 冷锻 热锻 温锻 精整复合成形，利用热（温）锻技术成形力小，变形量 大的优点，使坯料快速成形，然后发挥冷锻精度高与表 面质量好的优点，提高锻件质量。 近年来，随着汽车工业的不断发展，设计了大量 ０Ｄｏ５～ｌ５０ Ｏ．ｏ０ｌ～５０ ＯＤｏｌ～３０ 精度 表面质量Ｒ／ｕ ｒｎ ＩＴｌ３～ＩＴ１６ ＩＴｌｌ～ＩＴ１４ ＩＴ８～ＩＴｌｌ ５Ｏ～ｌｏ０ ＞３０ ＞ｌＯ 流变应力百分比（％） 变形能力（原材料）／ｍｍ 成形费比（％） 切削量 ２０～３０ ≤６ ｌ１３ 一 ｜召】 ３０～５Ｏ ≤４ １０ｏ 少 １００ ≤１．６ ｌ４７ 很少 复杂、高精度的汽车零部件，例如钟形壳、滑套、星形 套、三销轴等零件，若采用一般锻造方法，则成本及锻 造难度系数较高。为了解决这些问题，一些新型的复合 塑性加工技术被开发出来并加以利用。其目的是节约材 料和能源，减少加工难度和加工工序，提高零件的加工 精度，尽可能做到无切削或少切削加工，提高劳动生产 我国冷锻、精锻技术始于２０世纪８０年代初，经过 近３０年的发展，在一些领域上已达到了国际先进水平。 燕山大学研发的钎头壳体温挤压工艺，材料利用率达到 ９５％，生产效益提高数十倍，成本下降约５０％。又如采 用温挤压技术，齿轮的齿形精度已达到零件精度要求， 只需对齿轮端面进行小余量切削加工即可，其性能远高 于传统切削加工零件。由此可见，冷、温精锻技术已在 率并降低成本。 目前，我国应用比较多的复合精密成形技术有： 热（温）锻与冷精整复合成形、热挤压管坯与强力旋压 复合成形、精密铸坯与热锻复合成形、粉末冶金与热 （温）锻复合成形、半固态成形技术等。汽车起动电机 磁极采用板料冲压冷锻技术成形工艺（见附图），此工 艺使工件的成形力大大降低。 各行业中，尤其是汽车制造行业得到了广泛的应用，取 得了较好的技术经济效益。 中７＂７７１＂：＇／－７ａ＂ １Ｉ Ｉ 繁繁豢书豢 （ａ）落料 （ｂ）局部整形 （Ｃ）冲孔 （ｄ）弯曲成形（ｅ）尖端精整（ｆ）整形 汽车起动电机磁极板料冲压冷锻工艺过程 ３．有色金属锻造成形技术 随着汽车、航空等行业的发展，零部件原材料的 要求趋向轻量化、高强度、高韧性。一些钛合金、超硬 铝、镁合金等有色金属被广泛应用在汽车轮毂、涡轮发 动机叶片等零部件的制造上。 锻旋工艺，并制造出了大型数控多轴联动的成形设备， 满足了工艺要求，之前这些设备只有美国、德国、西班 牙和日本才能制造。 叶片是电站汽轮机、航空发动机中的关键零件， 也是安全件，各项性能及加工要求极高，原材料采用钛 合金，国际上往往认为叶片锻件质量水平代表一个国家 涡轮动力机械的制造水平。钛合金叶片锻造温度窄，润 滑要求高，锻造时成形力和错移力大，因此要求叶片锻 铝合金的第二个被广泛应用的领域就是汽车轮 毂。平均每只铝合金轮毂要比钢制轮毂轻２ｋｇ左右，铝 轮毂具有优越的导热性，可提高轮胎和制动盘的使用寿 命，有效地保障了汽车行驶的安全。近年来，我国锻造 铝轮毂自主开发了两种工艺，铝轮毂锻铣工艺与铝轮毂 模具有良好的强韧性、很高的设备刚度，以及最小的弹 性变形。 －■丝！ 箜丝塑垫丝 ｗ ｍｅｔａｌｗｏｒｋｉｎｇ１９５０．ｃｏｍ 垄 参磊 工热加工 。Ｉ Ｒ ｌ 竺堡竺 目前，我国在有色金属锻造工艺方面取得了一定 的成果，但没有形成一定的规模，与国外相比还存在一 定的差距。如锻造铝轮毂及钛合金叶片技术仅在戴卡集 团和无锡透平叶片有限公司等少数厂家得到了较好的应 用。我国飞机结构锻件基本上为铝合金锻件，而国外第 周期长，投入资金大，虽然也采用了数值模拟手段，但 “仿而不真”的现象比较普遍。在软件研发方面还没有 自己的核心技术，所应用的仿真分析软件基本上都是国 外研发，同时在应用时又缺乏二次开发能力，使得我国 整体研发能力较低。在新产品开发方面，国外已普遍采 四代军用战斗机中钛合金、复合材料的用量明显增加， 如Ｆ一２２战斗机的钛合金件占机身结构重量的３８．８％， 最大的钛合金锻件投影面积达５．５３ｍ ，重量为５８８ｋｇ。 国外在有色金属锻件生产工艺方面采用了很多新技术， 用“模拟设计”方法取代了传统的“经验设计”方法。 在大量物理模拟试验的基础上，开发了各种专用锻件成 形过程模拟软件，做到了对锻件精确成形和组织性能的 控制。 如钛合金等温模锻、发动机空心涡轮轴热挤压等。这些 新技术我国还处在实验研究阶段。 我国应用计算机仿真分析技术精度较差，没有达 到理想状态。在今后的研发中应注意以下几点：①锻件 和模具三维造型要准确。②锻件材料流动应力参数选取 ４．模具制造及修复技术 １９８９年３月，国务院颁布的（（关于当前产业政策要 点的决定 中，将模具列为机械工业技术改造序列第一 要合理。③仿真的边界条件（摩擦条件、温度条件）输 入需接近真实状况。④应用物理模拟试验结果验证。⑤ 位，生产和基本设施列为第二位，反映了模具在制造业 中的重要性。而目前我国在模具制造上还存在生产周 期长、使用寿命低、成本高等问题，与发达国家相比还 有较大差距。根据中国模具协会发布的资料显示，一 些优质的模具钢和大型精密锻造模具还需要进ｌＺｌ。在 操作人员对所模拟的锻造工艺应具有一定工程技术实践 素质。⑥加强对模拟软件的理解，根据企业实际情况进 行二次开发。 锻造装备制造业的发展趋势 美国、德国、日本的汽车工业如此发达，不仅得 益于其锻压技术的先进性，更得益于其锻压装备的领先 地位。中国锻造行业的发展，离不开锻造装备工业的大 力支撑，锻造设备制造业必须满足大批量生产的要求， 提高模具使用寿命方面，国外普遍将计算机引入到了 模具行业，开发了预测模具寿命的ＣＡＥ系统。而我国提 高模具寿命的普遍办法是根据实际情况而定，进口的 ＣＡＤ／ＣＡＭ系统和设备，很少有二次开发，导致每年数 亿美元的模具市场向国外开放。 和国外相比，我国模具专业人才短缺，没有形成 向自动化、高效率方向发展。 锻压设备面临的重要挑战：一是如何更具有柔 性，以适应“及时生产”的要求；二是压力机所有控制 规范的模具人才培养体制。现代模具制造技术应用较 少，新型模具材料开发力度不大，所生产的模具钢纯度 较低。另外，缺少大量的高精度数控机床，导致我国模 具整体制造水平偏低，因此模具制造技术和设备落后已 功能集成化，实现全套模具菜单化管理。压力机控制系 统的集成化，可通过单一操作接口实现所有压力机和模 具的各项控制功能，并使设备的维修保养更加方便；三 是具有现场通信网络、现场设备互联、互动操作性、分 成为制约我国锻造企业进步的主要因素之一。 散功能模块及开放式互联网络的现场总线技术，这是压 力机控制技术的发展方向，对实现自动化具有明显的推 动作用。 注重环境保护是当今世界性的潮流，许多国外锻 压设备越来重视环保问题。如数控压力机上，工作台普 遍采用柔性的尼龙刷支撑代替传统的滚珠支撑，以减少 噪声。变速压机实现快速下降，慢速冲裁工件，快速回 ５．计算机数值模拟技术 数值模拟亦称数字仿真，是在计算机上采用模拟 软件对所研发锻件的成形过程进行有限元数值计算。模 拟结果可预测金属流动规律、锻件成形质量、锻件缺陷 分析，也可优化预制坯、模具失效分析、锻件组织性 能、成形力数值等，为研发新锻件的工艺与模具设计 提供科学依据。锻造常用的模拟软件有ＱＦＯＲＭ一３Ｄ、 ＦＯＲＧＥ、ＤＥＦＯＲＭ一３Ｄ等。 程，使振动和噪声大大降低。特别是欧洲市场，已基本 贯彻ＩＳＯ１４０００系列标准（关于环境管理、避免振动和 噪声的标准），锻压设备则要求通过ＣＥ认证。 （下转第ｌ０页） 我国计算机仿真技术起步较晚，应用较少。目前 多数产品还停留在“经验设计”现场的试验阶段，开发 磊 工— ■■■■■■曼堡些－■●■■■■■■●●■●■■』Ｔ● ｏｐｉｃａｌＲ 比 六，交流伺服压力机需解决的关键技术 （１）交流伺服电动机及其驱动控制技术大功率 机只有与各种成形优化工艺相结合，才能发挥其优越 性。研究各种成形工艺的成形机理，建立适合该成形工 交流伺服电动机（周期短、冲击大、价格低）、电力电 器件、交流伺服控制技术三者需突破。其中大功率伺服 艺的优化参数，对提高质量与效率、降低成本具有十分 重要的意义。 电动机及伺服控制技术是必须首先攻克的难关。 （２）无飞轮压力机传动系统设计伺服压力机无 （６）混合伺服驱动技术混合伺服驱动技术在二 自由度耦合传动机构的设计与非线性混合驱动控制系统 的设计上比较复杂，且滑块的可调节性受到限制，但混 合驱动可大幅降低伺服电动机容量。 飞轮，采用新的设计理论和方法。采用大导程滚珠丝杠 直驱、还是采用一级齿轮后驱动、或是采用多连杆机 构，有必要进行深入研究。 七．结语 因为要经常改变速度，减 伺服压力机在某些发达国家已经普及，但在我国 还处在理论研究及研制阶段。伺服电动机和驱动控制技 术、伺服传动系统设计、伺服压力机的成形工艺优化、 重载高效螺旋传动技术、调速能量的回收，以及伺服压 力机使用的功能附件等是今后需解决的关键技术问题与 开发低成本、重载 研究方向。高强度板材、复杂成形工艺的出现及低碳经 （３）调速能量的回收速时采用电磁制动，运动部件的动能转变为电能，需进 行能量的回收。工作状态时要有足够的载荷与能量来进 行冲压，此时电能转变为机械能。能量的回收是研究的 个热点。 （４）重载高效螺旋传动技术高效螺旋副成了伺服成形装备亟待解决的问题。只有研 发出大导程低成本滚珠丝杠，才能实现重载伺服直驱。 济的要求，进一步加快了伺服压力机的研制步伐。誓■ （２０１００９２９） （５）基于伺服压力机的成形工艺优化伺服压力 （上接第５页） 作的成功范例比较少见。因此，在各项研发活动中，企 业既深感力量不足，又顾虑知识产权的归属问题产生争 议和商业秘密失去保护。而“学研”各方既想介入核心 四，我国锻造业发展的重点 总之，我国在锻造技术方面进行了大量的科学 研究和技术攻关，取得了一系列的科技成果。特别是 “九五”和“十五”期间，在“科技就是生产力”的方 研发活动，又感到无所适从。面对目前这种局面，相关 部门应尽快出台政策，明晰产学研结合的创新体制，以 发挥我国高校创新能力的优势，提高企业竞争力。 （３）建设试验分析机构精密塑性成形技术是多 学科交叉融合的技术，包含温挤压精密塑性成形模具设 计、数值模拟、感应加热、热处理、组织及性能检验等 多项技术。而精密成形设备的制造包含设计、分析、大 型结构件制造工艺、电液控制等多项技术。所以，我国 针指导下，许多企业大力引进新设备、新工艺，取得了 长足的发展。未来中国将面临向“全球制造中心、世界 工厂”的角色转型。中国锻造业的有效出路是实行产业 升级，节能减排，向低成本高附加值转型。从“锻造大 国”到“锻造强国”，我国锻造行业应加强自主创新能 力建设，突出在精密锻造成形方面加大人力、物力、财 力的投入。同时加大塑性加工的智能化、复合成形、液 压成形、激光成形等技术的研发力度。 （１）加大研发投入精密成形过程复杂，特别是 目前亟需建设专门面向行业的服务基础及共性技术、新 技术方案研究的试验分析机构。 （４）建立适应技术商品化的技术研发机构我国 大型锻件的精密成形，研发成本十分昂贵。一只核电锻 件用钢锭少则几十万元，多则几百万元，资金不到位只 能长期处于举步维艰的状态。 锻造研发人员数量不少，但其分布不适应新工艺、新技 术商品化的需要。目前，人才多集中在高校和科研院 所，作为技术商品化主体的企业人才匮乏，而相关人才 （２）创新体制完善产学研结合我国在完善产学 进入企业的机制尚未形成。因此需要一种不同于高校和 科研院所的体制、机构，将研究力量组织到关键技术的 研发活动中来。啊Ｗ （２０１０１００８） 研结合创新体制上，关键在于研究如何体现企业的研 发、市场主体地位。在“产学”各方中，产品和技术研 发中的角色及利益还存在很多问题，在本领域内长期合 ■ｌ ！箜丝塑垫丝堡笪 丝 参磊 工热加工 ｗｗｗ．ｍｅｔａｌｗｏｒｋｉｎｑ『１９５０．ｃｏｍ 。
