锻造工艺过程及模具设计概述-

11-12月-231概述1.1锻造生产1.2锻造生产的发展过程1.3锻造技术发展的未来11-12月-2321.1锻造生产

锻造的目的是使坯料成形及控制其内部组织性能达到所需几何形状、尺寸以及品质的锻件。一般铸件的内部组织和力学性能不如锻件。比较重要的零件都选用锻造工艺过程生产。

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原则上任何一种金属材料都可用锻造方法制成锻件或零件。随着锻造工业的发展，锻件的精度和表面粗糙度逐步达到了车床、铣床加工的水平。特别是粗糙度，有的精锻件甚至超过磨削加工水平。11-12月-234

冷镦、冷挤压、冷精压件（锻件）可以不需机械加工或少量机械加工而直接装机使用。

按所用的工具不同，锻造可分为自由锻和模锻两大类。11-12月-235

自由锻（opendieforging）只使用简单工具利用上下砧直接使坯料成形。模锻（closdieforging）是利用模具使坯料成形。

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随着大型水压机的出现，自由锻件单件质量达300～350吨以上，如大型吊钩等。模锻件的外径达1000mm以上。重庆某厂有特大型锻压设备350MN(35000吨)水压机。这种特大型水压机可以用来压制飞机零件如翅膀、起落架等。11-12月-237

为了发挥锻造业的优势，增大每一品种的生产量，为集中生产和专门化生产创造条件，要按照相似的设计要求和制造条件对各种各样的锻件进行科学分类并使之规格化和标准化。11-12月-238

将分散的锻造厂（车间）相对集中，组合成地区性专门化锻造中心(如有关轴承、齿轮、曲轴、连杆、叶片、轮盘、标准件的锻造中心)，建立机械化、自动化程度高的锻造生产线或生产车间，采用专门的锻压设备和模具装置，按科学合理的工艺流程安排自动化生产相类似的锻件组合，甚至可以综合生产布局包括热处理和机械加工等其它后续工序组成的生产线。11-12月-239

不仅锻压设备应当通用，而且工具、模具也应当做到通用。压力机更适应精锻工艺。压力机模锻替代锤上模锻，更易于实现机械化、自动化连续生产。

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早在3000多年前，我国劳动人民就已熟练地应用锻造方法制造生产工具和各类兵器。河北藁城出土商代遗址中有兵器、金丝、金箔。11-12月-23111.2锻造生产的发展过程

国内外大多数锻件仍处于毛坯生产阶段，材料利用率只有40%～50%。自由锻件大部分金属变为切屑。用钢锭生产的自由锻件，有25%～33%金属作为冒口和底部切除。

11-12月-2312模锻件由于带有机械加工余量、毛边工艺辅料，以及加热火耗等，材料利用率一般在50%左右。模锻流程是指生产一个锻件所经过的模锻生产过程，一般指备料、加热、模锻切边、冲孔、热处理、酸洗、清理、校正。11-12月-2313

模锻件占的比重说明了一个国家生产水平、生产率、材料利用率、生产成本及产品品质在国际竞争中的地位。上一世纪50年代末至60年代初，中国制造成功了万吨水压机（上海江南造船厂）和各种类型的锻压机械。11-12月-2314

汽车、摩托车工业的发展，大大促进了我国精锻技术的发展。一般的冷、温精锻采用国产设备是可行的。当挤压件的产量在10万件以上，品种有2到3个时，投资购买冷挤压设备就会有较大的经济效益。11-12月-2315

我国开发热精锻、冷锻和温锻技术的一些典型应用实例：11-12月-231611-12月-2317

11-12月-2318复动(闭塞)锻造工艺过程是先进的精锻技术之一，与传统的锻造方式不同。它不是通过模具直接锻打坯料成形，而是在封闭的模具型腔内，通过冲头单向或双向复动挤压成形。11-12月-2319北京机电研究所于1998年开发成功“控制成形”

(FlowControlForming-简称FCF)技术并应用于汽车空调涡旋压缩机涡旋盘和汽车安全气囊气体发生器等复杂精密铝合金零件(如下图)的批量生产。11-12月-2320

11-12月-2321前轴的精密辊锻-整体模锻生产过程：生产线布置鸟瞰11-12月-2322

25MN(2500吨)螺旋压力机弯曲——终锻成形1000mm自动辊锻机精密成型辊锻11-12月-2323

精密辊锻-整体模锻各道工艺过程的产品

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20世纪70年代，南京航空学院的锌铝合金有色金属超塑性成形，洛阳工学院的碳钢等黑色金属甚至模具钢的超塑性成形，北京机电研究所和兵器工业第五九研究所等单位的超塑性成形，都取得了一定的成绩。

11-12月-2325从上一世纪70年代开始，国内有不少单位开展摆动辗压研究，如哈尔滨工业大学、武汉理工大学、清华大学、中国兵器工业第五九研究所等。

2005年“汽车摩托车齿轮类零件冷摆辗精密成形关键技术及应用”项目获国家科学技术进步奖二等奖。11-12月-2326

温锻较热锻可获得较高精度的锻件，如外星轮三销套温锻-冷精整成形自动化生产线，30CrMnSiNi2A超高强度钢壳体零件温挤压-冷变薄拉深生产线。11-12月-2327粉末锻造工艺过程能提高粉末冶金件的密度，大大提高了粉末件的抗拉强度。用板料毛坯代替体积毛坯的锻造工艺过程也在发展之中。11-12月-2328锻造工艺过程飞速发展的同时也大大促进了锻压设备的发展。锻压成形所使用的设备应具有良好的刚性、良好的可靠性和稳定性，对生产工序要能自动监控和具备检测功能，要有精密的导向机构，等等。11-12月-2329摩擦压力机是我国20世纪的主要锻压设备。

20世纪50年代国内出现了热模锻压机，70年代中国第二汽车制造厂用它完全取代了模锻锤。

11-12月-23301.3锻造技术发展的未来

1.3.1数字化塑性成形技术锻造技术发展的未来是锻造技术数字化。发达国家重视锻造业的发展，不仅着眼于锻造业在本国工业产值中所占比例、对国民经济的贡献、就业安排，而且更重视锻造行业为新技术、新产品的开发和生产提供重要的物质技术，把锻造行业看成是经济高级化不可缺少的战略性产业。

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数字化主要体现在对锻造过程和产品品质、成本、效益的预测和可控程度。实用中已对汽车发动机连杆精密锻造、汽轮机和压缩机叶片辊锻－模锻的工艺过程和模具设计制造应用了CADCAM一体化技术，如下图所示。11-12月-2332

11-12月-2333计算机辅助设计系统（CAD）和辅助制造系统（CAM）结合，便构成了自动控制集成系统，即由计算机控制的自动化信息流对锻件的工艺过程设计、锻模的机械加工、装配、检验和管理进行连续处理，并且发展到以它为中心的锻件、锻模设计制造和锻造过程模拟(CAE)一体化的自动控制系统。锻造过程模拟技术(CAE)亦称锻造工艺过程虚拟制造技术或锻造过程的计算机辅助工程分析。11-12月-2334

锻造过程模拟技术(CAE)丰富了塑性成形机理的研究手段，使塑性成形向智能化方向发展，为锻模的设计制造提供了科学基础，改善了锻造工程师的工作环境，节省了试制费用和设计时间，缩短了产品研发周期，改进和提升了传统锻造工艺过程及模具设计水平。11-12月-2335在实际应用中采用三维模拟技术，对涡旋盘流动控制成形过程进行的模拟，如下图：图1.11涡旋盘控制成形（FCF）工艺过程的三维模拟11-12月-2336

锻造过程模拟技术(CAE)通过引入计算机技术等高新技术，架起了联系材料科学基础理论与热加工工程实际的桥梁，使基础学科的理论能够直接定量地指导锻造过程，改变锻造过程设计中长期依赖经验的落后状况。它使工艺设计由经验判断走向定量分析，使锻造过程由“技艺”发展为真正的工程科学，是信息化提升传统工艺过程水平的一个重要体现。锻造技术的发展还必须注意科学化和可控化。11-12月-2337锻造生产不再是简单的坯件供应，要发展为零件、部件供应，还可以在产品初步设计阶段，针对零件的可生产性，提供快速分析手段，形成将设计思想转化为产品原型零件，直至市场效果的快速评估系统。做到“设计、制造、营销”一体，协同实现对市场需求的快速响应。11-12月-2338锻造技术的发展已不仅是单纯锻造成形技艺的推陈出新，而是各种新材料、传感技术、信息技术、自动控制技术、液压技术、表面技术与锻造原理的融合。锻造技术将实现低噪音、少污染、对改善人类居住和工作环境有利。11-12月-23391.3.2锻压设备与锻压工艺技术的未来发展趋势

国家锻压加工能力主要体现为锻压设备能力与锻压工艺过程技术能力。锻压设备能力包括自有锻造设备能力、模锻设备能力、环形件輾扩锻造能力和板材成形设备能力。

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1.锻压设备的大型化发展趋势

由于锻压生产需要巨大的变形力，对大型零件的锻造离不开重型锻压设备，成形力在100MN(万吨级)以上。从某种意义说，重型锻压设备及其所能锻造的大型零件的品质，体现着一个国家重大装备的制造能力。11-12月-23412.锻压设备和锻压工艺过程技术的自动化、精密化发展趋势锻造工业随着汽车工业的发展而壮大。一个国家汽车锻件占锻件总产量的比例反映了锻造工艺过程技术与装备的水平。11-12月-2342我国是锻件生产大国，锻件总产量居世界前三位。汽车锻件的巨大市场和产品品质决定了我国锻压设备和锻压工艺过程技术向着自动化、精密化方向发展是必然趋势。11-12月-23433.锻压设备和工艺过程技术的可持续发展—绿色制造绿色制造是一个综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式，其目标是使产品在整个生命周期中对环境