工藝介紹

能夠成形大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)鍛件是反映一個(gè)國(guó)家工業(yè)科技水平和綜合國(guó)力的重要體現(xiàn)。

航空、航天、能源等重要制造領(lǐng)域所使用的主要結(jié)構(gòu)鍛件材料大多以高溫合金、鈦合金和高強(qiáng)度合金鋼等為主，這些材料在飛行器和燃?xì)廨啓C(jī)中大量成功應(yīng)用，對(duì)提高發(fā)動(dòng)機(jī)的推重比，提升飛行器速度，提高燃?xì)廨啓C(jī)工作效率起著至關(guān)重要的作用。

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和國(guó)防事業(yè)的飛躍發(fā)展，大型復(fù)雜鍛件的需求量激增，如飛機(jī)的整體框、發(fā)動(dòng)機(jī)的整體葉盤、燃?xì)廨啓C(jī)和氣輪機(jī)的大型葉片及大型盤等，很多鍛件的投影面積達(dá)到 3m以上。

然而，鈦合金和高溫合金既是價(jià)格昂貴的金屬材料，又是難加工、難變形的特殊材料。一方面，這類材料的機(jī)械加工性能特別差;另一方面，由于材料變形抗力大，變形溫度高，變形的溫度范圍狹窄，一般只能先鍛成粗鍛件再進(jìn)行機(jī)械加工，因此導(dǎo)致了過高制造成本，從而在一定程度上限制和影響了材料的使用。

然而，以熱模鍛造和等溫鍛造為代表的熱精密鍛造技術(shù)的出現(xiàn)為解決鈦合金、高溫合金等難變形材料的近凈成形鍛造開創(chuàng)了一條重要的途徑，為大型復(fù)雜鍛件的生產(chǎn)提供了新的手段 。

折疊編輯本段工藝方法

目前已應(yīng)用于生產(chǎn)的精密鍛造工藝很多。按成形溫度不同可以分為熱精鍛、冷精鍛、溫精鍛、復(fù)合精鍛、等溫精鍛等 。

折疊熱精鍛工藝

鍛造溫度在再結(jié)晶溫度之上的精密鍛造工藝稱為熱精鍛。熱精鍛材料變形抗力低、塑性好，容易成形比較復(fù)雜的工件，但是因強(qiáng)烈氧化作用，工件表面質(zhì)量和尺寸精度較低。熱精鍛常用的工藝方法為閉式模鍛。

折疊冷精鍛工藝

冷精鍛是在室溫下進(jìn)行的精密鍛造工藝。冷精鍛工藝具有如下特點(diǎn):工件形狀和尺寸較易控制，避免高溫帶來(lái)的誤差;工件強(qiáng)度和精度高，表面質(zhì)量好。冷鍛成形過程巾，工件塑性差、變形抗力大，對(duì)模具和設(shè)備要求商，而且很難成形結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件。

折疊溫精鍛工藝

溫精鍛是在再結(jié)晶溫度之下某個(gè)適合的溫度下進(jìn)行的精密鍛造工藝。溫鍛精密成形技術(shù)既突破冷鍛成形中變形抗力大、零件形狀不能太復(fù)雜、需增加中間熱處理和表面處理工步的局限性，又克服了熱鍛中因強(qiáng)烈氧化作用而降低表面質(zhì)量和尺寸精度的問題。它同時(shí)具有冷鍛和熱鍛的優(yōu)點(diǎn)，克服了二者的缺點(diǎn)。

折疊復(fù)合精鍛工藝

隨著精鍛工件的日趨復(fù)雜以及精度要求提高，單純的冷、溫、熱鍛工藝已不能滿足要求。復(fù)合精鍛工藝將冷、溢、熱鍛工藝進(jìn)行縫合共同完成一個(gè)工件的鍛造，能發(fā)揮冷、溫、熱鍛的優(yōu)點(diǎn)，摒棄冷、溫、熱鍛的缺點(diǎn)。

折疊等溫精鍛工藝

等溫精鍛是指坯料在趨于恒定的溫度下模鍛成形。等溫模鍛常用于航空航天工業(yè)中的鈦合金、鋁合金、鎂合金等難變形材料的精密成形，近年來(lái)也用于汽車和機(jī)械工業(yè)有色金屬的精密成形。等溫鍛造主要應(yīng)用于鍛造溫度較窄的金屬材料，尤其是對(duì)變形溫度非常敏感的鈦合金。

折疊編輯本段發(fā)展趨勢(shì)

隨著制造業(yè)的發(fā)展，對(duì)精鍛成形零件的要求越來(lái)越高，也對(duì)精密鍛造工藝的研究和發(fā)展提出了更高的要求，目前精密鍛造工藝研究的主要方向有以下幾方面 。

(1)持續(xù)不斷的工藝革新。為了滿足成形零件的要求，降低生產(chǎn)成本，需要不斷的開發(fā)成形精度高、模具壽命長(zhǎng) 、生產(chǎn)效率高的精密鍛造成形新工藝。

(2)復(fù)合工藝的開發(fā)。隨著成形零件工藝要求的不斷提高，單一的精密鍛造很難滿足要求，這就需要開發(fā)復(fù)合成形工藝，將不同溫度或不同工藝方法的鍛造工藝結(jié)合起來(lái)，取長(zhǎng)補(bǔ)短共同完成一個(gè)零件的加工制造。也可以將精密鍛造工藝與其它精密成形工藝如精密鑄造、精密焊接等工藝進(jìn)行組合，提高精密成形工藝的應(yīng)用范圍和加工能力。

(3)基于知識(shí)的工藝設(shè)計(jì)。隨著精密鍛造工藝的不斷發(fā)展，工藝設(shè)計(jì)日趨復(fù)雜，為了提高工藝設(shè)計(jì)的可靠性和高效性，開發(fā)基于知識(shí)的專家系統(tǒng)是未來(lái)精密鍛造工藝設(shè)計(jì)的重要研究方向 。

折疊編輯本段精密鍛造設(shè)備

為了滿足精密鍛造工藝的要求，精密鍛造設(shè)備需要具備如下特點(diǎn) 。

1)具有較好的剛性，使變形過程中機(jī)器本身的變形較小，保證鍛造工件的尺寸精度。

2)具有精密的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，保證模具的合模精度 。

3)具有多缸的動(dòng)作能力，實(shí)現(xiàn)精密鍛造多個(gè)模具運(yùn)動(dòng)的要求。

4)具有生產(chǎn)工序的自動(dòng)監(jiān)控和檢測(cè)功能等。

對(duì)于熱精密鍛造常用的設(shè)備包括高能螺旋壓力機(jī)、電液錘、熱模鍛壓力機(jī)等，冷精密鍛造成形常用的設(shè)備包括冷鍛壓力機(jī)、冷擠壓機(jī)、冷鐓機(jī)、冷擺輾機(jī)等。我國(guó)早期采購(gòu)精密鍛造設(shè)備主要有 2 個(gè)途徑:從國(guó)外知名的公司例如瑞士 Hatebur 公司、英國(guó) Hewelco 公司、意大利 SACMA 公司 、日本小松公司、德國(guó)舒勒公司、美國(guó) National 公司等進(jìn)口精鍛設(shè)備或生產(chǎn)線;對(duì)國(guó)內(nèi)的通用鍛造設(shè)備進(jìn)行改造 。由于進(jìn)口設(shè)備價(jià)格昂貴，而改造設(shè)備其精度和可靠性較差，因此迫切需要研究和開發(fā)國(guó)產(chǎn)的精密鍛造設(shè)備，近年來(lái)國(guó)產(chǎn)精密鍛造設(shè)備獲得很大發(fā)展，其中北京機(jī)電研究所、濟(jì)南第二機(jī)床廠、上海鍛壓機(jī)床廠、天津鍛壓機(jī)床廠、青島鍛壓機(jī)床廠等研究單位和企業(yè)，成功研制和開發(fā)了系列精密鍛造設(shè)備，并已投入工程應(yīng)用 。

折疊編輯本段工藝優(yōu)化

無(wú)論是正向模擬還是反向模擬，都可歸結(jié)為利用數(shù)值模擬技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)結(jié)果驗(yàn)證的試錯(cuò)法 。其基本思路仍與傳統(tǒng)的試錯(cuò)法一樣，只不過所用的驗(yàn)證手段不同，對(duì)不合理設(shè)計(jì)的修改還需要由設(shè)計(jì)者根據(jù)經(jīng)驗(yàn)提出，設(shè)計(jì)過程的自動(dòng)化程度還很低。為了提高精密鍛造工藝和模具設(shè)計(jì)的效率和可靠性，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)精密鍛造過程工藝與模具的優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了大量研究，并取得了較大進(jìn)展。精密鍛造過程工藝與模具的優(yōu)化設(shè)計(jì)，一般以工藝參數(shù)或模具的形狀為設(shè)計(jì)變量，以工件的形狀或物理性能為目標(biāo)函數(shù)，以有限元法方法為目標(biāo)函數(shù)的計(jì)算器 。采用高效的優(yōu)化算法，實(shí)現(xiàn)工藝參數(shù)與模具形狀的自動(dòng)優(yōu)化。目前，常用到的優(yōu)化方法包括:基于梯度的靈敏度分析優(yōu)化算法，以及基于全局尋優(yōu)的遺傳算法。