工藝介紹

能夠成形大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)鍛件是反映一個國家工業(yè)科技水平和綜合國力的重要體現(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、鈦合金和高強度合金鋼等為主，這些材料在飛行器和燃氣輪機中大量成功應(yīng)用，對提高發(fā)動機的推重比，提升飛行器速度，提高燃氣輪機工作效率起著至關(guān)重要的作用。

隨著我國經(jīng)濟和國防事業(yè)的飛躍發(fā)展，大型復(fù)雜鍛件的需求量激增，如飛機的整體框、發(fā)動機的整體葉盤、燃氣輪機和氣輪機的大型葉片及大型盤等，很多鍛件的投影面積達到 3m以上。

然而，鈦合金和高溫合金既是價格昂貴的金屬材料，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行機械加工，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行的精密鍛造工藝。冷精鍛工藝具有如下特點:工件形狀和尺寸較易控制，避免高溫帶來的誤差;工件強度和精度高，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)晶溫度之下某個適合的溫度下進行的精密鍛造工藝。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烈氧化作用而降低表面質(zhì)量和尺寸精度的問題。它同時具有冷鍛和熱鍛的優(yōu)點，克服了二者的缺點。

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、熱鍛工藝進行縫合共同完成一個工件的鍛造，能發(fā)揮冷、溫、熱鍛的優(yōu)點，摒棄冷、溫、熱鍛的缺點。

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，近年來也用于汽車和機械工業(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，尤其是對變形溫度非常敏感的鈦合金。

折疊編輯本段發(fā)展趨勢

隨著制造業(yè)的發(fā)展，對精鍛成形零件的要求越來越高，也對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 、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，取長補短共同完成一個零件的加工制造。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)基于知識的工藝設(shè)計。隨著精密鍛造工藝的不斷發(fā)展，工藝設(shè)計日趨復(fù)雜，為了提高工藝設(shè)計的可靠性和高效性，開發(fā)基于知識的專家系統(tǒng)是未來精密鍛造工藝設(shè)計的重要研究方向 。

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 。

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

2)具有精密的導(dǎo)向機構(gòu)，保證模具的合模精度 。

3)具有多缸的動作能力，實現(xiàn)精密鍛造多個模具運動的要求。

4)具有生產(chǎn)工序的自動監(jiān)控和檢測功能等。

對于熱精密鍛造常用的設(shè)備包括高能螺旋壓力機、電液錘、熱模鍛壓力機等，冷精密鍛造成形常用的設(shè)備包括冷鍛壓力機、冷擠壓機、冷鐓機、冷擺輾機等。我國早期采購精密鍛造設(shè)備主要有 2 個途徑:從國外知名的公司例如瑞士 Hatebur 公司、英國 Hewelco 公司、意大利 SACMA 公司 、日本小松公司、德國舒勒公司、美國 National 公司等進口精鍛設(shè)備或生產(chǎn)線;對國內(nèi)的通用鍛造設(shè)備進行改造 。由于進口設(shè)備價格昂貴，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)國產(chǎn)的精密鍛造設(shè)備，近年來國產(chǎn)精密鍛造設(shè)備獲得很大發(fā)展，其中北京機電研究所、濟南第二機床廠、上海鍛壓機床廠、天津鍛壓機床廠、青島鍛壓機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)進行設(shè)計結(jié)果驗證的試錯法 。其基本思路仍與傳統(tǒng)的試錯法一樣，只不過所用的驗證手段不同，對不合理設(shè)計的修改還需要由設(shè)計者根據(jù)經(jīng)驗提出，設(shè)計過程的自動化程度還很低。為了提高精密鍛造工藝和模具設(shè)計的效率和可靠性，近年來國內(nèi)外學者對精密鍛造過程工藝與模具的優(yōu)化設(shè)計進行了大量研究，并取得了較大進展。精密鍛造過程工藝與模具的優(yōu)化設(shè)計，一般以工藝參數(shù)或模具的形狀為設(shè)計變量，以工件的形狀或物理性能為目標函數(shù)，以有限元法方法為目標函數(shù)的計算器 。采用高效的優(yōu)化算法，實現(xiàn)工藝參數(shù)與模具形狀的自動優(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。