現(xiàn)代技術角度下的鍛造工藝技術研究

摘 要：鍛造是一種在現(xiàn)代工業(yè)中發(fā)揮著重要作用的加工方法，它是利用沖擊力或壓力使金屬在抵鐵間或鍛模中變形，從而獲得所需形狀和尺寸的鍛件的一種工藝方法。文章簡要介紹精密鍛造技術和多工位高速鍛造技術。

關鍵詞：精密鍛造；多工位高速鍛造；工藝

鍛造是金屬零件的重要成型方法之一，它能保證金屬零件具有良好的力學性能，以滿足使用要求。在現(xiàn)代技術發(fā)展迅速的環(huán)境下，鍛造工藝技術也有了較好的發(fā)展，例如精密鍛造技術、多工位高速鍛造技術以及冷溫鍛造技術等。以下分別介紹。

1 精密鍛造技術

隨著科學技術的日新月異，在工業(yè)生產(chǎn)上涌現(xiàn)了越來越多的新的、極其精密的鍛造技術工藝。目前來說主要有等溫、復合、熱、冷、溫等幾種精密鍛造工藝，這幾種工藝主要是根據(jù)鍛造時成型的溫度來劃分的。

1.1 熱溫度下的精密鍛造

熱溫度下的精密鍛造其實指的是一種特殊的精密鍛造工藝，而這種鍛造的溫度通常是在再結晶溫度的上面的。熱溫度下精密鍛造的材料有一個明顯的優(yōu)勢那就是可以鍛造成比較復雜的工件，這種工件具有塑性高、變形的抵抗力較低的優(yōu)勢。但是目前來看，熱溫度下精密鍛造的工件也存在著一些問題，某些工件的尺寸的精度比較低，不符合國家規(guī)定的標準，還有就是某些工件的表面質(zhì)量也不是太高，相關研究表明，這主要是由于熱溫度下的精密鍛造存在著強烈的氧化作用。瑞士哈特貝爾（HATEBUR）公司是世界著名的金屬熱精鍛設備的制造廠商，其熱精鍛設備AMP20S、AMP30、AMP50、AMP50XL、AMP70、AMP70XL等在世界各個重工業(yè)公司得到了很廣泛的應用。其中大型熱精鍛設備AMP50和AMP70最為先進，它的先進性在以下幾個方面得到了很充分的體現(xiàn)：首先是切割材料的這一過程可以在一次性的加熱中得到實現(xiàn)，這樣的話可以為切料這一過程節(jié)省大量的花費；其次就是熱精鍛的模具外觀看起來很精巧，而且花費的成本與使用的材料都比較少；最后在熱溫度下精密鍛造的材料的變形流動性相對于低溫下要好，也就是說可以利用這種熱精鍛工藝去生產(chǎn)很多強度、硬度要求比較高的零件。當今時代，國內(nèi)和國外的市場是非常激烈的，如果一個企業(yè)要想使自己的產(chǎn)品有一定的聲譽，那么對于一個產(chǎn)品來說，采取新的技術是非常必要的，而熱精鍛這種鍛造技術無可厚非的可以擔當起企業(yè)躋身前列的重要任務。

1.2 冷精鍛

由于冷鍛件種類繁多，形狀復雜，加之成形壓力極高，因而具有相當高的成形難度。冷精鍛技術具有的特點是：材料利用率高；生產(chǎn)效率高；可加工形狀復雜的零件；產(chǎn)品尺寸一致性好，精度高；零件強度高，壽命長。冷精鍛適合大批量的，用切削工藝難加工或不能加工的金屬結構件，特別適合于汽車、摩托車上的傳動零件的精密塑性成形。目前我國已工程化大批量生產(chǎn)的冷鍛產(chǎn)品主要為車輛上的傳動件。目前此種技術有兩個趨勢：1）高經(jīng)濟高精度；2）應用范圍擴大。

1.3 適宜溫度下的精密鍛造

這種鍛造技術的概念很容易理解，也就是鍛造的溫度是一個比較合適的溫度。即使它在某些方面做到了突破，也克服了一些問題，但是實際上這種鍛造技術對于設備和模具都有較高的要求，會加大花費。

1.4 復合精鍛

復合精鍛是將冷精鍛、熱精鍛、溫精鍛進行組合共同完成一個工件的鍛造技術。這種技術生產(chǎn)的產(chǎn)品相對于上述三個工藝在尺寸的精度、機械性能的強度、硬度、表面的粗糙幾個方面的要求都有所提高。

1.5 等溫精鍛

等溫成形通常用于鋁合金、鎂合金和欽合金等鍛件的成形。這主要是因為這些合金自身的特性決定的，他們的特性及使用的要求決定了采用等溫精鍛的工藝是比較經(jīng)濟和高效的。

2 多工位高速鍛造技術

多工位高速鍛造是一種節(jié)能減耗的先進成形技術，與傳統(tǒng)的單工位多工序鍛造有較大區(qū)別，不合適的預鍛工位模具設計在生產(chǎn)中會造成載荷過大、鍛件充填質(zhì)量差、折疊等問題。這項新技術在國外發(fā)達國家已得到廣泛應用。隨著我國汽車等裝備制造業(yè)的快速發(fā)展，鍛件在汽車、工程機械中的使用量越來越大，鍛件生產(chǎn)向著復雜、精密、大批量、多品種和交貨期短的方向發(fā)展。與傳統(tǒng)的單工位多工序鍛造不同，多工位高速鍛造工藝因高速成形、高速傳遞以及材料加工硬化的滯后效應減少了熱處理工序，減少了設備，節(jié)省了能源、場地與人員，是一種節(jié)能減耗的先進成形技術。

2.1 多工位高速鍛造的特點

多工位高速鍛造工藝，通過高速剪切下料來保證毛坯的表面質(zhì)量和精度，各工位間以機械手夾鉗自動送料，可調(diào)機械手可以把任意形狀的工件很好地夾持并在恰當?shù)臅r間傳送到下一工位，在同一臺機床上完成多個工位間高速傳遞和鍛造成形，獲得了各類精密鍛件。其主要特點有：料損只有原材料的料頭和沖孔料芯，其中料頭約為毛坯質(zhì)量的2.5%～5.5%，沖孔料芯約為毛坯質(zhì)量的3%～10%，材料利用率高；鍛件加工余量、公差及模鍛斜度都比較小，鍛件精度高；班產(chǎn)小時平均生產(chǎn)率為1800～3000件/h，約為普通壓力機的5倍，自動化程度和生產(chǎn)率高；一般熱鍛的凹模壽命為5萬～10萬件，凸模為3萬～5萬件，模具壽命高。

2.2 多工位高速鍛造技術中存在的問題

眾多研究人員對鍛造工藝優(yōu)化技術進行了探索和研究，取得了大量的研究成果，并先后開發(fā)了適用于不同零件的鍛造工藝設計系統(tǒng)。研究結果一致表明，將優(yōu)化方法與有限元模擬結合，可以提高鍛件質(zhì)量，提高設計效率，降低生產(chǎn)成本；對多工位高速鍛造工藝優(yōu)化問題的研究很少。目前多工位高速鍛造工藝優(yōu)化技術研究主要存在以下問題：①與單工位鍛造工藝不同，多工位高速鍛造工藝除了降低載荷、充填飽滿和無成形缺陷等要求外，還必須考慮各成形工位的載荷平衡和壓力機在各工位上的承載能力。多工位高速鍛造工藝優(yōu)化是典型的多設計變量、多目標、多約束的復雜問題，如何根據(jù)此特點建立準確的優(yōu)化模型是進行多工位高速鍛造工藝優(yōu)化設計的前提；②多工位高速鍛造工藝通常需要大量的時間。對多工位高速鍛造工藝而言，一次全過程模擬花費的時間很多，優(yōu)化過程中常需要多次調(diào)用有限元程序進行計算，工藝優(yōu)化效率問題表現(xiàn)更為突出；③目前尚未有成熟的針對鍛造工藝優(yōu)化的CAD/CAE集成系統(tǒng)推向市場，在優(yōu)化鍛造工藝的過程中，多數(shù)情況下CAD和CAE軟件只是離散使用，CAD與CAE軟件之間的數(shù)據(jù)交換，CAE分析結果的提取和反饋，以及優(yōu)化算法中數(shù)據(jù)的獲取與映射等工作仍需設計人員手動完成。

多工位高速鍛造工藝除了降低載荷、充填飽滿和無成形缺陷等要求外，還需充分考慮各成形工位的載荷平衡，壓力機在各工位上的承載能力，兩個及以上成形工位相關性，以及每次全過程模擬計算時間過長等問題，其工藝優(yōu)化屬于多設計變量、多目標、多約束的復雜優(yōu)化問題。如何根據(jù)這些特點，建立準確的優(yōu)化模型，研究高效的優(yōu)化方法，探尋合理的優(yōu)化流程，開發(fā)智能化自動化的工藝集成優(yōu)化系統(tǒng)，是多工位高速鍛造工藝優(yōu)化技術的主要研究方向。

3 結束語

當今世界是科學技術飛速發(fā)展的時代，面對日新月異的汽車裝備上的新產(chǎn)品，各個企業(yè)對于汽車鍛件所要求的標準也在逐漸提高，對于必然會對鍛造技術有更高的要求，鍛造技術也會得到更多的應用。只有把各種鍛造技術的優(yōu)點集合起來，不斷改進鍛造技術，才能滿足高質(zhì)量、高效率和低成本的追求目標。

參考文獻

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