鍛造技術(shù)與應(yīng)用進(jìn)展探討

黃俏梅?李安安?張洞川

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的持續(xù)創(chuàng)新和應(yīng)用，鍛造技術(shù)得到了快速的提升。作為傳統(tǒng)行業(yè)，鍛造技術(shù)的創(chuàng)新也面臨著嚴(yán)峻的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。本文重點(diǎn)分析了當(dāng)前國內(nèi)鍛造技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)展，總結(jié)了鍛造技術(shù)的發(fā)展趨勢，闡述了需不斷提高裝備水平、技術(shù)工藝水平，才能推動鍛造技術(shù)的長足進(jìn)步，以適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的需要。

關(guān)鍵詞：鍛造技術(shù);應(yīng)用進(jìn)展;發(fā)展趨勢;探討

前言

鍛造在中國有著悠久的歷史，早期采用手工作坊的生產(chǎn)方式，至20世紀(jì)初，在鐵路、兵工、造船等行業(yè)中逐步出現(xiàn)了機(jī)械工業(yè)化的方式。隨著科技進(jìn)步，對產(chǎn)品尺寸精度、使用性能要求的不斷提高，具有高品質(zhì)、低成本、高效率、低能耗等優(yōu)點(diǎn)的精密模鍛、粉末模鍛等先進(jìn)鍛造工藝得到越來越廣泛的應(yīng)用，鍛造技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展為國內(nèi)制造業(yè)的進(jìn)步提供了強(qiáng)而有力的技術(shù)支持。

一、鍛造技術(shù)的應(yīng)用分類

按照作業(yè)工具不同，一般將鍛造技術(shù)分成自由鍛造，模塊鍛造（模鍛）和特種鍛造。

第一，自由鍛造。借助于簡單機(jī)械設(shè)備、通用性工具等設(shè)備工裝，適用于小批量生產(chǎn)。其不足之處在于，無法滿足產(chǎn)品精密性要求。特點(diǎn)為：效率高，工序成本低，材料利用率較低。

第二，功能模塊鍛造（模鍛）。指金屬坯料在具有一定形狀的鍛模膛內(nèi)受壓變形而獲得鍛件的方法。該類辦法的成本略有提升，適用于中等、大批量的復(fù)雜鍛件生產(chǎn)。

第三，特種鍛造?；趯I(yè)設(shè)備的鍛造加工，涵蓋輥鍛、楔橫軋、徑向鍛造、液態(tài)模鍛等鍛造方式，適用于特殊形狀零件的批量生產(chǎn)。比如，楔橫軋可生產(chǎn)轉(zhuǎn)軸、傳動軸類鍛件等零件;徑向鍛造可生產(chǎn)大型的細(xì)長筒、臺階軸等鍛件。

二、我國鍛造技術(shù)應(yīng)用進(jìn)展情況

1.精密模鍛技術(shù)

基于通用模鍛技術(shù)，主要是為了提高模鍛精度，提升材料利用率和環(huán)境保護(hù)。目前具有良好應(yīng)用前景的鍛造技術(shù)主要有無飛邊熱模鍛技術(shù)、無飛邊溫模鍛技術(shù)和冷熱復(fù)合成形鍛造技術(shù)三類，由于應(yīng)用條件不同，成本和性能各有不同，同樣鍛件采用不同鍛造技術(shù)，也有一些區(qū)別。精密模鍛技術(shù)的提升和進(jìn)步，可進(jìn)一步改善鍛件內(nèi)部流線，強(qiáng)化產(chǎn)品組織性能，對提高鍛件強(qiáng)度具有重要作用。

2.大型鍛件構(gòu)筑技術(shù)[7]

大鍛件是核電石化、航空航天、國防軍工等領(lǐng)域國家戰(zhàn)略性裝備的核心部件，常在高溫、重載、腐蝕等極端環(huán)境下服役，對材料有極高要求。大鍛件通常采用“以大制大”的方法制造，即先鑄造大鑄錠再鍛造成大鍛件。由于液態(tài)金屬凝固存在尺寸效應(yīng)，規(guī)格越大的鑄錠內(nèi)部成分偏析、組織疏松等缺陷越嚴(yán)重，導(dǎo)致鍛件的均質(zhì)性越差，嚴(yán)重影響材料使役性能。

中科院借鑒建筑領(lǐng)域的“砌墻”原理，將傳統(tǒng)的鍛造與新興的增材制造技術(shù)巧妙結(jié)合，提出了國際領(lǐng)先的解決大尺寸材料偏析問題的構(gòu)筑成形新思路：采用多塊易于制備的小尺寸均質(zhì)化的板坯作為基元，通過堆垛組坯、真空封焊、高溫鍛造、多向變形等手段，獲得大尺寸均質(zhì)化鍛件。該項(xiàng)技術(shù)已于2019年在山東伊萊特公司的四代核電φ15.6m支承環(huán)上得到了實(shí)際應(yīng)用。該技術(shù)兼具顛覆性、可操作性和經(jīng)濟(jì)性的特點(diǎn)，有效解決了大鍛件制備過程中“尺寸效應(yīng)”問題，顯著提升冶金品質(zhì)的同時(shí)，噸鋼制造成本降低30%以上。另外，還可實(shí)現(xiàn)壓力容器等大鍛件的一體化成形，減少容器焊縫數(shù)量約50%，顯著提升結(jié)構(gòu)的安全性、可靠性和裝備建造進(jìn)度，將是高端大型鍛件發(fā)展的主要方向。

3.多元材料鍛造技術(shù)

隨著各種工藝技術(shù)的層出不窮，鍛件可采用的原材料范圍正在逐步擴(kuò)大?，F(xiàn)階段，常用的鍛造材料主要有金屬材料、鈦合金、鋁合金等有色金屬材料等，金屬粉末和雙金屬等材料，對鍛造而言屬于“新金屬材料”，先進(jìn)的鍛造技術(shù)有粉末冶金鍛造、鑄造高錳鋼鍛造、雙金屬或多金屬材料鍛造等，對改善產(chǎn)品組織性能、提高鍛件強(qiáng)韌性、推動鍛造技術(shù)提升等方面具有重要的促進(jìn)作用?？慑懺煸牧系耐诰蚝烷_發(fā)，與精密鍛造、鍛件品質(zhì)的提升等具備同等重要的地位，將是未來鍛造技術(shù)發(fā)展過程中，被主要研討的難題之一。

三、鍛造技術(shù)的發(fā)展趨勢

1.精細(xì)化、復(fù)雜化

鍛件產(chǎn)品正向著精細(xì)化、復(fù)雜化的方向發(fā)展。鍛造業(yè)應(yīng)充分提升對生產(chǎn)工藝核心技術(shù).成本以及加工周期的有效控制。與此同時(shí)借助于計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)的滲入，提升鍛造設(shè)備的機(jī)械自動化，控制化能力，為后期市場競爭奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。工程項(xiàng)目實(shí)踐表明，傳統(tǒng)式鍛造技術(shù)已無法迎合當(dāng)今鍛件行業(yè)的需求。充分升級換代鍛造設(shè)備，提升其核心價(jià)值，借助于自動化控制開展精細(xì)化、復(fù)雜化鍛造已成為發(fā)展趨向。

2.多元化

鍛造技術(shù)正向著多元化方向發(fā)展。近年來，研究者對鍛造中的坯料成形，組織變動的觀測模擬分析漸漸深入，通過變形觀測可計(jì)算坯料中微觀組織的變化，監(jiān)測產(chǎn)品性能。當(dāng)今塑性變形產(chǎn)品開發(fā)較快，傳統(tǒng)式產(chǎn)品開發(fā)模式已無法滿足要求的前提下，借助于仿真分析模型進(jìn)行新產(chǎn)品的開發(fā)，是當(dāng)今成型生產(chǎn)工藝發(fā)展的必然選擇。比如模擬預(yù)估鍛造坯料的溫度場、形變過程等。

3.節(jié)能高效化

隨著國家十四五戰(zhàn)略規(guī)劃和“碳中和”、“碳達(dá)峰”目標(biāo)的提出，鍛造作為高能耗行業(yè)備受關(guān)注。鍛造行業(yè)所涉及的原材料、設(shè)備、能源和工裝模具等各工序因素中，原材料設(shè)計(jì)的降本、加熱方式的節(jié)能減排、仿真模擬技術(shù)的精準(zhǔn)分析、鍛造技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展等高效節(jié)能手段，將成為鍛造技術(shù)節(jié)能降耗的發(fā)展方向。

4.低碳環(huán)保化

國家交通設(shè)施行業(yè)、制造行業(yè)的發(fā)展，推動了鍛壓生產(chǎn)工藝的快速發(fā)展，鍛造成型加工愈加注重環(huán)?；囊蟆．?dāng)下制造業(yè)中的廢物仍存在種類多，污染大的難題，結(jié)合環(huán)境影響、自然資源制約等實(shí)際情況，需開展綠色無污染的鍛造加工，盡量降低如噪聲污染，廢物污染等的環(huán)境污染，促成產(chǎn)品生命周期中對于壞境的消極影響最低化，提升資源利用率至最大化。低碳鍛造是將來發(fā)展的必然選擇。

結(jié)束語

綜上所述，本文重點(diǎn)分析了當(dāng)前國內(nèi)鍛造技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)展，總結(jié)了鍛造技術(shù)的發(fā)展趨勢，闡述了需不斷提高裝備水平、技術(shù)工藝水平、仿真模擬技術(shù)，才能推動鍛造技術(shù)的長足進(jìn)步，以適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的需要。

參考文獻(xiàn)

[1] 王中磊、趙國群.精密鍛造技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J]. 精密成型工程， 2009.31（01）：156-157.

[2]張立軍，常輝，薛祥義.溫鍛造技術(shù)與在航空工業(yè)中的應(yīng)用[J]. 熱加工技術(shù)， 2010.44（21）：146-148

[3]龔曉濤，周杰，徐武嬌等.鋁合金等鍛造技術(shù)進(jìn)展[J]鍛造裝備與制造技術(shù)， 2009， 74（2）：84-87.

[4]張正榮、肖宏生、殷平.復(fù)合成型的核心技術(shù)及其發(fā)展趨勢[J].鍛造裝備與制造技術(shù)，2004，39（5）：119-121.

[5]蔣鵬.熱鍛、冷鍛復(fù)合塑料成型技術(shù)[J].金屬成形技術(shù)，2010，18（1）：327-329.

[6]趙俊華，莫江濤，程國發(fā).車輪精密鍛造技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展[J]. 金屬加工（熱加工）， 2008， 17（1）： 215-218.

[7]李殿中，孫明月，徐斌，劉宏偉，李依依. 金屬構(gòu)筑成形方法[P]. 遼寧省：CN105618506B，2019-05-07.