探究新型鍛壓技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

王 達(dá)

（浙江易鍛精密機(jī)械有限公司，浙江 寧波 315700）

0 引言

就目前情況而言，跨界競(jìng)爭(zhēng)已經(jīng)愈演愈烈，并逐漸影響到各行各業(yè)。因此，傳統(tǒng)的鍛壓技術(shù)很難再滿足新時(shí)代市場(chǎng)對(duì)零部件高精度、低成本等要求?；诖?，鍛壓技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展是至今都值得我們思考的重要課題。

1 我國(guó)鍛壓技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

雖然近年來(lái)，我國(guó)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)突飛猛進(jìn)，但鍛壓技術(shù)依然落后于歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家。尤其是在汽車行業(yè)，大部分企業(yè)仍然是采用“以一配五”的形式進(jìn)行制造生產(chǎn)活動(dòng)的[1]。其實(shí)，就目前科技發(fā)展現(xiàn)狀來(lái)看，這是一種較為落后的生產(chǎn)方式，已經(jīng)跟不上新時(shí)代的發(fā)展速度了。這是由于“以一配五”形式極易在生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)一些失誤，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?duì)操作者的人生安全產(chǎn)生威脅。同時(shí)，“以一配五”形式需要耗費(fèi)大量的人力、物力以及財(cái)力，并需要較為廣闊的場(chǎng)地資源才能完成相關(guān)生產(chǎn)工作，進(jìn)一步加大了企業(yè)的成產(chǎn)成本投入。因此，鍛壓技術(shù)的優(yōu)化更新是廣大制造企業(yè)亟需解決的問(wèn)題，也是時(shí)代進(jìn)步的必然要求。

2 鍛壓技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

2.1 溫鍛

所謂的“溫鍛”是處于熱鍛與冷鍛之間的新型技術(shù)。通常情況下，人們會(huì)將鍛造坯料加工時(shí)的溫度將其區(qū)分為冷鍛和熱鍛。具體來(lái)說(shuō)，冷鍛是在一般的室溫下進(jìn)行加工，熱鍛則是在高于胚料金屬的再結(jié)晶溫度上進(jìn)行加工，而溫鍛則是在加熱狀態(tài)下，但其溫度又不超過(guò)再結(jié)晶溫度的情況下進(jìn)行加工。通常情況下，預(yù)鍛溫度≤950℃，終鍛溫度≤750℃[2]。通過(guò)實(shí)踐研究，溫鍛的成形阻力明顯低于冷鍛技術(shù)，氧化脫碳現(xiàn)象優(yōu)于熱鍛技術(shù)。并且，溫鍛技術(shù)鍛造尺寸變化較小，可制作較為精密的零部件。因此，溫鍛技術(shù)得到了廣大制造企業(yè)的追捧，并將其廣泛應(yīng)用于自身實(shí)際生產(chǎn)之中。就目前情況而言，溫鍛技術(shù)成形的具體工藝流程如下：下料→預(yù)鍛→終鍛→檢驗(yàn)[3]。當(dāng)然，溫鍛工藝的質(zhì)量還受鍛造材料、鍛件大小等因素的影響。例如，對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度較高的零部件可能需要有機(jī)結(jié)合冷鍛、熱鍛以及溫鍛三種技術(shù)，才能生產(chǎn)出更加優(yōu)質(zhì)的鍛件，見(jiàn)圖1。

圖1 溫鍛原理Fig.1 Warm forging principle

2.2 半固態(tài)模鍛

半固態(tài)模鍛是鍛壓與壓鑄原理的有機(jī)結(jié)合。上個(gè)世紀(jì)80年代，美國(guó)麻省理工學(xué)院最先提出金屬零件的半固態(tài)成形概念。所謂的“半固態(tài)模鍛”就是將固態(tài)和液態(tài)的金屬混合成漿料，并模鍛成形。具體來(lái)說(shuō)，就是將胚料加熱至固體與液體各占一半的半固態(tài)材料，隨后將其放置在略高預(yù)熱溫度的模膛內(nèi)進(jìn)行加工，從而形成最終鍛件。可以說(shuō)，半固態(tài)模鍛是出于壓力鑄造與普通模鍛之間的近凈成形技術(shù)，具體成形工藝流程如下：金屬液→攪拌、凝固→半固態(tài)坯料→輸送→成形→檢測(cè)[4]。其實(shí)，半固態(tài)模鍛具有很多優(yōu)勢(shì)：第一，半固態(tài)金屬坯料是在足夠的壓力下成形的，因此具有組織密實(shí)、顆粒較小等優(yōu)勢(shì)，可獲得較高層次的力學(xué)性能；第二，半固態(tài)模鍛技術(shù)可以輕松實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，且生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品合格率較高；第三，由于合金材料在半固態(tài)狀態(tài)下的粘度比熔融狀態(tài)下的金屬溫度高，可在一定壓力下形成層流，從而密實(shí)緊致的形態(tài)均勻填滿模膛。尤其是在模鍛終期高強(qiáng)度的壓力作用下，可更好地填充薄壁部分，制造出結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的零部件；第四，半固態(tài)模鍛生產(chǎn)出來(lái)的零部件非常接近成品尺寸，可有效減少加工余量，提升材料使用效率；第五，半固態(tài)模鍛成形壓力小于普通模鍛，可使用小型噸位壓力機(jī)，有效節(jié)省生產(chǎn)空間，進(jìn)而延長(zhǎng)模具使用壽命[5]。

2.3 旋鍛

旋鍛又被稱為“旋轉(zhuǎn)鍛造”和“徑向鍛造”，適用于兩個(gè)及兩個(gè)以上的模具。該項(xiàng)技術(shù)可使環(huán)繞坯料圍繞外徑旋轉(zhuǎn)時(shí)，也向軸心施加高頻率的脈沖徑向力，進(jìn)而使坯料按照模型成形或者拉伸，見(jiàn)圖2。由圖可見(jiàn)，旋鍛是一種精密的金屬成形加工工藝，具有以下特點(diǎn)：①采用旋鍛技術(shù)加工出來(lái)的零部件具有連續(xù)的纖維流線，其強(qiáng)度優(yōu)于切削加工件；②采用旋鍛技術(shù)加工的零部件表面粗糙度質(zhì)量會(huì)隨坯料橫截面壓縮量的增加而增加，可進(jìn)一步提升鍛件的精度[6]；③采用旋鍛技術(shù)加工出來(lái)的零部件表面會(huì)產(chǎn)生一定的壓縮應(yīng)力，進(jìn)而有利于提高鍛件的抗彎強(qiáng)度，減小制造企業(yè)成本支出；④采用旋鍛技術(shù)可在加工過(guò)程中獲得一些不同的工藝效果，提升零部件的生產(chǎn)精度和質(zhì)量。

圖2 旋鍛機(jī)工作原理Fig.2 Working principle of rotary forging machine

2.4 液壓成形

液壓成形是模鍛和吹塑原理的有機(jī)結(jié)合，主要是利用液體作為傳力介質(zhì)使坯料成形的塑性加工技術(shù)。其實(shí)，液壓成形技術(shù)與吹塑成形技術(shù)原理非常相似，但不同的是液壓成形技術(shù)無(wú)需利用氣體，而是利用液體提升介質(zhì)傳遞壓力。在零部件成形過(guò)程中，僅需采用液體介質(zhì)作為凸?；虬寄?，就可省掉一半的模具成本，并可加工出很多剛性凸模無(wú)法形成的復(fù)雜零件[7]。另外，采用液體作為傳力介質(zhì)具有實(shí)時(shí)可控性，能進(jìn)一步根據(jù)程序給定的精度調(diào)控壓力值[8]。因此，液壓成形技術(shù)一般應(yīng)用于復(fù)雜的管材、殼體等零件的加工與制造。

2.5 爆炸成形

爆炸成形是液壓成形與吹塑成形原理的有機(jī)結(jié)合，主要是通過(guò)化學(xué)物質(zhì)瞬間爆炸產(chǎn)生的高壓沖擊波作用于坯料，以此使坯料產(chǎn)生塑性變形而適用于模具，形成完整部件[9]。其原理詳見(jiàn)圖3。但是化學(xué)物質(zhì)產(chǎn)生的高壓沖擊波只是一瞬間，短暫到微秒級(jí)。其實(shí)，爆炸成形原理與常規(guī)鍛壓工藝有著非常大的差異，但與吹塑成形卻有著相似之處，都是運(yùn)用壓力將材料貼附在模具中，但其壓力來(lái)源不同[10]。吹塑成形技術(shù)的壓力來(lái)源是吹入氣體的壓力，爆炸成形技術(shù)的壓力來(lái)源是化學(xué)物質(zhì)爆炸產(chǎn)生的高壓沖擊波[11]。但相比情況下，爆炸成形技術(shù)有著更為廣泛的應(yīng)有市場(chǎng)和發(fā)展前景，這是由于該項(xiàng)技術(shù)可生產(chǎn)大型的復(fù)雜零件。

圖3 爆炸成形原理Fig.3 Principle of explosive forming

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，隨著時(shí)代的進(jìn)步，制造行業(yè)的發(fā)展，鍛壓技術(shù)需要不斷突破、優(yōu)化和創(chuàng)新，才能從容面對(duì)動(dòng)態(tài)的市場(chǎng)變化。這就需要鍛壓技術(shù)人員與時(shí)俱進(jìn)，及時(shí)更新創(chuàng)新理念，優(yōu)化鍛壓方法，采用溫鍛、旋鍛、爆炸成形等新型鍛壓技術(shù)生產(chǎn)金屬零件，并突破傳統(tǒng)的跨界思維方式，樹(shù)立勇于開(kāi)拓、敢于創(chuàng)新的意識(shí)引領(lǐng)我國(guó)鍛壓技術(shù)朝著更加智能化、科學(xué)化的方向大步邁進(jìn)。