未來鍛件制造，路在何方？

鍛造是制造業(yè)里一個重要的生產(chǎn)過程，為汽車、航空航天和許多行業(yè)提供了產(chǎn)品支持。近幾年來，鍛造技術(shù)和鍛造行業(yè)一直在高速發(fā)展中。目前，隨著客戶和法律法規(guī)要求越來越高，這種發(fā)展就更加高速了。鍛造企業(yè)必須關(guān)注許多方面，如：成本、全球化、可持續(xù)性、輕量化設(shè)計、材料以及鍛造仿真等。鍛造企業(yè)要想成為優(yōu)秀的供應(yīng)商，需要迎接這些方面的挑戰(zhàn)。

鍛造是最古老的生產(chǎn)技術(shù)。在材料被鑄造、軋制、機加工或3D 打印之前，黃金、隕石鐵等原生金屬就被錘打成需要的形狀。同時鍛造被證明是一種戰(zhàn)略性制造技術(shù)，通過協(xié)調(diào)材料高強度和高延展性的關(guān)系，創(chuàng)造卓越的材料性能，實現(xiàn)很高的疲勞強度和韌性。盡管歷史悠久，但隨著不斷出現(xiàn)的新技術(shù)和要求，鍛造一直經(jīng)歷著高動態(tài)的變化。以下將討論最有趣的幾個方面。

成本

鍛件的成本優(yōu)化一直是其發(fā)展的重要驅(qū)動力，特別是對于汽車行業(yè)的供應(yīng)商而言。優(yōu)化鍛造成本的因素有以下幾個方面：

綜上所述，隨著國際工程承包市場模式的轉(zhuǎn)變，海外中資建筑企業(yè)只有不斷創(chuàng)新商業(yè)模式，推動企業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展，才能長久立足于海外市場，不斷發(fā)展壯大。

青海特色優(yōu)勢企業(yè)面臨著科研經(jīng)費不足，技術(shù)人員匱乏的窘境。企業(yè)缺乏具有 “工匠精神”的生產(chǎn)員工和具有“創(chuàng)新精神”的技術(shù)員工，且涉外人才稀缺，這使得大多數(shù)企業(yè)在面臨不合理的國際貿(mào)易規(guī)則時，不能拿出有效的應(yīng)對策略，保護企業(yè)的合法權(quán)益。

鍛造過程的數(shù)值模擬：出于成本、時間和可靠性的原因，沒有仿真幫助的鍛件開發(fā)已經(jīng)變得不可想象。現(xiàn)在，新的仿真軟件系統(tǒng)不斷降低技術(shù)和成本門檻，可以讓中小企業(yè)也能夠使用了。同時，直觀、強大和快速的仿真系統(tǒng)也讓大企業(yè)的產(chǎn)品開發(fā)更有優(yōu)勢。鍛造仿真在學(xué)術(shù)研究里已經(jīng)發(fā)展了大約30 年。在鍛造行業(yè)里領(lǐng)先的公司中也有20 年了。如今，大多數(shù)鍛造企業(yè)每天都在應(yīng)用有限元工藝仿真。鍛造仿真領(lǐng)域目前有許多發(fā)展，其中一些是：

在這里，我們看到了自動化的明顯趨勢。雖然自動化設(shè)備和相關(guān)工藝開發(fā)會使成本增加很多，但是相對于由此帶來的勞動力成本的降低，自動化生產(chǎn)還是很快被證明是經(jīng)濟的。即使在中國這樣以前人工成本低的國家，也有明顯的自動化趨勢。有趣的是，我們?nèi)匀辉谌鹗亢偷聡热斯こ杀靖叩膰铱吹接惺止ゅ懺?。所以，自動化程度也取決于產(chǎn)品種類和其他許多外部因素。

將樣品破碎至-1 mm后，對樣品進行了重選分級，以考察銣和鈮鉭在不同比重級別中的分布。重選樣是我們重點考察的樣品，重砂和尾礦樣是逐步淘洗所得：首先淘洗得到重砂1，對重砂1尾礦再進行淘洗得到重砂2，依次，直至得到重砂5和尾礦。重選樣品化學(xué)分析結(jié)果見表5。

⑴在云中進行模擬計算，而不需要在現(xiàn)場投資硬件。

我們將來留給孩子怎樣一個世界？包括產(chǎn)品生產(chǎn)在內(nèi)的當(dāng)前人類生活方式能否可持續(xù)？可持續(xù)發(fā)展已成為一個大趨勢。目前，二氧化碳排放是可持續(xù)發(fā)展背景下的焦點。相較于立即采取減排行動產(chǎn)生的成本，不作為而導(dǎo)致未來環(huán)境巨變造成的成本會更大。歐盟綠色新政、二氧化碳排放交易和公眾輿論等，強烈地影響著鍛造企業(yè)戰(zhàn)略性發(fā)展。德國鍛造企業(yè)已經(jīng)聯(lián)起手來，一起應(yīng)對這些要求。在德國鍛造協(xié)會組織下，prosimalys 咨詢公司作為協(xié)調(diào)方、多個鍛造企業(yè)聯(lián)合進行的項目NOCARB forging 2050 中，已經(jīng)開發(fā)了一個產(chǎn)品碳足跡計算方法。這使該行業(yè)能夠在技術(shù)性二氧化碳減排理念下，量化二氧化碳減排效率(每歐元節(jié)省的二氧化碳排放量)。

①鍛造工藝的材料利用率(熱鍛件飛邊，精密鍛造的程度)。通過預(yù)成形工藝可以提高材料利用率，在熱鍛中實現(xiàn)更小的飛邊。通過從熱鍛轉(zhuǎn)向更精密的鍛造方法，如熱鍛結(jié)合冷精整、溫鍛或冷鍛，也可以提高材料利用率。這種方法在很大程度上取決于精確的鍛件幾何形狀和鍛造材料。有限元仿真對優(yōu)化材料利用率有很大的幫助。

②工藝質(zhì)量由不良率衡量。許多因素影響著不良率。鍛造工藝的成熟設(shè)計，輔以有限元仿真，可以降低不良率。明確定義的作業(yè)規(guī)范，技術(shù)和生產(chǎn)人員的溝通、理解、認可和執(zhí)行，決定了不良率。另外，鍛造設(shè)備的高質(zhì)量運行才能保證工藝的穩(wěn)定，從而降低不良率。

過去幾十年，全球化都主要集中在將生產(chǎn)從高成本國家轉(zhuǎn)移出去。美國需求的鍛件在印度、中國、韓國和墨西哥等地生產(chǎn)。在歐洲，是從東歐國家采購，也從亞洲采購。日本鍛造產(chǎn)業(yè)也轉(zhuǎn)移去了中國、泰國和越南。現(xiàn)在，這一趨勢似乎有所逆轉(zhuǎn)。由于新冠疫情期間的物流情況，我們看到了一種本地化趨勢：過去被認為是低成本的國家被證明并不總是可以提供最佳的整體成本，因為存在海外供應(yīng)商交付延期導(dǎo)致的本地生產(chǎn)線停機的時間成本。這也印證了過去的一個見解：只考慮采購成本的所謂最佳成本國家，對于客戶來講，可能并不是真正成本最佳的國家。語言和文化溝通的困難，不時需要的前往海外工廠去處理質(zhì)量問題的出差，加上疫情感染風(fēng)險，企業(yè)現(xiàn)在開始考慮扭轉(zhuǎn)過去的海外生產(chǎn)的做法。這樣一來，以前被認為是“低成本”的國家也必須評估和提高它們可以提供的產(chǎn)品的質(zhì)量和附加值，以抵消這種本地化的轉(zhuǎn)變，從而獲得客戶長期忠誠度。

全球化

③其他成本，其中一些可以與供應(yīng)商談判(材料，輔助材料比如潤滑劑)，其他一些成本則由當(dāng)前的市場趨勢和環(huán)境條件(能源，勞動力)決定，也都會影響成本構(gòu)成。然而現(xiàn)實中，壓低供應(yīng)商的價格是采購經(jīng)理的通常做法。更聰明的策略是與供應(yīng)商合作，如何以更少的、更合適的材料達到產(chǎn)品性能要求，從而實現(xiàn)共贏的發(fā)展。這當(dāng)然需要雙方都有更高的技術(shù)能力來合作，但這比單純的討價還價的獲利好得多。

可持續(xù)發(fā)展

⑵材料利用率由以下這些因素決定。

城市應(yīng)該是生長中的城市，現(xiàn)代城市風(fēng)格趨同的環(huán)境下，人們對城市的個性、文化、歷史、文脈等的追求顯得尤其突出。全拆新建越來越被詬病。上海新天地、田子坊，成都的寬窄巷子等案例就是成功的設(shè)計案例。通過現(xiàn)代的設(shè)計手段，保護了舊建筑的風(fēng)格，吸引了大量游客，提升了城市的知名度，改善了城市的人文環(huán)境，體現(xiàn)了城市風(fēng)格的獨特性和多樣性。

鍛造仿真計算

⑴人工成本與機器成本的對比。

西王集團的目標也延續(xù)了同樣的表述，不過他們更加務(wù)實，從王勇和王棣的相關(guān)言論中，我們可以看出，籃球體育產(chǎn)業(yè)似乎只是其大健康戰(zhàn)略的一個“添頭”。

⑵自動生成預(yù)鍛件尺寸，提出和驗證鍛造工藝流程。

⑶將材料微觀組織結(jié)構(gòu)狀態(tài)包括到鍛造模擬中。與以前不同，流線不再是仿真的基礎(chǔ)，而是材料的流動應(yīng)力，它基于位錯密度、組織改性優(yōu)化、再結(jié)晶和晶粒尺寸(這也是動態(tài)計算的)。

輕量化設(shè)計和材料

鍛件的輕量化設(shè)計一直是重要的，特別當(dāng)產(chǎn)品作為運動件，運用在經(jīng)常加速和減速的工況里。在這些應(yīng)用中，更高的工件重量意味著更高的能耗。德國汽車行業(yè)協(xié)會牽頭的、多家主機廠和供應(yīng)商參與的項目“Lightweight Forging Intiative in Germany 鍛造輕量化行動”已經(jīng)提出了許多可行的樣本方案，介紹鍛造工藝和材料開發(fā)如何為鍛件輕量化作出貢獻。筆者是該項目的牽頭人?？蛻魧?yōu)秀鍛造供應(yīng)商的期望是，還在客戶產(chǎn)品前期開發(fā)階段，就能夠主動提供基于更優(yōu)化的幾何尺寸或材料性能的、輕量化的鍛件產(chǎn)品。

盡管鋼材的種類已經(jīng)不少，但用于鍛造的新鋼材還是不斷被開發(fā)出來，這些鋼材可以為減少二氧化碳排放、降低成本和輕量化設(shè)計等作出巨大貢獻。目前有一個很大的趨勢是省略熱處理工藝。這主要涉及使材料達到最終狀態(tài)的熱處理，如淬火和回火處理。比如，在熱鍛或溫鍛后轉(zhuǎn)化為貝氏體或馬氏體的風(fēng)冷鋼已經(jīng)有了，并越來越多地得到使用。此外，冷鍛之前的熱處理也可以更簡單，或者通過選擇合適的鋼材，亦或是與鋼廠合作開發(fā)特種鋼材，而可以完全省略。為了找到優(yōu)化方向，必須對煉鋼工藝、鍛造工藝、材料性能以及鍛件產(chǎn)品性能要求進行透徹的了解。

結(jié)束語

為了保持競爭力，提高實力和效益，持續(xù)的技術(shù)發(fā)展是必要的。有了合適的材料、設(shè)備、模擬仿真能力，如果再有對行業(yè)有深刻了解、可以帶來最新鍛造產(chǎn)品和工藝技術(shù)的外部技術(shù)咨詢伙伴的支持推動，這些挑戰(zhàn)是可以從容應(yīng)對的。