中國鍛造行業(yè)“十三五”發(fā)展綱要（連載五)

文/中國鍛壓協(xié)會

中國鍛造行業(yè)“十三五”發(fā)展綱要（連載五)

文/中國鍛壓協(xié)會

《中國鍛造行業(yè)“十三五”發(fā)展綱要（連載四）》見《鍛造與沖壓》2016年第19期

“十三五”期間的發(fā)展與需求分析

模鍛是鍛造重要的組成部分，模鍛按鍛造溫度分為熱鍛、溫鍛和冷鍛。模鍛行業(yè)追求的是熱、溫和冷精鍛。但獨立的熱、溫和冷精鍛成形技術都有其不可克服的弱點，為此開發(fā)使用的溫/熱精鍛、冷/熱精鍛、溫/冷精鍛技術或三種工藝復合鍛造技術成為了當前的主要目標。這些復合工藝不但具有節(jié)材和節(jié)能，以及提高零件產(chǎn)品力學性能和改善環(huán)境等優(yōu)點，還具有使金屬塑性成形性能更好、變形抗力小，可以實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，生產(chǎn)效率更高的優(yōu)勢。

精鍛技術是先進制造技術的重要組成部分之一，精鍛技術的進步必然促進金屬加工技術的快速發(fā)展。根據(jù)美國國家生產(chǎn)力委員會調查，在企業(yè)生產(chǎn)力的構成中，制造技術的作用占62%。為獲得所需零件，約70%以上金屬材料需經(jīng)過塑性成形（含熱、溫和冷）為主的加工方式加工。從這個意義上講，全面發(fā)展熱、溫與冷精鍛技術具有重要的戰(zhàn)略和現(xiàn)實意義。

在積極發(fā)展熱、溫和冷精鍛技術和復合精鍛技術的同時，當前和未來一段時間內必須重點發(fā)展溫/熱精鍛技術，建立以結構鋼和高強輕金屬為主的溫/熱精密鍛件材料的線膨脹系數(shù)、抗拉強度和屈服強度、反映熱力學性能的真實應力—應變關系曲線或本構關系等數(shù)據(jù)庫。以粘塑性有限元理論為基礎，研究溫/熱精鍛逆向設計方法，以現(xiàn)有體積成形模擬軟件為平臺，開發(fā)溫/熱精密模鍛優(yōu)化設計的模擬分析系統(tǒng)。完善黑色金屬溫/熱精鍛工藝，擴大多工位溫/熱精鍛和閉式無飛邊溫/熱精鍛工藝應用的范圍。進一步研究高強度輕金屬流動控制成形新技術，推廣其應用范圍。掌握和推廣應用溫/熱精鍛模CAD/CAM技術。開發(fā)多工位和雙動/三動溫/熱精鍛壓力機（包括機械壓力機和高精高效液壓機）。開發(fā)無污染的新型潤滑劑和自動化潤滑技術及裝置。開發(fā)并推廣應用溫/熱精鍛自動化生產(chǎn)技術，建立自動化生產(chǎn)線。建立溫/熱精鍛成形工藝技術規(guī)范與標準。

精鍛技術應用前景十分廣泛，要解放思想，拓展應用。要積極發(fā)展航空航天飛行器關鍵零件高強度難加工材料的溫/熱精密鍛造，以及轎車零件輕量化溫/熱精鍛成形和基于亞微米、微米尺寸級別的溫/熱微成形和高溫高壓條件下陶瓷金屬材料的精密鍛造等。在發(fā)展小型鍛件溫熱精鍛的基礎上，向大中型鍛件溫熱精鍛發(fā)展，由單個鍛件溫熱精鍛向一個部件中的主要零件都采用溫熱精鍛集成方向發(fā)展。注重開發(fā)軌道交通領域、坦克及裝甲車等高速重載承力件的精鍛生產(chǎn)，取代鑄鋼件以提高其力學性能。開發(fā)生產(chǎn)轎車懸掛系統(tǒng)的轉向節(jié)、左/右轉向臂、左/右拉桿、輪圈和連桿鋁合金鍛件，以高強度鋁合金取代結構鋼實現(xiàn)輕量化。發(fā)展大功率發(fā)動機和轎車無噪聲空調壓縮機等中高硅鋁合金零件，以熱精密鍛件取代壓鑄件以提高其內在與表面質量，開發(fā)以整體精鍛成形取代兩個或兩個以上的零件焊接或鉚接或螺紋連接為整體的分體制造。研究板鍛與管鍛成形，實現(xiàn)以薄代厚、以空代實的輕量化制造；積極使用成形過程數(shù)值模擬及工藝參數(shù)優(yōu)化技術，實現(xiàn)鍛造工藝的持續(xù)改進。表1列出了未來主要的精密模鍛技術與產(chǎn)品應用范圍。

材料對模鍛生產(chǎn)影響巨大。應開展新材料成分、熱變形行為、缺陷和組織性能控制研究。研究材料成分與組織性能關系。冶鑄與鍛造及鍛造與熱處理界面的技術研究需要加強。非調質鋼應用的基礎研究應受到重視。建立非調質鋼材料指標，包括鍛造工藝參數(shù)的規(guī)范、鍛后控冷參數(shù)、鍛后工序工藝參數(shù)和缺陷的評定標準。與此同時，也需要統(tǒng)一調質鋼金相組織的評定標準，統(tǒng)一國標GB/T 3077-2015力學性能調質試驗標準中淬火油的牌號，確定淬火油的冷卻特性檢測及標準范圍，用于統(tǒng)一行業(yè)內的熱處理規(guī)范。

自由鍛也是鍛造行業(yè)的重要組成部分，自由鍛技術發(fā)展以突出節(jié)能、節(jié)材為主線，以發(fā)展材料、鍛造工藝、熱處理和機加工一體化研究為突破口發(fā)展技術。自由鍛中的大鍛件鍛造技術與產(chǎn)品質量是衡量自由鍛造行業(yè)水平的重要標志。

“十三五”期間，需要集中解決火電和核電全系列鍛件，包括核電用泵、閥、管板及其隔板等的鍛造成形。要特別重視核電使用的量少、價高的特種中小型鍛件開發(fā)和生產(chǎn)。“十三五”期間，要能徹底國產(chǎn)化發(fā)電機轉子、汽輪機軸、高檔軋輥和船用低速曲軸鍛件，特別要在產(chǎn)品質量穩(wěn)定性和控制成本上有重大進步，克服用戶使用的不安全感，從而在國際市場上確立有利競爭地位。未來隨著電力行業(yè)的發(fā)展，高檔大口徑厚壁無縫鋼管和大型環(huán)件仍有一定的發(fā)展空間，依據(jù)當前的情況看，大鍛件未來技術發(fā)展主要集中在超超臨界轉子用（9～12）Cr超純凈鋼冶煉工藝；大型特種Ni基、稀土特鋼鋼錠的冶煉控制和澆鑄技術，實現(xiàn)數(shù)字化在線控制煉鋼工藝。通過冶煉及澆鑄專家診斷分析系統(tǒng)研究，完善電爐冶煉、鋼包精煉及大鋼錠澆鑄的智能控制系統(tǒng)，實現(xiàn)工藝設計及冶煉、澆鑄全過程計算機控制，穩(wěn)定控制大鍛件冶金質量，化學成分【C】穩(wěn)定控制在0.01%偏差范圍內，偏析不大于1.04，【H】不大于1ppm，合金結構鋼【O】不大于15ppm。建立大鍛件鍛造過程關鍵質量指標控制體系，開發(fā)在線檢測自動化系統(tǒng)和裝置，實現(xiàn)大鍛件鍛造過程中的數(shù)字化在線檢測。集中研究船用中、低速柴油機曲軸毛坯低成本鍛造工藝，集中解決鍛造工藝和成本控制方案。建立大直徑筒節(jié)鍛造與軋制復合工藝推廣的相關制度（首臺套保險制度；增值稅優(yōu)惠政策等）。推動90萬千瓦以上級雙18護環(huán)鍛件在國內用戶的使用和工藝完善；推動電力企業(yè)采用國產(chǎn)發(fā)電機轉子與汽輪機轉子等特大型鍛件；開展大型鋼錠材料成分、宏觀偏析、純凈度及冶金缺陷等精確控制技術研究、大鍛件內部夾雜缺陷、裂紋缺陷以及粗晶、混晶等材料組織缺陷形成機制及控制技術研究等，并要在材料、冶鑄、鍛造和熱處理等單項技術的基礎上，加強大鍛件制造全流程的技術集成研究。建立特種材料技術標準體系，加快制定特定零件的國內技術質量標準，編制在國際上適用的中英文對照行業(yè)協(xié)會標準，實現(xiàn)標準國際化。國家應設立課題，發(fā)揮中國鍛壓協(xié)會大鍛件理事會作用，組織開展切實的調查研究，確定煉鋼質量控制和鍛造難點（包括加熱、鍛造、熱處理及檢驗工序）。國家利用購買服務的形式，發(fā)揮行業(yè)協(xié)會或中介機構的作用，推動組建基于技術層面上的大鍛件開發(fā)制造一條龍機構。建立由電力、船舶和冶金企業(yè)與大鍛件生產(chǎn)企業(yè)標準制訂、技術開發(fā)聯(lián)盟，實現(xiàn)用戶與制造商的聯(lián)動，推進用戶企業(yè)參與同步開發(fā)。

表1 精密模鍛成形技術及產(chǎn)品應用領域

研究和推廣鍛造產(chǎn)業(yè)關鍵工藝和裝備，以及模具和生產(chǎn)制造系統(tǒng)的自動化、數(shù)字化和信息化整體集成解決方案、核心技術研發(fā)需求會逐步加大。提升鍛造行業(yè)智能化制造水平。研究開發(fā)鍛造裝備，配備嵌入式的鍛造材料數(shù)據(jù)庫和鍛造工藝智能化軟件、智能化鍛造車間的鍛造生產(chǎn)管理系統(tǒng)及軟件、鍛造車間環(huán)境監(jiān)測智能管理系統(tǒng)；大力推動鍛造行業(yè)制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES）與企業(yè)資源計劃管理系統(tǒng)(ERP）的正確和廣泛使用。

模具加工設備是保障模具質量的重要基礎，高精度模具加工設備仍然是行業(yè)追求的目標。目前硬度低于70HRC復雜型面的加工精度能達到0.01mm，將硬度高于76HRC的模具加工精度提高至0.001mm，對于模具加工來說是場革命。開發(fā)低成本彈性變形近零的冷作鍛造用模具鋼，將有助于大大提高精密成形產(chǎn)品精度。高速銑的使用將穩(wěn)步發(fā)展，逐漸擴大。低檔的模具雕銑將會在較大范圍替代傳統(tǒng)的放電加工。隨著雕銑機性能的不斷提升，將會擠占一部分本應是高速銑的市場份額。

綠色擠壓生產(chǎn)是擠壓裝備與技術發(fā)展的主要趨勢之一，高效低能耗擠壓裝備系列化，形成系列化行業(yè)標準在行業(yè)內全面推廣顯得尤為重要。建立擠壓過程能耗計算理論體系，推動擠壓工藝技術的發(fā)展必須引起重視。在建立擠壓過程能耗計算理論體系的基礎上，結合目前網(wǎng)絡技術和計算機控制技術，通過程序研究，建立綠色擠壓生產(chǎn)裝備能效智能管理系統(tǒng)，提高擠壓裝備的“智商”。

加強大中型全液壓徑向鍛造壓機設計開發(fā)。以大中型全液壓徑向鍛造裝備為研究對象，通過理論分析和技術研究，解決徑向鍛造裝備的關鍵技術難題，掌握核心技術。在研制大中型徑向鍛造裝備的同時也必須要開展相應的鍛造工藝研究。

大型模鍛壓機的增壓技術應得到重視。近年來，隨著我國大飛機、軌道交通及大型發(fā)電設備等技術的快速發(fā)展，對大型模鍛件的需求快速增長。而我國模鍛液壓機相比自由鍛造壓機，還未形成合理的規(guī)格系列，規(guī)格和類型分布尚欠合理。100MN模鍛壓機數(shù)量偏多（據(jù)不完全統(tǒng)計，多達六臺），而在已建成的400MN～800MN之間檔距過大。隨著設備壓力的不斷提高，液壓系統(tǒng)工作介質壓力由高壓向超高壓發(fā)展，有的甚至高達63MPa，這使得液壓系統(tǒng)過于龐大，投資加大。采用工作缸內增壓技術，實現(xiàn)超高壓力輸出的技術路線，可使模鍛壓機工作缸數(shù)量減少、甚至采用單缸結構，使得壓機結構更加緊湊，剛度更好。同時減少了投資，節(jié)約了能源。

《中國鍛造行業(yè)“十三五”發(fā)展綱要(連載六）》見《鍛造與沖壓》2016年第23期