探究新型鍛壓技術的未來發展趨勢

王 達

（浙江易鍛精密機械有限公司，浙江 寧波 315700）

0 引言

就目前情況而言，跨界競爭已經愈演愈烈，并逐漸影響到各行各業。因此，傳統的鍛壓技術很難再滿足新時代市場對零部件高精度、低成本等要求。基于此，鍛壓技術的創新發展是至今都值得我們思考的重要課題。

1 我國鍛壓技術的發展現狀

雖然近年來，我國的社會經濟突飛猛進，但鍛壓技術依然落后于歐美等發達國家。尤其是在汽車行業，大部分企業仍然是采用“以一配五”的形式進行制造生產活動的[1]。其實，就目前科技發展現狀來看，這是一種較為落后的生產方式，已經跟不上新時代的發展速度了。這是由于“以一配五”形式極易在生產過程中出現一些失誤，嚴重時甚至會對操作者的人生安全產生威脅。同時，“以一配五”形式需要耗費大量的人力、物力以及財力，并需要較為廣闊的場地資源才能完成相關生產工作，進一步加大了企業的成產成本投入。因此，鍛壓技術的優化更新是廣大制造企業亟需解決的問題，也是時代進步的必然要求。

2 鍛壓技術的未來發展趨勢

2.1 溫鍛

所謂的“溫鍛”是處于熱鍛與冷鍛之間的新型技術。通常情況下，人們會將鍛造坯料加工時的溫度將其區分為冷鍛和熱鍛。具體來說，冷鍛是在一般的室溫下進行加工，熱鍛則是在高于胚料金屬的再結晶溫度上進行加工，而溫鍛則是在加熱狀態下，但其溫度又不超過再結晶溫度的情況下進行加工。通常情況下，預鍛溫度≤950℃，終鍛溫度≤750℃[2]。通過實踐研究，溫鍛的成形阻力明顯低于冷鍛技術，氧化脫碳現象優于熱鍛技術。并且，溫鍛技術鍛造尺寸變化較小，可制作較為精密的零部件。因此，溫鍛技術得到了廣大制造企業的追捧，并將其廣泛應用于自身實際生產之中。就目前情況而言，溫鍛技術成形的具體工藝流程如下：下料→預鍛→終鍛→檢驗[3]。當然，溫鍛工藝的質量還受鍛造材料、鍛件大小等因素的影響。例如，對于結構復雜、精度較高的零部件可能需要有機結合冷鍛、熱鍛以及溫鍛三種技術，才能生產出更加優質的鍛件，見圖1。

圖1 溫鍛原理Fig.1 Warm forging principle

2.2 半固態模鍛

半固態模鍛是鍛壓與壓鑄原理的有機結合。上個世紀80年代，美國麻省理工學院最先提出金屬零件的半固態成形概念。所謂的“半固態模鍛”就是將固態和液態的金屬混合成漿料，并模鍛成形。具體來說，就是將胚料加熱至固體與液體各占一半的半固態材料，隨后將其放置在略高預熱溫度的模膛內進行加工，從而形成最終鍛件。可以說，半固態模鍛是出于壓力鑄造與普通模鍛之間的近凈成形技術，具體成形工藝流程如下：金屬液→攪拌、凝固→半固態坯料→輸送→成形→檢測[4]。其實，半固態模鍛具有很多優勢：第一，半固態金屬坯料是在足夠的壓力下成形的，因此具有組織密實、顆粒較小等優勢，可獲得較高層次的力學性能；第二，半固態模鍛技術可以輕松實現自動化生產，且生產出來的產品合格率較高；第三，由于合金材料在半固態狀態下的粘度比熔融狀態下的金屬溫度高，可在一定壓力下形成層流，從而密實緊致的形態均勻填滿模膛。尤其是在模鍛終期高強度的壓力作用下，可更好地填充薄壁部分，制造出結構較為復雜的零部件；第四，半固態模鍛生產出來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，半固態模鍛成形壓力小于普通模鍛，可使用小型噸位壓力機，有效節省生產空間，進而延長模具使用壽命[5]。

2.3 旋鍛

旋鍛又被稱為“旋轉鍛造”和“徑向鍛造”，適用于兩個及兩個以上的模具。該項技術可使環繞坯料圍繞外徑旋轉時，也向軸心施加高頻率的脈沖徑向力，進而使坯料按照模型成形或者拉伸，見圖2。由圖可見，旋鍛是一種精密的金屬成形加工工藝，具有以下特點：①采用旋鍛技術加工出來的零部件具有連續的纖維流線，其強度優于切削加工件；②采用旋鍛技術加工的零部件表面粗糙度質量會隨坯料橫截面壓縮量的增加而增加，可進一步提升鍛件的精度[6]；③采用旋鍛技術加工出來的零部件表面會產生一定的壓縮應力，進而有利于提高鍛件的抗彎強度，減小制造企業成本支出；④采用旋鍛技術可在加工過程中獲得一些不同的工藝效果，提升零部件的生產精度和質量。

圖2 旋鍛機工作原理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結合，主要是利用液體作為傳力介質使坯料成形的塑性加工技術。其實，液壓成形技術與吹塑成形技術原理非常相似，但不同的是液壓成形技術無需利用氣體，而是利用液體提升介質傳遞壓力。在零部件成形過程中，僅需采用液體介質作為凸模或凹模，就可省掉一半的模具成本，并可加工出很多剛性凸模無法形成的復雜零件[7]。另外，采用液體作為傳力介質具有實時可控性，能進一步根據程序給定的精度調控壓力值[8]。因此，液壓成形技術一般應用于復雜的管材、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結合，主要是通過化學物質瞬間爆炸產生的高壓沖擊波作用于坯料，以此使坯料產生塑性變形而適用于模具，形成完整部件[9]。其原理詳見圖3。但是化學物質產生的高壓沖擊波只是一瞬間，短暫到微秒級。其實，爆炸成形原理與常規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，都是運用壓力將材料貼附在模具中，但其壓力來源不同[10]。吹塑成形技術的壓力來源是吹入氣體的壓力，爆炸成形技術的壓力來源是化學物質爆炸產生的高壓沖擊波[11]。但相比情況下，爆炸成形技術有著更為廣泛的應有市場和發展前景，這是由于該項技術可生產大型的復雜零件。

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

3 結束語

綜上所述，隨著時代的進步，制造行業的發展，鍛壓技術需要不斷突破、優化和創新，才能從容面對動態的市場變化。這就需要鍛壓技術人員與時俱進，及時更新創新理念，優化鍛壓方法，采用溫鍛、旋鍛、爆炸成形等新型鍛壓技術生產金屬零件，并突破傳統的跨界思維方式，樹立勇于開拓、敢于創新的意識引領我國鍛壓技術朝著更加智能化、科學化的方向大步邁進。