我国锻造成形技术的发展趋势
2026-07-08
我国锻造成形技术的发展趋势
锻造成形技术的发展思路是在努力提高锻件内在质量、表面质量和锻件精度的基础上,尽量提高生产效率、减少材料消耗和能源消耗。
提高锻件的内在质量主要是提高锻件的力学性能(如强度、塑性、韧性、疲劳强度)和可靠度,这需要更好地应用金属塑性变形的理论,采用内在质量更好的原材料(如真空处理钢和真空治炼钢),正确进行锻前加热和锻后热处理,更严格和更广泛地对锻件进行无损探伤。
要提高锻件的表面质量和锻件精度,提高生产效率和减少材料消耗和能源消耗,必须广泛采用机械化、自动化技术和先进工艺,使锻件的形状和尺寸及表面质量最大限度地与产品零件相接近,以达到少、无切削加工的目的。
1. 锻造成形技术的数字化
锻造成形技术的数字化主要体现在对锻造成形过程和产品品质、成本、效益的预测和可控程度。
利用计算机辅助设计系统(CAD)可对锻件、锻模进行最优化设计,用计算机语言描述零件的几何形状,把信息输人到计算机,进行资料检索,再输出必要的参数,如材料性质、锻件设计规则等,从而自动分析计算设计锻件图、终锻型槽图,再根据锻件图及其他数据和有关条件,最后设计预锻、制坯工步。
将 CAD的最优化方案的程序转换成数控加工用的指令,输入到数控中心,即可实现自动控制机械加工锻模的全过程。计算机辅助制造系统(CAM)同样是对锻模加工过程自动进行监督、控制和管理。CAD和 CAM结合,便构成了自动控制集成系统,即由计算机控制的自动化信息流对锻件的工艺过程设计、锻模的机械加工、装配、检验和管理进行连续处理,并且发展到以它为中心的锻件、锻模设计制造和锻造过程模拟(CAE)一体化的自动控制系统。
CAE也称锻造工艺过程虚拟制造技术或锻造过程的计算机辅助工程分析。它以材料锻造加工过程的精确数学物理建模基础,以数字模拟及相应的精确测试为手段,在计算机虚拟现实环境中动态模拟锻造工艺过程。该技术所采用的各种假设与实际应用条件应一致,形象地显示各种工艺的实施过程及材料形状、轮廓尺寸及内部组织的发展变化情况,预测材料经成形改性制成锻件毛坯后的组织性能、品质,特别是找出发生缺陷的成因及消除方法;还可以通过虚拟条件对工艺参数反复比较,在计算机上修改构思,实现锻造技术的优化设计,将锻件缺陷及“隐患”消灭在计算机模拟加工的反复比较中,减少试模次数,确保关键锻件一次锻造成功。
CAE 丰富了塑性成形机理的研究手段,使塑性成形向智能化方向发展,为锻模的设计制造提供了科学基础,改善了锻造工程师的工作环境,节省了试制费用和设计时间,缩短了产品研发周期,改进和提升了传统锻造工艺过程及模具设计水平。
CAE 通过引人计算机技术等高新技术,架起了联系材料科学基础理论与热加工工程实际的桥梁,使基础学科的理论能够直接定量地指导锻造过程,改变了锻造过程设计中长期依赖经验的落后状况。它使工艺的计由经验判断走向定量分析,使锻造过程由“技艺”发展为真正的工程科学,是信息化提升传统工艺过程水平的一个重要体现。
微造过程的CAD、CAM 和CAE不要求锻造技术人员精通电子计算机内部结构原理和设计分析所用的数学计算细节,在设计过程中能发挥设计人员的主观能动作用,充分利用他们的实践经验和物理模拟知识,对计算机提供的结果进行合理的分析,做出正确判断和及时修正。
2. 锻造成形技术的可控化
锻造成形技术的发展不仅应使锻造成形技术的开发更加合理,更加符合金属变形实际,而且还应可控。可控化就是数字化技术从单目标优化向多目标综合优化发展,从传统的“成形过程”单一环节向产品制取“全过程”系统整体发展,实现从原材料到产品设计,再到成形过程,最后到产品性能的“全过程”综合优化,使所有的变形和过程控制都实现数字化,而且实践操作可靠。由于服务个性化,为适应市场需求的不确定的、个性化的用户要求,锻造生产不再是简单的坯件供应,而是发展为零件、部件供应,还可以在产品初步设计阶段,针对零件的可生产性,提供快速分析手段,形成将设计思想转化为产品原型零件,直至市场效果的快速评估系统。此外,先进的锻造行业不断吸取各种高新技术和现代管理技术信息,并将其综合应用于价值链中,实现优质、高效、低耗、清洁、灵敏及柔性化生产,真正做到“设计、制造、营销”一体,协同实现对市场需求的快速响应。
3.镀造成形技术的自动化、精密化、专门化和乘性化
随着我国汽车工业、摩托车工业、国防军事工业和通用机械行业等机械制造业的快速发展,精密锻件的市场需求急剧扩大,当然对精密银造成形过程的發源消耗、环增质量及精密锻件的品质也提出了越来越高的要求,从而迫使我们在锻造设备和锻造成形工艺过程等方面向着自动化、精密化、专门化的方向发展。
应用成组技术、快速换模等,使多品种、小批量的锻造生产能利用高效率和高自动化的锻压设备或生产线,使其生产率和经济性接近于大批量生产的水平。
4. 锻造成形技术的绿色化
绿色制造是一个综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式,其追求的目标是使产品在整个生命周期中对环境影响(副作用)最小,资源利用率最高。
绿色制造已经成为全世界的共同课题。
锻造成形企业本身就是能耗大户,能耗占成本很大比例,并且具有高污染的特点。
利用高效节能的加热(如IGBT 技术的电加热就比传统 KDPS 式的加热能效更高)、热处理,锻造成形设备是企业可持续发展的必要手段,这也是整个行业研究和优化的方向(很多企业都淘汰或改造了蒸汽锤);另外,采用环保的锻造成形工艺、润滑手段、冷却介质、余热处理,同时加大非调质钢的应用比例会使整个锻造成形企业更环保。