精密锻造成形技术的应用及其发展(正式版)
冷锻技术的发展现状与趋势
冷锻技术的发展现状与趋势发布时间：2013-08-07 点击率：753摘要冷锻技术是一种精密塑性成形工艺，具有切削加工不可比拟的优点，广泛应用于各种机械产品关键零部件的制造。
本文从冷锻零件的形状、材料、工艺革新、生产率、数值模拟技术和数字化/智能化设计技术应用、以及优化技术几个方面综合论述了冷锻技术的发展现状与趋势。
关键词冷锻，工艺/模具设计，数值模拟，基于知识的工艺设计，设计优化冷锻工艺是一种精密塑性成形技术，具有切削加工无可比拟的优点，如制品的机械性能好，生产率高和材料利用率高，特别适合于大批量生产，而且可以作为最终产品的制造方法（net-shape forming），在交通运输工具、航空航天和机床工业等行业具有广泛的应用。
当前汽车工业、摩托车工业和机床工业的飞速发展，为冷锻这一传统的技术的发展提供了原动力，例如，我国1999年摩托车的全国总产量就有1126万多辆，而根据2000年的初步估计，我国汽车的总需求量到2005年将达到330万辆，其中轿车130-140万辆，仅汽车行业的锻件需求在50-60万吨以上。
冷锻技术在我国的起步虽然不算太晚,但发展速度与发达国家有很大的差距,到目前为止,我国生产的轿车上的冷锻件重量不足20Kg,相当于发达国家的一半,开发潜力很大,加强冷锻技术开发与推广应用是我国目前的一项紧迫任务。
1 冷锻件的形状越来越复杂冷锻零件的形状越来越趋于复杂，由最初的阶梯轴、螺钉/螺母和导管等，发展到形状复杂的零件，如不同尺寸的摩托车花键轴与花键套，花键轴的典型工艺为：正挤压杆部-镦粗中间头部分-挤压花键；花键套的主要工艺为：反挤压杯形件-冲底制成环型件-正挤压轴套，如汽车输出轴与输入轴，以及其他冷锻制品。
另如我国采用摆动碾压技术制成的各种汽车/摩托车用锥齿轮、螺旋锥齿轮和其他圆盘类零件，再比如日本某公司生产的冷锻零件以及涡旋增压器，我国已经列入国家“十五”攻关项目。
目前圆柱齿轮的冷挤压技术也成功用于生产。
数值模拟技术在锻造成形中的应用
数值模拟技术在锻造成形中的应用董海涛1 张治民1 宋志海2(1.中北大学材料科学与工程学院,山西030051;2.广东中山中粤马口铁工业有限公司,广东528437)摘要:锻造成形过程是一个非常复杂的弹塑性大变形过程,有限元法是用于锻造成形过程模拟中一种有效的数值计算方法。
本文介绍了数值模拟技术在金属锻造成形中应用的基本理论、模拟中的关键技术,阐述了锻造成形数值模拟技术的现状及发展趋势。
关键词:数值模拟;有限元法;锻造成形中图分类号:O242,T G316 文献标识码:AThe Application of the Numerical Simulatio n Techniquein the Fo rging FormationDong H a itao,Zhang Zhimin,Song Zhiha iAbstract:The for ging for ming proce ss i s a ve ry co mplica ted proce ss of t he evident ela stoplasticity defo rma2 tion,a nd t he finite ele me nt me thod is a n effective numerical calcula ting method used in the process of t he forging for ming simulation.This ar ticle has de scribed the basic theo ry of the nume rical simulation tec hnique applie d in t he metal for ging fo rmation and the ke y tec hnique during the simulation,meanwhile t he c ur rent sit uation and the development te nde ncy of the numerical simulation technique have bee n presented as well.K ey wo r ds:numerical simulation;f inite ele ment method;forging formation1 引言锻造工业一直是汽车、矿山、能源、建筑、航空、航天、兵器等工业的重要基础。
齿轮类零件的精密锻造
期 ， 目前 已广泛 应 用 于 汽车 、农机 及 工 程机 械 等 差
华冠 公司 曾先后 三次对热 精锻工 艺进行 了调 整 ，并修改与设计不同时期相应热精锻模具 。通过 改变行星、半轴齿轮的精锻模具 ，人为事先减小行 星背锥 、球 面、半轴背锥及外轮廓的机加余量 ，使 材料利用率提高 了２ ％。通过节材顶杆 的设计及 使 用 ，加深模锻时齿轮毛坯顶杆窝的深度 ，使材料利 用率再次提高了２ ％。通过对精锻模具的再次优化 ， 采用冲孔顶杆 ，使得锻出产 品，特别是半轴齿轮 ，
成形方法，发表一些热锻方面的粗浅看法 ，以求在 齿轮类零件的锻造 、节材及降低能耗 、提 高齿轮使 用寿命等方面对同仁有所帮助 。
１直齿锥齿轮 的精密 锻造 ．
虽 然直 齿 锥 齿轮 的 精 密锻 造 在 我 国 已 有三 十 余
分为热精锻成形 （ 锻造温度在再结晶温度之上 ）、 冷精锻成形 （ 室温下进行的精密锻造）、温精锻成 形 （ 在再结晶温度之下某个适合的温度下进行的锻 造）和等温精锻成形 （ 坯料在趋于恒定的温度下锻造
原 材 料 ，同时 因热 锻造 时 闭式 正 向挤 压 ，使得 热 态 金 属 按 照齿 模 型 腔 流动 充满 各 部位 ，在 切 削齿 形 时
２ 直齿 圆柱齿轮 的精密锻造 ．
直 齿 圆柱 齿 轮 一 般 都 是 按 常 规 机 加 工 艺 生 产 的 ，最 近 几 年 也有 部 分 企 业和 科 研 院 所 ，力 图通 过
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材料锻造冲压及特种成形工艺技术(PPT)
今天，我们不仅可以利用多工位的精密级进模冲 压出高精度、形状复杂的电机硅钢片，而且可以在级 进模中同时完成硅钢片的铆，这样，我们送进模具的 是硅钢片条料，从模具出来的是电机铁芯。
局部应用 实例 (yìngyòng)
材料(cáiliào)锻造、冲压和特种成形工艺技术
第一页，共四十五页。
概念
锻压是锻造和冲压的合称，是利用锻压机械的锤头、砧块、冲头 或通过模具对坯料施加压力，使之产生塑性变形，从而获得所需形状 和尺寸的制件的成形加工方法。
在锻造加工中，坯料整体(zhěngtǐ)发生明显的塑性变形，有较 大量的塑性流动；在冲压加工中，坯料主要通过改变各部位面积 的空间位置而成形，其内部不出现较大距离的塑性流动。锻压主 要用于加工金属制件，也可用于加工某些非金属，如工程塑料、 橡胶、陶瓷坯、砖坯以及复合材料的成形等。
冷锻的出现先于热锻。早期的红铜、金、银薄片和硬币都是 冷锻的。冷锻在机械制造中的应用到20世纪方得到推广，冷镦、冷 挤压、径向锻造、摆动辗压等相继开展，逐渐形成能生产不需切 削(qiēxiāo)加工的精密制件的高效锻造工艺。
第四页，共四十五页。
早期的冲压只利用铲、剪、冲头、手锤、砧座等简单工 具，通过手工剪切、冲孔、铲凿、敲击使金属板材(主要是铜 或铜合金板等)成形，从而制造锣、铙、钹等乐器和罐类器具。 随着中、厚板材产量的增长和冲压液压机和机械压力机的开 展，冲压加工也在19世纪中期开始(kāishǐ)机械化。
第三页，共四十五页。
钛合金锻造工艺及其锻件的应用
钛合金锻造工艺及其锻件的应用摘要：近年来，钛合金因其高的比强度、优异的耐腐蚀性、良好的生物相容性等优点，迅速发展成为具有强大生命力的新型关键结构材料，被广泛应用于航空航天、军事工业、石油化工以及医疗卫生等领域。
从工业价值和资源寿命的发展前景来看，它仅次于铁、铝而被誉为正在崛起的“第三金属”。
本文分析了钛合金锻造工艺及其锻件的应用关键词：钛合金；锻造；V应用1钛合金锻造工艺1.1α+β锻造α+β锻造即常规锻造，是在相变点以下30～50℃加热、变形（见图1），常规锻造一般得到的是等轴组织(α等+β转)。
其钛合金锻件具有高的塑性和室温强度，但是高温性能和断裂韧性不好，如图2为TC11钛合金经过常规锻造后的高倍组织图。
常规锻造由于研究较深入，操作简单易行，且成本较低，因此应用广泛。
在（α+β）区变形过程中同时发生β晶粒和α片形状的变化，β晶粒被压扁，沿金属流动方向拉长、破碎，晶界附近与晶内α相间的差别逐渐消失。
当变形程度超过60%～70%后，己没有任何可见的片状组织痕迹了。
在一定温度和变形程度下发生再结晶，且α相的再结晶先于β相的再结晶，再结晶后的α晶粒，呈扁球形状，没有再结晶的α晶粒形状为盘状、杆状或纤维状。
侯会喜研究了TC6钛合金在(α+β)两相区锻造时，变形温度的高低对锻件初生α相含量的影响。
变形温度越低，初生α相的含量就越多。
由于锻件的室温力学性能和高温力学性能与初生α相的含量密切相关，因此，为了确保(α+β)两相合金具有最好的综合性能，在进行TC6合金锻造时，必须严格控制变形温度，使等轴初生相颗粒的总含量在15%～45%。
1.2等温锻造等温锻造是一种先进的加工工艺，可以使钛合金等难变形材料在相对恒温的变形温度下，以极低的变形速率，一次成形得到形状复杂的精密锻件。
采用该工艺成形的锻件仅需少量的机械加工即可装配使用，材料利用率高，且由于工艺可控性好，变形均匀，锻件的组织性能更加稳定和均匀，批量生产时，具有显著的经济效益。
近净成形技术-精密辊锻
近净成形技术-精密辊锻摘要为了提升航空产品竞争力,要求生产过程节约能源、节约材料、提高资源利用效率,发展、应用近净成形技术是一个有效途径,精密辊锻就是近净成形技术的一种典型加工方法,本文以航空产品叶片作为载体介绍了精密辊锻的应用及成型的加工工艺要点。
关键词近净成形;精密辊锻;工艺现代先进的航空装备产品,为了提升战场和市场竞争力,通常必须在质量(高)、效率(高)、寿命(长)、成本(低)等方面具有综合优势。
而质量、效率、寿命、成本的完美结合,需要通过先进的制造技术加以实现。
近净成形技术是目前制造技术中发展较快的先进技术,它实现了高质、高效、低成本的加工。
近净成形技术之一精密辊锻技术实现了“两高一低”的目标。
我国制造业在一个相当长的时期将获得快速发展,制造业特别是机械制造业的发展,要求生产过程节约能源、节约材料、提高资源利用效率,已成为能否以低成本、高质量、高效率参与国际市场竞争的十分重要的问题,发展、应用近净成形技术就是一个有效途径。
近净成形改变了传统的毛坯成形技术,使产品毛坯成形实现由粗放到精化的转变,使外部质量作到无余量或接近无余显,内部质量作到无缺陷或接近无缺陷,实现优质、高效、轻量化、低成本的成形。
金属零件近净成形技术是一种生产工序少、成本低、材料利用率高、成形精度高的金属零件直接加工技术,这些技术的应用不仅提高产品的性能,而且节省了大量的贵重金属,降低了成本。
精密辊锻就是近净成形技术的一种典型加工方法。
1 辊锻的分类及应用辊锻是将轧制变形引入锻造生产中的一种锻造新工艺,其特点就是在于通过一对反向旋转的模具使毛坯连续地产生局部变形。
即坯料在高度方向经辊锻模压缩后,除一小部分金属横向流动外,大部分被压缩的金属沿坯料的长度方向流动,因此,辊锻变形的实质是坯料的延伸变形过程。
辊锻工艺按其用途分为制坯辊锻与成形辊锻两类。
辊锻工艺按采用型槽的类型可分为开式型槽辊锻与闭式型槽辊锻两种方式。
开式型槽辊锻的模槽是刻制在两个辊锻模上,因而刻槽较浅,锻模的强度高,而且能量的消耗也较少。
TiAl合金精密成形技术发展现状及展望
精 密 成 形 工 程第14卷 第1期 44 JOURNAL OF NETSHAPE FORMING ENGINEERING2022年1月收稿日期：2021-08-16基金项目：国家重点研发计划（2020YFB2008300）作者简介：谢华生（1966—），男，博士，研究员，主要研究方向为先进钛合金精密成形技术。
TiAl 合金精密成形技术发展现状及展望谢华生，刘时兵，赵军，张志勇，包春玲（沈阳铸造研究所有限公司 高端装备轻合金铸造技术国家重点实验室，沈阳 110022） 摘要：TiAl 合金是一种优异的轻质耐高温结构材料，在航空、航天、汽车、兵器等热端部件制造领域具有广阔的应用和发展前景，但其较低的室温塑性、韧性和较差的冷/热加工性能，限制了其工程化的进程。
为挖掘TiAl 合金的应用潜力，国内外研究机构和企业从材料设计、组织性能调控到成形工艺等方面开展了卓有成效的研究。
总结了近年来国内外在TiAl 合金精密成形领域的研究进展，包括精密铸造、铸锭冶金、粉末冶金和增材制造技术，目前，TiAl 合金精密铸造叶片和热加工叶片已成功应用到航空发动机上，粉末冶金成形和增材制造技术在复杂构件成形和板材成形上体现出独特优势，但仍需在低成本化和工艺稳定性上进一步提升。
关键词：TiAl 合金；精密成形；精密铸造；铸锭冶金；粉末冶金；增材制造 DOI ：10.3969/j.issn.1674-6457.2022.01.006中图分类号：TG146.2 文献标识码：A 文章编号：1674-6457(2022)01-0044-11Development Status and Prospect of Precision Forming Technology for TiAl Alloy XIE Hua-sheng , LIU Shi-bing , ZHAO Jun , ZHANG Zhi-yong , BAO Chun-ling(State Key Laboratory of Light Alloy Casting Technology for High-end Equipment, ShenyangResearch Institute of Foundry, Co., Ltd., Shenyang 110022, China)ABSTRACT: As an excellent lightweight and high temperature resistant structural material, TiAl alloy has wide application and development prospect in hot end components for aviation, aerospace, automobile, weapons, etc. However, due to its poor cold and hot workability, low room temperature plasticity and fracture toughness, there are still great obstacles in further engineering. To tap the application potential of TiAl alloy, research institutions and enterprises all over the world have carried out fruitful re-search from material design, microstructure and property regulation to forming process. The work summarized the research pro-gress in precision forming of TiAl alloy in recent years, including investment casting, ingot metallurgy, powder metallurgy and additive manufacturing technology. At present, TiAl alloy investment casting blades and hot working blades have been success-fully applied to aeroengines. Powder metallurgy forming and additive manufacturing technology show unique advantages in complex component forming and sheet metal forming. However, they still need to be further improved in terms of low cost and process stability.KEY WORDS: TiAl alloy; precision forming; investment casting; ingot metallurgy; powder metallurgy; additive manufacturingTiAl 合金是一种新型的耐高温结构材料，具有低密度（3.8~4.2 g/cm 3）、高比强、高比刚、优异的高温抗蠕变和抗氧化等性能，在600~1000 ℃温度下应用极具竞争力。
机械工程中的锻压成形工艺优化
机械工程中的锻压成形工艺优化锻压成形是一种常见的金属加工方法，通过施加外力使金属材料塑性变形，达到需求形状和性能的加工目的。
随着现代工业的发展，锻压成形工艺优化成为了机械工程中一个重要的研究方向。
本文将探讨锻压成形工艺优化的意义、方法以及相关工程实践。
1. 锻压成形工艺优化的意义锻压成形在现代制造业中具有广泛的应用，可以实现批量、快速和精密的金属件生产。
然而，传统的锻压工艺存在一些缺点，如能耗过高、工艺周期长、加工过程中的费用高等。
因此，通过优化锻压成形工艺，可以提高生产效率、降低生产成本、改善产品质量，从而使企业更具竞争力。
2. 锻压成形工艺优化的方法（1）模拟仿真技术模拟仿真技术可以对锻压成形工艺进行全面的预测和分析，帮助工程师了解金属材料在不同工艺参数下的变形、应力和变形速率等情况。
通过优化工艺参数，如温度、应变速率、模具几何形状等，可以改善材料的流动性和塑性变形能力，提高成形质量和效率。
（2）多目标优化算法由于锻压成形涉及多个目标指标，如材料流动性、成形质量、能耗等，常规的单目标优化算法难以满足实际需求。
因此，采用多目标优化算法可以找到多个最优解，为工程师提供更多的选择空间。
常见的多目标优化算法有遗传算法、粒子群算法等，可以通过寻找权衡解来得到最佳的工艺参数组合。
（3）试验验证优化的锻压成形工艺需要通过试验验证，以确保实际生产中的可行性和稳定性。
试验可以通过加工小批量样品或制作试验模具进行，以验证锻压成形工艺参数的有效性。
试验结果可以反馈给模拟仿真系统，进一步优化模型和算法，不断改进工艺技术。
3. 锻压成形工艺优化的工程实践在实际工程应用中，优化锻压成形工艺已取得了一些成功案例。
例如，某飞机制造企业针对某型号发动机的转子叶片锻造工艺进行了优化，通过模拟仿真和实验验证，确定了最佳的温度、冲程和应变速率等工艺参数，最终实现了材料的均匀变形和精密成形。
这不仅提高了产品质量，还大大缩短了生产周期和成本。
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精密锻造成形技术的应
用及其发展(正式版)
精密锻造成形技术的应用及其发展
(正式版)
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随着经济和科学技术的发展，常规的锻造技术已
经不能满足发展的需求了。
精密锻造成形技术在航空
航天、船舶、通用机械、汽车、兵器等领域的应用越
来越广泛，越来越受到人们的关注。
本文将就精密锻
造成形技术的种类进行介绍，并对其发展趋势进行阐
述。
精密锻造成形技术，指的是在零件基本成形后，
只需少许加工或无需加工就可以使用的零件成形技
术，又称近净成形技术。
这种技术是以常规锻造成形
技术为基础发展起来的，是由计算机信息技术、新能
源、新材料等集成的一门应用技术。
现阶段，精密锻造成形技术主要用在精锻零件和精化毛坯等方面。
精密锻造成形技术的种类
精密锻造成形技术，它的优势很明显，成本低、效率高、节能环保、精度高等。
这种成形工艺种类很多，按成形速度划分：高速精锻、一般精锻、慢速精锻成形等；以锻造过程中金属流动状况为标准划分：半闭、闭式、开式精锻成形工艺；按成形温度划分：超塑、室温、中温、高温精锻成形等；按成形技术分为：分流锻造、等温锻造、复动锻、复合成形、温精锻成形、热精锻成形和冷精锻成形等。
按成形技术对精锻技术进行的划分，已经成为了生产中人们习惯分类方式。
1.1.分流锻造
分流锻造技术的重要环节是在模具或毛坯的成形
部分建立一个材料的分流通道，以确保良好的填料效果。
使用这种技术时，在型腔填满材料的的过程中，一部分材料留下分流通道，形成分流，这样有助于填满难成形的部分。
分流锻造的优点在于这种技术能够避开封闭装置，在成形齿轮类零件时具有良好成形效果，能够达到所需精度，不需要成形后的再加工，模具寿命长。
1.2.复动锻造
复动锻造，又称闭塞锻造，这种工艺是最先进的精锻技术之一。
这种技术是通过一个冲头在封闭凹槽内部单向挤压或是用两个冲头双向复动挤压而使得金属一次成型的，成型的零件属于无飞边的近净精锻件。
之所以要用闭塞锻造，是为了使材料使用率上升，降低加工工序的复杂度。
闭塞锻造能够做到通过一次操作而成形复杂的型
面并取得很大变形量，在生产复杂零件时能够省去绝大多数的切削，有效降低成本。
1.3. 等温锻造
等温锻造指的是在恒定温度下将胚料在模具中锻造加工成精锻成形零件的工艺。
与常规锻造相比，等温锻造能够将毛坯的加热温度控制在一定范围内，使锻造过程中的温度大致相等，大大改善了在加工过程中模具因温度骤变而发生的塑性变化。
由于等温锻造的工艺特点，特别适合对形变温度很敏感的材料或是难成形的材料的精锻，如镁合金、铝合金等。
1.4. 复合精锻成形
复合精锻成形工艺，指的是整合使用多种锻造方法的技术，或是将其他材料成形技术和锻造工艺组合使用。
传统工艺的加工材料和零件具有很大局限性，在传统工艺基础上发展起来的复合工艺不仅能够扬长
避短，结合各家之长，而且还在加工对象的范围上得到了扩展。
1.5. 温精锻成形
温精锻成形技术是在再结晶温度以下寻找一个合适的温度作为加工温度的一种精密锻造技术。
在选择温度时，最好选择金属塑性变形最好的时候，且要在没有发生强烈氧化之前。
1.6. 热精锻成形
热精锻成形技术是在再结晶温度以上寻找一个合适的温度作为加工温度的一种精密锻造技术。
但是和温精锻技术相比，它由于选择的温度较高，会发生剧烈氧化，致使锻件表面质量较差，锻件精度不足。
1.7. 冷精锻成形
在不加热的情况下锻造金属材料，称为冷锻，主要有冷镦挤和冷挤压两种技术。
和其他工艺相比，它
的优点是工件形状容易把握，不会出现因高温而产生的形变，缺点是在变形过程中的阻抗大、工件塑性差等。
发展趋势
2.1. 精锻产品
精锻产品的发展趋势是向优质化、精密化和复杂化发展。
随着制造业的发展和进步，以及生活标准的提高，人们对锻造产品的精度、品质和品种的要求也越来越多。
和其他工艺比较，锻造工艺的优势有：节能环保、生产周期短、成本低廉等。
在生产应用上，使用锻造工艺的产品也越来越多，如：螺旋伞齿轮、手表用小齿轮等。
2.2. 设备过程
柔性化、智能化、自动化是精锻技术设备和工艺过程的发展趋势。
随着技术的发展，各行业也在飞速
发展，产品种类的丰富和行业的繁荣带来了更剧烈的市场竞争。
而传统的工艺过程和生产设备已经不能满足这种发展需求，设备和工艺的改革便开始了。
新兴起来的高效、高柔性的自动锻压设备在设备发展中已经成为了主流，除此之外，机械手在工艺操作过程中的使用也已经越来越普遍，精锻工艺已经在向智能化方向前进。
2.3. 锻造技术
社会发展和行业发展的多元化使得锻造技术也在向多元化发展。
传统的锻造工艺是在知识和经验基础上发展起来的，通过不断“试误”，逐步确定工艺设计。
而这种方式已经无法满足大规模和个性化生产的需要了。
虚拟仿真等现代先进技术已经逐渐在制造行业中占有一席之地，成为执行锻造技术时不可或缺的一种技术支持。
2.4. 锻造成形工艺
工艺的革新是各个行业所面临的问题，锻造工艺的也需要不断革新，且要以精细化和环保化为发展方向。
精密仪器的零部件的需求越来越大，这些零部件对生产工艺的要求在不断提高，这就使得锻造成形工艺需要不断地精益求精。
所谓环保化，就是指要综合来看锻造工艺对环境和资源的利用率的影响，以对环境影响最小化和资源利用率最大化为锻造成形工艺的目标来发展。
随着制造业科研力度的加大，新型锻造工艺逐步涌现，工艺越来越完善和精湛，不仅在生产上能够以低成本和优质的加工工艺为制造商赢得丰厚的利润，给消费者提供优质产品，而且良好的工艺在环保节能
上也做出了突出贡献。
精锻成形技术将会越来越受到大家欢迎，其市场潜力和科研潜能也是不可限量的。
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