探究新型锻压技术的未来发展趋势

王 达

（浙江易锻精密机械有限公司，浙江 宁波 315700）

0 引言

就目前情况而言，跨界竞争已经愈演愈烈，并逐渐影响到各行各业。因此，传统的锻压技术很难再满足新时代市场对零部件高精度、低成本等要求。基于此，锻压技术的创新发展是至今都值得我们思考的重要课题。

1 我国锻压技术的发展现状

虽然近年来，我国的社会经济突飞猛进，但锻压技术依然落后于欧美等发达国家。尤其是在汽车行业，大部分企业仍然是采用“以一配五”的形式进行制造生产活动的[1]。其实，就目前科技发展现状来看，这是一种较为落后的生产方式，已经跟不上新时代的发展速度了。这是由于“以一配五”形式极易在生产过程中出现一些失误，严重时甚至会对操作者的人生安全产生威胁。同时，“以一配五”形式需要耗费大量的人力、物力以及财力，并需要较为广阔的场地资源才能完成相关生产工作，进一步加大了企业的成产成本投入。因此，锻压技术的优化更新是广大制造企业亟需解决的问题，也是时代进步的必然要求。

2 锻压技术的未来发展趋势

2.1 温锻

所谓的“温锻”是处于热锻与冷锻之间的新型技术。通常情况下，人们会将锻造坯料加工时的温度将其区分为冷锻和热锻。具体来说，冷锻是在一般的室温下进行加工，热锻则是在高于胚料金属的再结晶温度上进行加工，而温锻则是在加热状态下，但其温度又不超过再结晶温度的情况下进行加工。通常情况下，预锻温度≤950℃，终锻温度≤750℃[2]。通过实践研究，温锻的成形阻力明显低于冷锻技术，氧化脱碳现象优于热锻技术。并且，温锻技术锻造尺寸变化较小，可制作较为精密的零部件。因此，温锻技术得到了广大制造企业的追捧，并将其广泛应用于自身实际生产之中。就目前情况而言，温锻技术成形的具体工艺流程如下：下料→预锻→终锻→检验[3]。当然，温锻工艺的质量还受锻造材料、锻件大小等因素的影响。例如，对于结构复杂、精度较高的零部件可能需要有机结合冷锻、热锻以及温锻三种技术，才能生产出更加优质的锻件，见图1。

图1 温锻原理Fig.1 Warm forging principle

2.2 半固态模锻

半固态模锻是锻压与压铸原理的有机结合。上个世纪80年代，美国麻省理工学院最先提出金属零件的半固态成形概念。所谓的“半固态模锻”就是将固态和液态的金属混合成浆料，并模锻成形。具体来说，就是将胚料加热至固体与液体各占一半的半固态材料，随后将其放置在略高预热温度的模膛内进行加工，从而形成最终锻件。可以说，半固态模锻是出于压力铸造与普通模锻之间的近净成形技术，具体成形工艺流程如下：金属液→搅拌、凝固→半固态坯料→输送→成形→检测[4]。其实，半固态模锻具有很多优势：第一，半固态金属坯料是在足够的压力下成形的，因此具有组织密实、颗粒较小等优势，可获得较高层次的力学性能；第二，半固态模锻技术可以轻松实现自动化生产，且生产出来的产品合格率较高；第三，由于合金材料在半固态状态下的粘度比熔融状态下的金属温度高，可在一定压力下形成层流，从而密实紧致的形态均匀填满模膛。尤其是在模锻终期高强度的压力作用下，可更好地填充薄壁部分，制造出结构较为复杂的零部件；第四，半固态模锻生产出来的零部件非常接近成品尺寸，可有效减少加工余量，提升材料使用效率；第五，半固态模锻成形压力小于普通模锻，可使用小型吨位压力机，有效节省生产空间，进而延长模具使用寿命[5]。

2.3 旋锻

旋锻又被称为“旋转锻造”和“径向锻造”，适用于两个及两个以上的模具。该项技术可使环绕坯料围绕外径旋转时，也向轴心施加高频率的脉冲径向力，进而使坯料按照模型成形或者拉伸，见图2。由图可见，旋锻是一种精密的金属成形加工工艺，具有以下特点：①采用旋锻技术加工出来的零部件具有连续的纤维流线，其强度优于切削加工件；②采用旋锻技术加工的零部件表面粗糙度质量会随坯料横截面压缩量的增加而增加，可进一步提升锻件的精度[6]；③采用旋锻技术加工出来的零部件表面会产生一定的压缩应力，进而有利于提高锻件的抗弯强度，减小制造企业成本支出；④采用旋锻技术可在加工过程中获得一些不同的工艺效果，提升零部件的生产精度和质量。

图2 旋锻机工作原理Fig.2 Working principle of rotary forging machine

2.4 液压成形

液压成形是模锻和吹塑原理的有机结合，主要是利用液体作为传力介质使坯料成形的塑性加工技术。其实，液压成形技术与吹塑成形技术原理非常相似，但不同的是液压成形技术无需利用气体，而是利用液体提升介质传递压力。在零部件成形过程中，仅需采用液体介质作为凸模或凹模，就可省掉一半的模具成本，并可加工出很多刚性凸模无法形成的复杂零件[7]。另外，采用液体作为传力介质具有实时可控性，能进一步根据程序给定的精度调控压力值[8]。因此，液压成形技术一般应用于复杂的管材、壳体等零件的加工与制造。

2.5 爆炸成形

爆炸成形是液压成形与吹塑成形原理的有机结合，主要是通过化学物质瞬间爆炸产生的高压冲击波作用于坯料，以此使坯料产生塑性变形而适用于模具，形成完整部件[9]。其原理详见图3。但是化学物质产生的高压冲击波只是一瞬间，短暂到微秒级。其实，爆炸成形原理与常规锻压工艺有着非常大的差异，但与吹塑成形却有着相似之处，都是运用压力将材料贴附在模具中，但其压力来源不同[10]。吹塑成形技术的压力来源是吹入气体的压力，爆炸成形技术的压力来源是化学物质爆炸产生的高压冲击波[11]。但相比情况下，爆炸成形技术有着更为广泛的应有市场和发展前景，这是由于该项技术可生产大型的复杂零件。

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

3 结束语

综上所述，随着时代的进步，制造行业的发展，锻压技术需要不断突破、优化和创新，才能从容面对动态的市场变化。这就需要锻压技术人员与时俱进，及时更新创新理念，优化锻压方法，采用温锻、旋锻、爆炸成形等新型锻压技术生产金属零件，并突破传统的跨界思维方式，树立勇于开拓、敢于创新的意识引领我国锻压技术朝着更加智能化、科学化的方向大步迈进。