精密鍛造是一種既古老又在現(xiàn)代工業(yè)中發(fā)揮著重要作用的加工方法，該方法可追溯到公元前40世紀(jì)自然金屬如金、銀的成形。在現(xiàn)代工業(yè)的今天，展現(xiàn)在我們眼前的是全自動(dòng)高速鍛造生產(chǎn)線。最為典型的可舉出曲軸、連桿熱鍛生產(chǎn)線，齒輪、十字頭的冷鍛生產(chǎn)線以及以緊固件為代表的高速冷鍛機(jī)成形。
　　從“趁熱打鐵”可以自然的想到鍛造是在高溫下進(jìn)行的。自1938年德國發(fā)明了磷化皂化技術(shù)以來，冷鍛技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。二戰(zhàn)期間的德國，為了以鋼材代替銅來生產(chǎn)彈殼等軍工產(chǎn)品，發(fā)明了既具有附著性又兼?zhèn)涓哐诱剐缘牧谆砘つぁ６?zhàn)結(jié)束以后，此技術(shù)先傳到美國，進(jìn)而很快普及到全世界。60年代以后，汽車的大量生產(chǎn)又為冷鍛技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)造了廣闊的天地。
　　模鍛是使用與成形零件具有同樣形狀的模具，通過使金屬變形而直接成形，所以適合于大批量生產(chǎn)。可以預(yù)言，隨著我國對汽車的潛在要求，精密鍛造的春天就要到來。本文主要對精密鍛造技術(shù)特別是日本鍛造技術(shù)的現(xiàn)狀以及作者本人近年來所從事的一些有關(guān)鍛造技術(shù)的工作做一介紹。
　　2精密鍛造的現(xiàn)狀就當(dāng)今的精密鍛造而言，無論在普及性還是在技術(shù)水平方面，日本可謂首屈一指。究其原因：日本的汽車工業(yè)后于美國及德國，要與其競爭，則必須要求低成本在大批量生產(chǎn)方面，冷鍛具有強(qiáng)大的競爭力，加之在工業(yè)化初期，行業(yè)間的配合，尤其是在冷鍛材料的開發(fā)方面成績突出。在日本冷鍛技術(shù)于1955年首先應(yīng)用于自行車零件。60年代后隨著汽車工業(yè)的蓬勃發(fā)展，冷鍛作為支柱產(chǎn)業(yè)之一也得到了快速發(fā)展。一臺日本的轎車中，除了緊固件之外，冷鍛件的使用量已達(dá)50kg以上。
　　2.1冷鍛材料正像世界上任何事物都具有兩重性一樣，冷鍛零件可以做到少無切屑加工，降低了成本但它對原材料要求非常嚴(yán)格，要求尺寸精度高，延性好，硬度低，內(nèi)部及表面不允許有任何微小裂紋。從而對煉鋼及軋制都提出了很高的要求。為了提高材料的延性，除要控制鋼中的硫、磷以及氧化物的含量外，有的甚至對軋材還要進(jìn)行去皮加工，以便材料在室溫狀態(tài)下能經(jīng)受強(qiáng)烈的變形而不產(chǎn)生開裂。一般來說，冷鍛是在密閉模腔中成形的，為此，要求有很好的下料精度，一般要求在0.8%以上，所以冷鍛用棒、線材通常要經(jīng)過冷拔加工得到一致的外徑尺寸。通常冷鍛盤料的冷拔加工是在磷化皂化后進(jìn)行的，而棒料則在磷化皂化和下料之前進(jìn)行。
　　2.2精密設(shè)備冷鍛設(shè)備主要有兩種裝備：一是高速冷鍛機(jī)，二是壓力機(jī)。高速冷鍛機(jī)是一種多工位全自動(dòng)鍛造設(shè)備，一般使用盤料，裝備有下料裝置。冷鍛機(jī)的最快行程速度已達(dá)到每分鐘1000次，最多工位數(shù)已達(dá)7個(gè)，最大噸位達(dá)800t，生產(chǎn)的鍛件重達(dá)8kg.由于冷鍛機(jī)具有多個(gè)成形工位并采用臥式，所以適合于生產(chǎn)軸類、筒類等零件（）。機(jī)械壓力機(jī)的成形工位一般不大于3個(gè)。由于生產(chǎn)中采用了模架結(jié)構(gòu)，從而增加了導(dǎo)向精度，還可以實(shí)現(xiàn)復(fù)合動(dòng)作。
　　因而適合于密閉式成形。精鍛齒輪、十字頭等都是在該類機(jī)器上生產(chǎn)出來的（）。機(jī)械壓力機(jī)的速度一般在每分30次以下，噸位已到2000t以上。冷鍛壓力機(jī)的結(jié)構(gòu)與一般的熱鍛或沖床壓力機(jī)不同，主要采用肘桿式或多連桿式。其目的之一是盡量延猛材料的彈性恢復(fù)而帶來的精度不良。壓力機(jī)有人工操作和自動(dòng)式兩種，在發(fā)達(dá)國家以自動(dòng)為主。自動(dòng)式壓力機(jī)裝備了供料裝置和夾料傳送裝置。壓力機(jī)使用下好的坯料，下料方法主要有剪切、鋸切，有時(shí)根據(jù)需要，對經(jīng)剪切、鋸切的坯料再進(jìn)行端面磨削，以便達(dá)到更高的重量精度要求。
　　3冷鍛工藝的設(shè)計(jì)由于冷鍛件種類繁多，形狀復(fù)雜，加之成形壓力極高，因而具有相當(dāng)高的成形難度。冷鍛是把簡單形狀的坯料通過直接變形加工成形零件的，一般要經(jīng)過幾個(gè)變形工位，經(jīng)過逐次成形來實(shí)現(xiàn)所要求的形狀。最后成形的鍛件質(zhì)量將受到機(jī)器、材料、模具以及潤滑等因素的影響，一次完全掌握和控制這些因素是非常困難的。在生產(chǎn)中主要是靠設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)和通過反復(fù)試模來進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)的。
　　鍛造力的預(yù)測在冷鍛工藝的制定以及設(shè)備的選擇方面至關(guān)重要，它往往是影響鍛造成效的關(guān)鍵因素。為了能夠比較精確地預(yù)測鍛造力，材料流動(dòng)狀態(tài)的FE模擬技術(shù)已得到普遍的應(yīng)用，但是要想成功地應(yīng)用該技術(shù)必須掌握一定的塑性力學(xué)知識。
　　最近，研究人員試圖開發(fā)一個(gè)把經(jīng)驗(yàn)法則和塑性理論及FE模擬融合在一起的鍛造CAE系統(tǒng)，以解決不同層次的問題。
　　冷鍛工藝的設(shè)計(jì)，首先從鍛造圖出發(fā)，想象幾種可能的鍛造變形工序。對各變形工序的材料流動(dòng)以及所需噸位進(jìn)行分析后，通過模具設(shè)計(jì)、制模、試模、修模等過程最后應(yīng)用于生產(chǎn)，為該過程的流程。盡管鍛件的形狀千姿百態(tài)，但通過總結(jié)也不難發(fā)現(xiàn)最后的形狀是由一些規(guī)則的變形樣式組合得到的。這些變形樣式可歸類為端面矯正（對于剪床下料）正擠壓、反擠壓、鐓粗、閉式鍛造、穿孔、各種精整加工以及上述簡單加工方法的組合。
　　給出了用在冷鍛機(jī)上的一個(gè)工藝設(shè)計(jì)方案。為了得到最終的零件形狀采用了5個(gè)成形工序。齒輪的冷鍛工藝顯示在中。它是在壓力機(jī)上鍛造出來的，只需3個(gè)工序。
　　壞料飧成形W密校講沖孔壓力機(jī)上的變形工序4工藝設(shè)計(jì)輔助系統(tǒng)在多年鍛造工藝研究及設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，作者開發(fā)了一個(gè)鍛造工藝設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)。該軟件的設(shè)計(jì)思想來源于工業(yè)生產(chǎn)，其宗旨著眼于應(yīng)用性和簡便性，基本構(gòu)成如所示41.該系統(tǒng)由4個(gè)模塊組成：構(gòu)、工藝方案以及相關(guān)的技術(shù)規(guī)則。“基礎(chǔ)參數(shù)”包括材料的屈服應(yīng)力、摩擦系數(shù)和模具材料特性。在“近似解析”中，以塑性理論為基礎(chǔ)，以大量的窗口中進(jìn)行計(jì)算。
　　在這里，根據(jù)鍛造中的成形特性，鍛造樣式被分成了6個(gè)大類，并在大類下分小類，各個(gè)小類中又含有不同幾何形狀。對于沒有指定的幾何形狀可在“任意幾何形狀”項(xiàng)目中進(jìn)行估算。該系統(tǒng)已在日本的30多家公司進(jìn)行了試用，被證實(shí)具有相當(dāng)高的預(yù)測精度，在幫助工程技術(shù)人員進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)方面具有很好的效果。
　　5精鍛模具的制造依據(jù)鍛造工序變形圖以及鍛造機(jī)的相關(guān)尺寸，設(shè)計(jì)模具圖。模具的一般制造過程如所示。0展示了一些典型的最新精鍛模具。鍛造尤其是冷鍛，由于成形面壓很大，模具一般都采用預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)（即多套裝式）即一個(gè)模具由模芯和一個(gè)或多個(gè)預(yù)應(yīng)力套筒組成。模芯一般采用超硬合金材料（WC），套筒則選用韌性較好的模具鋼（H13）。在多層結(jié)構(gòu)中，中間套筒也有采用超硬合金的情況。超硬合金的模芯材料由于價(jià)格很高且不易加工，一般在粉末冶金階段直接做成與模腔接近的形狀而只和電火花加工。但隨著刀具的進(jìn)步，近年來切削加工也得到了應(yīng)用。在電火花放電加工中，所用電極的加工方法及精度正在不斷提高，已達(dá)到2Mm以下的精度。二維形狀的電極由NC車床來加工，而三維形狀則要在加工中心或一些專用NC機(jī)器上來完成。1是一種新型電極加工中心的照片。近幾年，放電加工技術(shù)也得到了發(fā)展，主要體現(xiàn)在高速度、放電精度以及放電表面粗糙度上面。放電后的表面粗糙度已達(dá)到10%！以下，從而大大減小了模具表面研磨拋光時(shí)間。
　　在精密鍛造中，模具的表面粗糙度將直接傳遞給鍛件，所以一般要求粗糙度在0.4%m以下。除粗糙度要求以外，由于是模具制造的最后工序，還要求在研磨拋光過程中不能破壞尺寸精度，因此是模具制造的一個(gè)重要工序。研磨拋光加工主要靠手工操作，近年來自動(dòng)研磨拋光機(jī)也得到了應(yīng)用。熱處理在模具制造中扮演著極其重要的角色，尤其是對高速工具鋼（JIS，SKH系列），溫度控制以及熱處理工藝都要求很高。在日本幾乎所有的工具鋼熱處理都在真空爐中進(jìn)行。但對于高速工具鋼，采用鹽浴處理也相當(dāng)普遍。提高加熱溫度的均勻性以及防止熱處理變形也是模具熱處理的關(guān)鍵因素，即使是其中許多技能性的因素（如模具在爐中的擺放狀態(tài)，促進(jìn)均熱的技巧等）也都是應(yīng)該嚴(yán)格要求的。
　　6結(jié)論鍛造行業(yè)正在發(fā)生著全球性的變化，從降低生產(chǎn)成本的角度，鍛造業(yè)正在由發(fā)達(dá)國家向發(fā)展中國家轉(zhuǎn)移，另一動(dòng)向就是增加鍛件的附加價(jià)值，提高鍛造的生產(chǎn)率等。如熱、溫、冷鍛技術(shù)的結(jié)合以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜零件的精密鍛件化，鍛造與沖壓技術(shù)的結(jié)合，鍛造與焊接、鉚接技術(shù)的結(jié)合等。非鐵合金的鍛造技術(shù)如鐵合金、鋁合金以及鎂合金的鍛造技術(shù)也倍受關(guān)注。
　　在鍛造工藝的設(shè)計(jì)方面，開發(fā)和使用CAE技術(shù)則是近幾年來的研究焦點(diǎn)并取得了相當(dāng)?shù)倪M(jìn)展，但今后的道路還很長。二維的FE模擬可以說已達(dá)到了工業(yè)應(yīng)用階段，盡管三維商用程序已很多，但由于受到網(wǎng)格再分割技術(shù)和計(jì)算機(jī)速度等限制，可以說離工業(yè)應(yīng)用還有一段距離。FE模擬與近似解析以及經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)相結(jié)合的集成CAE系統(tǒng)，近年來得到了開發(fā)和應(yīng)用。但在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的建立和實(shí)例的收集方面還有很多工作要做。在新的鍛造工藝技術(shù)的開發(fā)方面，如閉塞式成形和背壓技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，解決了傘齒輪、十字頭萬向節(jié)內(nèi)環(huán)、螺旋泵等零件的精鍛問題，但如螺旋齒輪的精密鍛造技術(shù)等還有待研究開發(fā)。精密鍛件的精度也在向微米級水平邁進(jìn)，而影響鍛造精度的溫度、彈性變形、下料精度等因素的綜合鍛造技術(shù)的開發(fā)已被提上日程