文/中國鍛壓協(xié)會(huì)

中國鍛造行業(yè)“十三五”發(fā)展綱要（連載五)

文/中國鍛壓協(xié)會(huì)

《中國鍛造行業(yè)“十三五”發(fā)展綱要（連載四）》見《鍛造與沖壓》2016年第19期

“十三五”期間的發(fā)展與需求分析

模鍛是鍛造重要的組成部分，模鍛按鍛造溫度分為熱鍛、溫鍛和冷鍛。模鍛行業(yè)追求的是熱、溫和冷精鍛。但獨(dú)立的熱、溫和冷精鍛成形技術(shù)都有其不可克服的弱點(diǎn)，為此開發(fā)使用的溫/熱精鍛、冷/熱精鍛、溫/冷精鍛技術(shù)或三種工藝復(fù)合鍛造技術(shù)成為了當(dāng)前的主要目標(biāo)。這些復(fù)合工藝不但具有節(jié)材和節(jié)能，以及提高零件產(chǎn)品力學(xué)性能和改善環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，還具有使金屬塑性成形性能更好、變形抗力小，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，生產(chǎn)效率更高的優(yōu)勢(shì)。

精鍛技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成部分之一，精鍛技術(shù)的進(jìn)步必然促進(jìn)金屬加工技術(shù)的快速發(fā)展。根據(jù)美國國家生產(chǎn)力委員會(huì)調(diào)查，在企業(yè)生產(chǎn)力的構(gòu)成中，制造技術(shù)的作用占62%。為獲得所需零件，約70%以上金屬材料需經(jīng)過塑性成形（含熱、溫和冷）為主的加工方式加工。從這個(gè)意義上講，全面發(fā)展熱、溫與冷精鍛技術(shù)具有重要的戰(zhàn)略和現(xiàn)實(shí)意義。

在積極發(fā)展熱、溫和冷精鍛技術(shù)和復(fù)合精鍛技術(shù)的同時(shí)，當(dāng)前和未來一段時(shí)間內(nèi)必須重點(diǎn)發(fā)展溫/熱精鍛技術(shù)，建立以結(jié)構(gòu)鋼和高強(qiáng)輕金屬為主的溫/熱精密鍛件材料的線膨脹系數(shù)、抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度、反映熱力學(xué)性能的真實(shí)應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系曲線或本構(gòu)關(guān)系等數(shù)據(jù)庫。以粘塑性有限元理論為基礎(chǔ)，研究溫/熱精鍛逆向設(shè)計(jì)方法，以現(xiàn)有體積成形模擬軟件為平臺(tái)，開發(fā)溫/熱精密模鍛優(yōu)化設(shè)計(jì)的模擬分析系統(tǒng)。完善黑色金屬溫/熱精鍛工藝，擴(kuò)大多工位溫/熱精鍛和閉式無飛邊溫/熱精鍛工藝應(yīng)用的范圍。進(jìn)一步研究高強(qiáng)度輕金屬流動(dòng)控制成形新技術(shù)，推廣其應(yīng)用范圍。掌握和推廣應(yīng)用溫/熱精鍛模CAD/CAM技術(shù)。開發(fā)多工位和雙動(dòng)/三動(dòng)溫/熱精鍛壓力機(jī)（包括機(jī)械壓力機(jī)和高精高效液壓機(jī)）。開發(fā)無污染的新型潤(rùn)滑劑和自動(dòng)化潤(rùn)滑技術(shù)及裝置。開發(fā)并推廣應(yīng)用溫/熱精鍛自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)，建立自動(dòng)化生產(chǎn)線。建立溫/熱精鍛成形工藝技術(shù)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)。

精鍛技術(shù)應(yīng)用前景十分廣泛，要解放思想，拓展應(yīng)用。要積極發(fā)展航空航天飛行器關(guān)鍵零件高強(qiáng)度難加工材料的溫/熱精密鍛造，以及轎車零件輕量化溫/熱精鍛成形和基于亞微米、微米尺寸級(jí)別的溫/熱微成形和高溫高壓條件下陶瓷金屬材料的精密鍛造等。在發(fā)展小型鍛件溫?zé)峋懙幕A(chǔ)上，向大中型鍛件溫?zé)峋懓l(fā)展，由單個(gè)鍛件溫?zé)峋懴蛞粋€(gè)部件中的主要零件都采用溫?zé)峋懠煞较虬l(fā)展。注重開發(fā)軌道交通領(lǐng)域、坦克及裝甲車等高速重載承力件的精鍛生產(chǎn)，取代鑄鋼件以提高其力學(xué)性能。開發(fā)生產(chǎn)轎車懸掛系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向節(jié)、左/右轉(zhuǎn)向臂、左/右拉桿、輪圈和連桿鋁合金鍛件，以高強(qiáng)度鋁合金取代結(jié)構(gòu)鋼實(shí)現(xiàn)輕量化。發(fā)展大功率發(fā)動(dòng)機(jī)和轎車無噪聲空調(diào)壓縮機(jī)等中高硅鋁合金零件，以熱精密鍛件取代壓鑄件以提高其內(nèi)在與表面質(zhì)量，開發(fā)以整體精鍛成形取代兩個(gè)或兩個(gè)以上的零件焊接或鉚接或螺紋連接為整體的分體制造。研究板鍛與管鍛成形，實(shí)現(xiàn)以薄代厚、以空代實(shí)的輕量化制造；積極使用成形過程數(shù)值模擬及工藝參數(shù)優(yōu)化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)鍛造工藝的持續(xù)改進(jìn)。表1列出了未來主要的精密模鍛技術(shù)與產(chǎn)品應(yīng)用范圍。

材料對(duì)模鍛生產(chǎn)影響巨大。應(yīng)開展新材料成分、熱變形行為、缺陷和組織性能控制研究。研究材料成分與組織性能關(guān)系。冶鑄與鍛造及鍛造與熱處理界面的技術(shù)研究需要加強(qiáng)。非調(diào)質(zhì)鋼應(yīng)用的基礎(chǔ)研究應(yīng)受到重視。建立非調(diào)質(zhì)鋼材料指標(biāo)，包括鍛造工藝參數(shù)的規(guī)范、鍛后控冷參數(shù)、鍛后工序工藝參數(shù)和缺陷的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。與此同時(shí)，也需要統(tǒng)一調(diào)質(zhì)鋼金相組織的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)一國標(biāo)GB/T 3077-2015力學(xué)性能調(diào)質(zhì)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中淬火油的牌號(hào)，確定淬火油的冷卻特性檢測(cè)及標(biāo)準(zhǔn)范圍，用于統(tǒng)一行業(yè)內(nèi)的熱處理規(guī)范。

自由鍛也是鍛造行業(yè)的重要組成部分，自由鍛技術(shù)發(fā)展以突出節(jié)能、節(jié)材為主線，以發(fā)展材料、鍛造工藝、熱處理和機(jī)加工一體化研究為突破口發(fā)展技術(shù)。自由鍛中的大鍛件鍛造技術(shù)與產(chǎn)品質(zhì)量是衡量自由鍛造行業(yè)水平的重要標(biāo)志。

“十三五”期間，需要集中解決火電和核電全系列鍛件，包括核電用泵、閥、管板及其隔板等的鍛造成形。要特別重視核電使用的量少、價(jià)高的特種中小型鍛件開發(fā)和生產(chǎn)?！笆濉逼陂g，要能徹底國產(chǎn)化發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、汽輪機(jī)軸、高檔軋輥和船用低速曲軸鍛件，特別要在產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性和控制成本上有重大進(jìn)步，克服用戶使用的不安全感，從而在國際市場(chǎng)上確立有利競(jìng)爭(zhēng)地位。未來隨著電力行業(yè)的發(fā)展，高檔大口徑厚壁無縫鋼管和大型環(huán)件仍有一定的發(fā)展空間，依據(jù)當(dāng)前的情況看，大鍛件未來技術(shù)發(fā)展主要集中在超超臨界轉(zhuǎn)子用（9～12）Cr超純凈鋼冶煉工藝；大型特種Ni基、稀土特鋼鋼錠的冶煉控制和澆鑄技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化在線控制煉鋼工藝。通過冶煉及澆鑄專家診斷分析系統(tǒng)研究，完善電爐冶煉、鋼包精煉及大鋼錠澆鑄的智能控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工藝設(shè)計(jì)及冶煉、澆鑄全過程計(jì)算機(jī)控制，穩(wěn)定控制大鍛件冶金質(zhì)量，化學(xué)成分【C】穩(wěn)定控制在0.01%偏差范圍內(nèi)，偏析不大于1.04，【H】不大于1ppm，合金結(jié)構(gòu)鋼【O】不大于15ppm。建立大鍛件鍛造過程關(guān)鍵質(zhì)量指標(biāo)控制體系，開發(fā)在線檢測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)和裝置，實(shí)現(xiàn)大鍛件鍛造過程中的數(shù)字化在線檢測(cè)。集中研究船用中、低速柴油機(jī)曲軸毛坯低成本鍛造工藝，集中解決鍛造工藝和成本控制方案。建立大直徑筒節(jié)鍛造與軋制復(fù)合工藝推廣的相關(guān)制度（首臺(tái)套保險(xiǎn)制度；增值稅優(yōu)惠政策等）。推動(dòng)90萬千瓦以上級(jí)雙18護(hù)環(huán)鍛件在國內(nèi)用戶的使用和工藝完善；推動(dòng)電力企業(yè)采用國產(chǎn)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子與汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子等特大型鍛件；開展大型鋼錠材料成分、宏觀偏析、純凈度及冶金缺陷等精確控制技術(shù)研究、大鍛件內(nèi)部夾雜缺陷、裂紋缺陷以及粗晶、混晶等材料組織缺陷形成機(jī)制及控制技術(shù)研究等，并要在材料、冶鑄、鍛造和熱處理等單項(xiàng)技術(shù)的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)大鍛件制造全流程的技術(shù)集成研究。建立特種材料技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，加快制定特定零件的國內(nèi)技術(shù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，編制在國際上適用的中英文對(duì)照行業(yè)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)國際化。國家應(yīng)設(shè)立課題，發(fā)揮中國鍛壓協(xié)會(huì)大鍛件理事會(huì)作用，組織開展切實(shí)的調(diào)查研究，確定煉鋼質(zhì)量控制和鍛造難點(diǎn)（包括加熱、鍛造、熱處理及檢驗(yàn)工序）。國家利用購買服務(wù)的形式，發(fā)揮行業(yè)協(xié)會(huì)或中介機(jī)構(gòu)的作用，推動(dòng)組建基于技術(shù)層面上的大鍛件開發(fā)制造一條龍機(jī)構(gòu)。建立由電力、船舶和冶金企業(yè)與大鍛件生產(chǎn)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制訂、技術(shù)開發(fā)聯(lián)盟，實(shí)現(xiàn)用戶與制造商的聯(lián)動(dòng)，推進(jìn)用戶企業(yè)參與同步開發(fā)。

表1 精密模鍛成形技術(shù)及產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域

研究和推廣鍛造產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵工藝和裝備，以及模具和生產(chǎn)制造系統(tǒng)的自動(dòng)化、數(shù)字化和信息化整體集成解決方案、核心技術(shù)研發(fā)需求會(huì)逐步加大。提升鍛造行業(yè)智能化制造水平。研究開發(fā)鍛造裝備，配備嵌入式的鍛造材料數(shù)據(jù)庫和鍛造工藝智能化軟件、智能化鍛造車間的鍛造生產(chǎn)管理系統(tǒng)及軟件、鍛造車間環(huán)境監(jiān)測(cè)智能管理系統(tǒng)；大力推動(dòng)鍛造行業(yè)制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES）與企業(yè)資源計(jì)劃管理系統(tǒng)(ERP）的正確和廣泛使用。

模具加工設(shè)備是保障模具質(zhì)量的重要基礎(chǔ)，高精度模具加工設(shè)備仍然是行業(yè)追求的目標(biāo)。目前硬度低于70HRC復(fù)雜型面的加工精度能達(dá)到0.01mm，將硬度高于76HRC的模具加工精度提高至0.001mm，對(duì)于模具加工來說是場(chǎng)革命。開發(fā)低成本彈性變形近零的冷作鍛造用模具鋼，將有助于大大提高精密成形產(chǎn)品精度。高速銑的使用將穩(wěn)步發(fā)展，逐漸擴(kuò)大。低檔的模具雕銑將會(huì)在較大范圍替代傳統(tǒng)的放電加工。隨著雕銑機(jī)性能的不斷提升，將會(huì)擠占一部分本應(yīng)是高速銑的市場(chǎng)份額。

綠色擠壓生產(chǎn)是擠壓裝備與技術(shù)發(fā)展的主要趨勢(shì)之一，高效低能耗擠壓裝備系列化，形成系列化行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)在行業(yè)內(nèi)全面推廣顯得尤為重要。建立擠壓過程能耗計(jì)算理論體系，推動(dòng)擠壓工藝技術(shù)的發(fā)展必須引起重視。在建立擠壓過程能耗計(jì)算理論體系的基礎(chǔ)上，結(jié)合目前網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，通過程序研究，建立綠色擠壓生產(chǎn)裝備能效智能管理系統(tǒng)，提高擠壓裝備的“智商”。

加強(qiáng)大中型全液壓徑向鍛造壓機(jī)設(shè)計(jì)開發(fā)。以大中型全液壓徑向鍛造裝備為研究對(duì)象，通過理論分析和技術(shù)研究，解決徑向鍛造裝備的關(guān)鍵技術(shù)難題，掌握核心技術(shù)。在研制大中型徑向鍛造裝備的同時(shí)也必須要開展相應(yīng)的鍛造工藝研究。

大型模鍛壓機(jī)的增壓技術(shù)應(yīng)得到重視。近年來，隨著我國大飛機(jī)、軌道交通及大型發(fā)電設(shè)備等技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)大型模鍛件的需求快速增長(zhǎng)。而我國模鍛液壓機(jī)相比自由鍛造壓機(jī)，還未形成合理的規(guī)格系列，規(guī)格和類型分布尚欠合理。100MN模鍛壓機(jī)數(shù)量偏多（據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，多達(dá)六臺(tái)），而在已建成的400MN～800MN之間檔距過大。隨著設(shè)備壓力的不斷提高，液壓系統(tǒng)工作介質(zhì)壓力由高壓向超高壓發(fā)展，有的甚至高達(dá)63MPa，這使得液壓系統(tǒng)過于龐大，投資加大。采用工作缸內(nèi)增壓技術(shù)，實(shí)現(xiàn)超高壓力輸出的技術(shù)路線，可使模鍛壓機(jī)工作缸數(shù)量減少、甚至采用單缸結(jié)構(gòu)，使得壓機(jī)結(jié)構(gòu)更加緊湊，剛度更好。同時(shí)減少了投資，節(jié)約了能源。

《中國鍛造行業(yè)“十三五”發(fā)展綱要(連載六）》見《鍛造與沖壓》2016年第23期