精密鍛造成形技術(shù)的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀，介紹了冷精鍛、熱精鍛、溫精鍛及復(fù)合精鍛工藝的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展方向；分析了精密鍛造設(shè)備的特點及應(yīng)用現(xiàn)狀；總結(jié)了精密鍛造模具的特點，介紹了模具彈性補償、高速切削、模具補焊等先進的模具設(shè)計、制造技術(shù)；從數(shù)值模擬和反向模擬兩個方面綜述了成形過程，模擬技術(shù)在精密鍛造工藝中的應(yīng)用情況及存在的問題；介紹了精密鍛造工藝優(yōu)化技術(shù)的研究現(xiàn)狀。最后對精密鍛造成形技術(shù)發(fā)展方向進行了展望。

        精密鍛造成形技術(shù)(凈成形)是指零件鍛造成形后，只需少量加工或不再加工即符合零件要求的成形技術(shù)。精密鍛造成形技術(shù)是先進制造技術(shù)的重要組成部分，也是汽車、礦山、能源、建筑、航空、航天、兵器等行業(yè)中應(yīng)用廣泛的零件制造工藝。精密鍛造成形技術(shù)不僅節(jié)約材料、能源，減少加工工序和設(shè)備，而且顯著提高生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，從而提高產(chǎn)品的市場競爭能力。

        經(jīng)過30多年的發(fā)展，精密鍛造成形技術(shù)得到了飛速發(fā)展，取得了眾多的研究成果。文中從工藝方法、設(shè)備、模具、成形過程模擬和工藝優(yōu)化等5個方面，總結(jié)近年來精密鍛造成形技術(shù)的發(fā)展狀況，并對精密鍛造成形技術(shù)未來的發(fā)展方向進行了展望。

1、精密鍛造工藝方法

目前已應(yīng)用于生產(chǎn)的精密鍛造工藝很多。按成形溫度不同可以分為熱精鍛、冷精鍛、溫精鍛、復(fù)合精鍛、等溫精鍛等。

1.1熱精鍛工藝

        鍛造溫度在再結(jié)晶溫度之上的精密鍛造工藝稱為熱精鍛。熱精鍛材料變形抗力低、塑性好，容易成形比較復(fù)雜的工件，但是因強烈氧化作用，工件表面質(zhì)量和尺寸精度較低。熱精鍛常用的工藝方法為閉式模鍛，由于下料不準，模具設(shè)計、制造精度不夠等原因，閉式模鍛最后合模階段變形抗力很大，對設(shè)備和模具造成較大的損害。解決該問題常用的方法是分流降壓原理，即在封閉型腔最后充滿的地方設(shè)置形狀與尺寸大小合理的分流降壓腔孔。當型腔完全充滿后坯料的多余金屬從分流腔孔擠出，這樣既解決了坯料體積與型腔體積不能嚴格相等的矛盾，同時又降低了型腔的內(nèi)部壓力，有利于提高模具壽命。

        早在20世紀50年代，由于缺乏足夠的齒輪加工機床，德國人開始用閉式熱模鍛的方法試制直齒錐齒輪。熱精鍛齒輪技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用在我國起步于20世紀70年代初期，成熟于20世紀80年代中后期。1970年上海機械化工藝研究所和上海汽車齒輪廠合作，對美國大道奇T234汽車差速器行星齒輪進行熱精鍛工藝成形試驗，并于1973年投資建立精鍛車間，進行批量生產(chǎn)[；20世紀80年代，山東大學(xué)開展了傘齒輪精密鍛造工藝研發(fā)，并實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。由于經(jīng)濟效益顯著，近年來熱精鍛工藝獲得了廣泛的應(yīng)用。

1.2冷精鍛工藝

        冷精鍛是在室溫下進行的精密鍛造工藝。冷精鍛工藝具有如下特點：工件形狀和尺寸較易控制，避免高溫帶來的誤差；工件強度和精度高，表面質(zhì)量好。冷鍛成形過程中，工件塑性差、變形抗力大，對模具和設(shè)備要求高，而且很難成形結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件。為克服冷精鍛成形工藝變形抗力大、填充效果差的問題，相繼開發(fā)了一些新的工藝方法，主要包括閉塞鍛造、浮動凹模鍛造、預(yù)制分流鍛造等。閉塞鍛造是在封閉凹模內(nèi)通過1個或2個沖頭，單向或?qū)ο驍D壓金屬一次成形。閉塞鍛造加工技術(shù)中所使用的上、下模具都是組合件，分別由上凹模、上沖頭、下凹模、下沖頭組成。在鍛造成形過程中，先將上、下凹模閉合，形成封閉模腔，同時對其施加足夠的壓力，然后用上、下沖頭對模膛內(nèi)的坯料進行擠壓成形(如圖1所示)。在鍛造過程中坯料處于強烈的三向壓應(yīng)力狀態(tài)，塑性好，可以一次成形復(fù)雜形狀的零件，生產(chǎn)效率高，而且金屬流線沿鍛件外形連續(xù)分布，鍛件的力學(xué)性能好。

        浮動凹模鍛造技術(shù)中的凹模不是固定的，會隨著鍛造過程進行發(fā)生浮動。這種設(shè)計降低了凹模與金屬變形體間的相對速度，減小了接觸面上摩擦力的影響，鍛件充填性能獲得較大提高，變形抗力大大下降。分流鍛造法通過在鍛件某一位置設(shè)置溢流口，使材料在充填型腔的過程中始終有自由流動的余地，從而提高型腔填充性，降低變形阻力和加工載荷。為了改善直齒圓柱齒輪精密鍛造的充型情況，張清萍等提出了預(yù)制分流孔一分流鍛造的工藝方法。該工藝方法預(yù)鍛時上模與下模帶有凸臺，在坯料兩端中心部分鍛造出分流區(qū)；在終鍛時，中心分流區(qū)起到分流材料的作用，改善了材料的流動狀態(tài)，從而降低成形載荷，改善坯料充填性。近年來，冷鍛工藝在國內(nèi)獲得一定的發(fā)展，江蘇太平洋精密鍛造公司引進日本小松公司的冷鍛機和先進的模具加工設(shè)備，是中國目前冷鍛設(shè)備條件最好的企業(yè)。江蘇大豐森威集團汽車精鍛件廠是目前中國最大的專業(yè)化冷鍛廠，年產(chǎn)汽車、摩托車各類精密冷、溫鍛件總產(chǎn)量達4000t。一些典型的高難度冷鍛件如轎車等速萬向節(jié)外套、星形套、變速箱傳動軸等，在該廠均已實現(xiàn)批量生產(chǎn)。

1.3溫精鍛工藝

        溫精鍛是在再結(jié)晶溫度之下某個適合的溫度下進行的精密鍛造工藝。溫鍛精密成形技術(shù)既突破冷鍛成形中變形抗力大、零件形狀不能太復(fù)雜、需增加中間熱處理和表面處理工步的局限性，又克服了熱鍛中因強烈氧化作用而降低表面質(zhì)量和尺寸精度的問題。它同時具有冷鍛和熱鍛的優(yōu)點，克服了二者的缺點。但是溫精鍛工藝鍛造溫度低、鍛造溫度范圍狹窄且對其鍛造范圍要求較為嚴格，需要高精度專門的設(shè)備，而且對模具結(jié)構(gòu)和模具材料有較高的要求。

1.4復(fù)合精鍛工藝

        隨著精鍛工件的日趨復(fù)雜以及精度要求提高，單純的冷、溫、熱鍛工藝已不能滿足要求。復(fù)合精鍛工藝將冷、溫、熱鍛工藝進行組合共同完成一個工件的鍛造，能發(fā)揮冷、溫、熱鍛的優(yōu)點，摒棄冷、溫、熱鍛的缺點。表1為采用3種不同的工藝方法生產(chǎn)的直齒錐齒輪的技術(shù)性能比較，從表中可以可以看出，復(fù)合精鍛工藝生產(chǎn)的工件其機械性能、尺寸精度、表面粗糙度與其它2個工藝相比，都有所提高[]。因此，復(fù)合精鍛工藝是目前精鍛工藝發(fā)展的一個重要方向。

        在國外，溫鍛十冷精整成形工藝以德國蒂森克虜伯公司為代表，他們的復(fù)合成形工藝代表了世界的領(lǐng)先技術(shù)。在國內(nèi)，蔣鵬f5l和張崢嶸[6]等分別對熱、冷和溫、冷復(fù)合成形進行了研究。上海鐵福傳動軸公司用溫鍛/冷整形工藝大批量生產(chǎn)轎車等速萬向節(jié)外星輪，江蘇太平洋精鍛公司采用熱(或溫)鍛/冷整形大批量生產(chǎn)齒輪等精鍛件。

1.5等溫精鍛工藝

        等溫精鍛是指坯料在趨于恒定的溫度下模鍛成形。為了保證恒溫成形的條件，模具也必須加熱到與坯料相同的溫度。等溫模鍛常用于航空航天工業(yè)中的鈦合金、鋁合金、鎂合金等難變形材料的精密成形，近年來也用于汽車和機械工業(yè)有色金屬的精密成形。等溫鍛造主要應(yīng)用于鍛造溫度較窄的金屬材料，尤其是對變形溫度非常敏感的鈦合金。等溫鍛造的零件一般具有薄的腹板、高筋和薄壁，此類零件坯料熱量很快被模具吸收，溫度迅速下降，采用普通鍛造方法，不僅需大幅度提高設(shè)備的噸位，而且也易造成模具的開裂。

1.6精密鍛造工藝的發(fā)展趨勢

        隨著制造業(yè)的發(fā)展，對精鍛成形零件的要求越來越高，也對精密鍛造工藝的研究和發(fā)展提出了更高的要求，目前精密鍛造工藝研究的主要方向有以下幾方面。

1)持續(xù)不斷的工藝革新。為了滿足成形零件的要求，降低生產(chǎn)成本，需要不斷的開發(fā)成形精度高、模具壽命長、生產(chǎn)效率高的精密鍛造成形新工藝。

2)復(fù)合工藝的開發(fā)。隨著成形零件工藝要求的不斷提高，單一的精密鍛造很難滿足要求，這就需要開發(fā)復(fù)合成形工藝，將不同溫度或不同工藝方法的鍛造工藝結(jié)合起來，取長補短共同完成一個零件的加工制造。也可以將精密鍛造工藝與其它精密成形工藝如精密鑄造、精密焊接等工藝進行組合，提高精密成形工藝的應(yīng)用范圍和加工能力。

3)基于知識的工藝設(shè)計。隨著精密鍛造工藝的不斷發(fā)展，工藝設(shè)計日趨復(fù)雜，為了提高工藝設(shè)計的可靠性和高效性，開發(fā)基于知識的專家系統(tǒng)是未來精密鍛造工藝設(shè)計的重要研究方向。