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摘要：綜述了精密鍛造成形技術的研究與應用現狀，介紹了冷精鍛、熱精鍛、溫精鍛及復合精鍛工藝的應用現狀和發展方向；分析了精密鍛造設備的特點及應用現狀；總結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計、制造技術；從數值模擬和反向模擬兩個方面綜述了成形過程，模擬技術在精密鍛造工藝中的應用情況及存在的問題；介紹了精密鍛造工藝優化技術的研究現狀。最后對精密鍛造成形技術發展方向進行了展望。

關鍵詞：精密鍛造工藝；鍛造設備；模具；數值模擬；反向模擬；工藝優化

精密鍛造成形技術(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。精密鍛造成形技術是先進制造技術的重要組成部分，也是汽車、礦山、能源、建筑、航空、航天、兵器等行業中應用廣泛的零件制造工藝。精密鍛造成形技術不僅節約材料、能源，減少加工工序和設備，而且顯著提高生產率和產品質量，降低生產成本，從而提高產品的市場競爭能力。

經過30多年的發展，精密鍛造成形技術得到了飛速發展，取得了眾多的研究成果。文中從工藝方法、鍛造設備、模具、成形過程模擬和工藝優化等5個方面，總結近年來精密鍛造成形技術的發展狀況，并對精密鍛造成形技術未來的發展方向進行了展望。

1、精密鍛造工藝方法

目前已應用于生產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、復合精鍛、等溫精鍛等。

1.1熱精鍛工藝

鍛造溫度在再結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，容易成形比較復雜的工件，但是因強烈氧化作用，工件表面質量和尺寸精度較低。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，對鍛造設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。熱精鍛齒輪技術的開發應用在我國起步于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[；20世紀80年代，山東大學開展了傘齒輪精密鍛造工藝研發，并實現了產業化。由于經濟效益顯著，近年來熱精鍛工藝獲得了廣泛的應用。

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，表面質量好。冷鍛成形過程中，工件塑性差、變形抗力大，對模具和設備要求高，而且很難成形結構復雜的零件。為克服冷精鍛成形工藝變形抗力大、填充效果差的問題，相繼開發了一些新的工藝方法，主要包括閉塞鍛造、浮動凹模鍛造、預制分流鍛造等。

閉塞鍛造是在封閉凹模內通過1個或2個沖頭，單向或對向擠壓金屬一次成形。閉塞鍛造加工技術中所使用的上、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力狀態，塑性好，可以一次成形復雜形狀的零件，生產效率高，而且金屬流線沿鍛件外形連續分布，鍛件的力學性能好。

浮動凹模鍛造技術中的凹模不是固定的，會隨著鍛造過程進行發生浮動。這種設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，張清萍等提出了預制分流孔一分流鍛造的工藝方法。該工藝方法預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；在終鍛時，中心分流區起到分流材料的作用，改善了材料的流動狀態，從而降低成形載荷，改善坯料充填性。

近年來，冷鍛工藝在國內獲得一定的發展，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備，是中國目前冷鍛設備條件最好的企業。江蘇大豐森威集團汽車精鍛件廠是目前中國最大的專業化冷鍛廠，年產汽車、摩托車各類精密冷、溫鍛件總產量達4000t。一些典型的高難度冷鍛件如轎車等速萬向節外套、星形套、變速箱傳動軸等，在該廠均已實現批量生產。

1.3溫精鍛工藝

溫精鍛是在再結晶溫度之下某個適合的溫度下進行的精密鍛造工藝。溫鍛精密成形技術既突破冷鍛成形中變形抗力大、零件形狀不能太復雜、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量和尺寸精度的問題。它同時具有冷鍛和熱鍛的優點，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，需要高精度專門的鍛造設備，而且對模具結構和模具材料有較高的要求。

1.4復合精鍛工藝

隨著精鍛工件的日趨復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，能發揮冷、溫、熱鍛的優點，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的直齒錐齒輪的技術性能比較，從表中可以可以看出，復合精鍛工藝生產的工件其機械性能、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，復合精鍛工藝是目前精鍛工藝發展的一個重要方向。

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，他們的復合成形工藝代表了世界的領先技術。在國內，蔣鵬f5l和張崢嶸[6]等分別對熱、冷和溫、冷復合成形進行了研究。上海鐵福傳動軸公司用溫鍛/冷整形工藝大批量生產轎車等速萬向節外星輪，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有色金屬的精密成形。

等溫鍛造主要應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，不僅需大幅度提高鍛造設備的噸位，而且也易造成模具的開裂。

1.6精密鍛造工藝的發展趨勢

隨著制造業的發展，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)持續不斷的工藝革新。為了滿足成形零件的要求，降低生產成本，需要不斷的開發成形精度高、模具壽命長、生產效率高的精密鍛造成形新工藝。

2)復合工藝的開發。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，這就需要開發復合成形工藝，將不同溫度或不同工藝方法的鍛造工藝結合起來，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用范圍和加工能力。

3)基于知識的工藝設計。隨著精密鍛造設備工藝的不斷發展，工藝設計日趨復雜，為了提高工藝設計的可靠性和高效性，開發基于知識的專家系統是未來精密鍛造工藝設計的重要研究方向。

作者：王忠雷 趙國群(1.山東大學模具工程技術研究中心，濟南250061；2.山東建筑大學機電工程學院，濟南250101)

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