文／張金 · 中國鍛壓協(xié)會(huì)

本文收集整理了2018年以來的鍛件鍛造行業(yè)資料和行業(yè)需求，一些內(nèi)容或項(xiàng)目可能已經(jīng)過時(shí)，也許有一些已經(jīng)得到解決，列于此處，便于行業(yè)企業(yè)參考和了解技術(shù)發(fā)展脈絡(luò)。

鍛件鍛造行業(yè)

⑴自動(dòng)化生產(chǎn)線的穩(wěn)定性與諸多因素有關(guān)。首先，模具壽命沒有達(dá)到3000件以上，就要優(yōu)先提高模具壽命，減少換模時(shí)間。其次，鍛件訂單批量足夠，如果不能穩(wěn)定兩班生產(chǎn)，就不要輕易考慮上全自動(dòng)生產(chǎn)線，而是用機(jī)器人或機(jī)械手實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)化，解決搬運(yùn)問題，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。最后，自動(dòng)化生產(chǎn)線具有信息自動(dòng)處理和自動(dòng)控制功能，執(zhí)行機(jī)構(gòu)按照設(shè)計(jì)的要求就能完成預(yù)定的動(dòng)作。某些生產(chǎn)線節(jié)拍特殊，自動(dòng)化生產(chǎn)線比人工操作會(huì)有20%～30%的損失，但是自動(dòng)化生產(chǎn)線可以24小時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)。

⑵想要自動(dòng)化生產(chǎn)線高效率運(yùn)行，防止工件傳輸失敗是重要環(huán)節(jié)。坯料和工件準(zhǔn)確定位、夾持，避免跳料問題的出現(xiàn)，在模具設(shè)計(jì)過程中一定要認(rèn)真研究。

⑶鍛造坯料的溫度控制是影響鍛件質(zhì)量非常關(guān)鍵的因素。自動(dòng)加熱技術(shù)包括了自動(dòng)上下料系統(tǒng)和感應(yīng)加熱裝置：用光電編碼器檢測(cè)上料速度，控制生產(chǎn)節(jié)拍；紅外輻射溫度計(jì)和光電開關(guān)共同完成坯料溫度的測(cè)量和控制溫度分選機(jī)構(gòu)動(dòng)作的執(zhí)行，保證溫度合格的坯料進(jìn)入鍛造工序。

⑷保持自動(dòng)化生產(chǎn)線的干凈和整潔是非常突出的問題，定時(shí)定點(diǎn)地對(duì)潤滑冷卻系統(tǒng)以及設(shè)備系統(tǒng)每一個(gè)點(diǎn)位的電壓和電流測(cè)試是比較有效的辦法。

⑸節(jié)約材料是鍛造永恒的課題，從材料利用率來確定工藝優(yōu)化目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)每一個(gè)生產(chǎn)要素的優(yōu)化。一個(gè)優(yōu)秀的鍛造工程師不僅僅是注重新品開發(fā)，更要不斷優(yōu)化工藝，持續(xù)開展降低材料消耗和提升生產(chǎn)率的工作。

⑹鍛件鍛造工藝模擬軟件應(yīng)用成為了行業(yè)的一個(gè)軟肋，如何在生產(chǎn)實(shí)踐中用好模擬軟件已經(jīng)成為一個(gè)難點(diǎn)。大部分的研究人員，僅在試驗(yàn)研究階段的模擬比較多見；加快模擬技術(shù)在研究成果產(chǎn)業(yè)化推廣中的應(yīng)用，必須予以重視。

⑺降低每個(gè)鍛件的成本，才能獲得市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。測(cè)算每一類產(chǎn)品的制造費(fèi)用并核算到每個(gè)工序，實(shí)施有的放矢的考核措施，才能獲得成效。例如每個(gè)鍛件減少0.1～1元的成本，即實(shí)施1元錢工程。在制品和庫存數(shù)量的控制是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，如果材料占用資金特別大(3億元銷售額占用超過5000萬元或更高)，每年就會(huì)減少6%的利潤。

⑻材料費(fèi)用占鍛件價(jià)格的比例較高，因此材料價(jià)格與銷售價(jià)格漲跌必須匹配，在價(jià)格上按照國際慣例執(zhí)行。不要在材料上留下雙方合作的隱患，該漲價(jià)漲價(jià)、該降價(jià)降價(jià)，不要總是漲價(jià)，而沒有降價(jià)，要形成與市場(chǎng)價(jià)格聯(lián)動(dòng)的機(jī)制。

⑼“雙碳”目標(biāo)關(guān)乎到每個(gè)企業(yè)未來的發(fā)展，鍛造行業(yè)的碳排放究竟如何，每一個(gè)企業(yè)必須予以精確的統(tǒng)計(jì)和計(jì)算，找到薄弱環(huán)節(jié)，及時(shí)投入相關(guān)的技術(shù)和裝備建立有效的能源管理措施，加強(qiáng)污染物治理。根據(jù)鍛造企業(yè)的生產(chǎn)情況，對(duì)照《綠色工廠評(píng)價(jià)通則》國家標(biāo)準(zhǔn)，盡可能地滿足國家或者地方相關(guān)法律法規(guī)及標(biāo)準(zhǔn)的要求，從建筑材料、建筑結(jié)構(gòu)、采光照明、綠化及場(chǎng)地、再生資源及能源利用等方面進(jìn)行節(jié)材、節(jié)能、節(jié)水、節(jié)地、無害化及可再生能源利用。

⑽根據(jù)不同產(chǎn)品鍛造工藝，從模具結(jié)構(gòu)、模具表面處理，模具壽命，模具翻新修復(fù)方式與鍛造設(shè)備噸位、打擊能量之間的關(guān)系等進(jìn)行研究，積累經(jīng)驗(yàn)，建立數(shù)據(jù)庫，形成專家系統(tǒng)，是企業(yè)數(shù)字化、智能化發(fā)展的重要基礎(chǔ)。模鍛工藝、模具設(shè)計(jì)是知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)長(zhǎng)期積累固化的復(fù)雜過程。預(yù)鍛模、終鍛模的邏輯關(guān)系是反復(fù)試驗(yàn)、反復(fù)修正的結(jié)果。在數(shù)字化和智能化的環(huán)境下，可以提高設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量。

⑾鍛件產(chǎn)品的數(shù)字化設(shè)計(jì)成為現(xiàn)代化的鍛造設(shè)計(jì)手段。CAD(計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì))技術(shù)在企業(yè)中越來越廣泛地投入應(yīng)用，但是由于存在各種各樣的制約因素，CAD技術(shù)的優(yōu)勢(shì)并沒有發(fā)揮出應(yīng)有的作用。其中之一就是，CAD標(biāo)準(zhǔn)體系可以建立圖文并茂、參數(shù)化的標(biāo)準(zhǔn)件庫，替代各種形式的標(biāo)準(zhǔn)化手冊(cè)，促進(jìn)企業(yè)掌握和運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)，減少重復(fù)設(shè)計(jì)勞動(dòng)。

⑿由于高強(qiáng)鋼、有色金屬鍛造的鍛件具有綜合力學(xué)性能、耐蝕性好等優(yōu)勢(shì)，在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國防軍工等領(lǐng)域有了更加廣泛地應(yīng)用，特別是能夠滿足裝備制造業(yè)輕量化的要求，其應(yīng)用前景更加令人關(guān)注。冷溫成形由于沒有加熱過程或者加熱溫度低的優(yōu)點(diǎn)，必定是未來低碳成形的發(fā)展趨勢(shì)，也是重點(diǎn)發(fā)展的領(lǐng)域。

⒀材料精準(zhǔn)本構(gòu)模型開發(fā)研究，建立材料溫度-應(yīng)力-應(yīng)變數(shù)據(jù)庫和材料潤滑劑摩擦系數(shù)數(shù)據(jù)庫，提高CAE 仿真的準(zhǔn)確度，推動(dòng)基礎(chǔ)工藝進(jìn)步。根據(jù)不同材料牌號(hào)，鍛件尺寸結(jié)構(gòu)和材料成分偏析性能等，建立鍛件材料數(shù)據(jù)庫。以鍛件材料及尺寸等級(jí)進(jìn)行分類，完善材料基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、工藝參數(shù)和設(shè)備信息，為全行業(yè)工藝技術(shù)人員提供開發(fā)新產(chǎn)品，突破材料成形極限，優(yōu)化工藝路線，大幅度提升工藝水平的基礎(chǔ)，為配套領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)輕量化、節(jié)能環(huán)保創(chuàng)造必要條件。

⒁尖端材料基礎(chǔ)特性及變形機(jī)理研究，加強(qiáng)大鍛件基礎(chǔ)共性技術(shù)研究，如新材料成分、熱變形行為、缺陷和組織性能控制、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)、大鍛件內(nèi)部夾雜性缺陷、裂紋性缺陷以及粗晶和混晶等材料組織缺陷形成機(jī)制及控制技術(shù)研究等等。并在材料、冶鑄、鍛造和熱處理等單項(xiàng)技術(shù)基礎(chǔ)上，加強(qiáng)大鍛件制造全流程的技術(shù)集成研究，尤其是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。在上述科學(xué)研究基礎(chǔ)上，開發(fā)各種大鍛件短流程制造技術(shù)、大型結(jié)構(gòu)復(fù)雜鍛件的仿形鍛造技術(shù)等等。

⒂無焰燒嘴開發(fā)技術(shù)。燃?xì)饧訜崾擒堜?、鍛造、熱處理等熱加工的第一道工序，而?shí)現(xiàn)無害排放和節(jié)能成為了“加熱”的重要課題。我國加熱爐及熱處理爐的燒嘴與國外存在巨大的差距，為此需要開發(fā)無焰燒嘴，主要內(nèi)容如表1 所示。

表1 國內(nèi)與國外在加熱爐及熱處理爐燒嘴上的技術(shù)差距

編輯

⒃大型鍛件坯料制備技術(shù)(構(gòu)筑成形技術(shù))：連鑄坯質(zhì)量穩(wěn)定；表面加工質(zhì)量與清潔；焊合質(zhì)量；加熱與鍛合。

⒄多向模鍛研究目標(biāo)。掌握多向模鍛的技術(shù)與裝備的特點(diǎn)；了解不同材料典型模鍛件多向模鍛工藝的制定步驟與形性控制共性技術(shù)；掌握復(fù)雜鍛件多向模鍛模具的設(shè)計(jì)方法，滿足模具制造的技術(shù)要求；實(shí)現(xiàn)部分空心零件和大型閥體等典型多向模鍛件常規(guī)工業(yè)生產(chǎn)。

⒅大鍛件模鍛化趨勢(shì)。大鍛件模鍛技術(shù)能夠引起重視，是因?yàn)楫?dāng)下能很容易地制造大噸位的鍛造設(shè)備，同時(shí)也能比較容易地制造大型模具(胎模)。制造大型設(shè)備和大型模具(胎模)的限制條件越來越少，但首先必須解決好成本與零件質(zhì)量控制的平衡問題。

鍛造、沖壓和鈑金制作設(shè)備及工模具

⑴數(shù)字化樣機(jī)技術(shù)，主要包括：

1)虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用研究；

2)機(jī)電耦合技術(shù)研究與應(yīng)用；

3)虛擬調(diào)試技術(shù)研究與應(yīng)用；

4)虛擬動(dòng)態(tài)技術(shù)研究與應(yīng)用；

5)高可靠性裝備開發(fā)。

⑵基于開放式數(shù)控系統(tǒng)平臺(tái)的產(chǎn)品控制技術(shù)，主要包括：

1)控制系統(tǒng)后置研究與應(yīng)用開發(fā)；

2)產(chǎn)品工藝子程序開發(fā)；

3)產(chǎn)品工藝數(shù)據(jù)庫及控制(算法)模型開發(fā)；

4)人機(jī)界面HMI開發(fā)；

5)裝備數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)。

⑶基于2D/3D圖形的智能折彎程序CAM技術(shù)，主要包括：

1)折邊CAM開發(fā)的工藝需求模型研究；

2)多工藝模式下的無干涉求解規(guī)則研究；

3) CAM開發(fā)與迭代；

4)多邊折邊機(jī)CAM。

⑷高動(dòng)態(tài)伺服直驅(qū)技術(shù)，主要包括：

1)變速工況的運(yùn)動(dòng)特征點(diǎn)研究；

2)低速大扭矩直驅(qū)電機(jī)的協(xié)同研發(fā)；

3)大推力直線電機(jī)的協(xié)同研發(fā)及驅(qū)動(dòng)應(yīng)用研究；

4)高調(diào)速比弱磁調(diào)速技術(shù)的研究與應(yīng)用；

5)轉(zhuǎn)塔沖床伺服沖頭電機(jī)；

6)激光切割驅(qū)動(dòng)電機(jī)。

⑸高動(dòng)態(tài)橫梁技術(shù)，主要包括：

1)多體動(dòng)力學(xué)仿真與優(yōu)化；

2)鋁合金及碳纖維、石墨等材料的復(fù)合設(shè)計(jì)與應(yīng)用；

3)機(jī)電一體化仿真設(shè)計(jì)與優(yōu)化；

4)抑振技術(shù)的應(yīng)用研究；

5)激光切割機(jī)高速橫梁；

6)轉(zhuǎn)塔沖床橫梁。

⑹基于動(dòng)態(tài)流的多通道圖形路徑分解CAM技術(shù)，主要包括：

1)基于工件連續(xù)送進(jìn)的多切割頭的加工路徑分解；

2)效率最大化求解研究與優(yōu)化；

3)協(xié)同加工循環(huán)軌跡優(yōu)化求解；

4)多頭激光落料線CAM。

⑺基于2D/3D圖形的折彎機(jī)、機(jī)器人加工程序自動(dòng)生成的編程軟件，主要包括：

1)基于2D/3D圖形的機(jī)器人折彎加工程序生成的接口軟件研究；

2)基于圖形導(dǎo)入的折彎機(jī)、機(jī)器人協(xié)同加工程序生成的接口軟件研究；

3)折彎機(jī)器人加工系統(tǒng)。

⑻成形裝備可靠性技術(shù)，主要包括：

1)故障模型及設(shè)計(jì)、質(zhì)量管控技術(shù)研究；

2)設(shè)計(jì)DFEMA、制造PFEMA等方法開展與研究；

3)多種仿真軟件的應(yīng)用；

4)可靠性技術(shù)。

⑼成形裝備健康保障技術(shù)，主要包括：

1)故障及信息采集研究；

2)大數(shù)據(jù)信息物理模型研究；

3)監(jiān)控模型的邊緣計(jì)算；

4)數(shù)據(jù)鏡像技術(shù)研發(fā)；

5)健康保障技術(shù)。

鍛造、沖壓和鈑金制作通用研究

⑴材料精準(zhǔn)本構(gòu)模型開發(fā)研究，建立材料溫度-應(yīng)力-應(yīng)變數(shù)據(jù)庫和材料潤滑劑摩擦系數(shù)數(shù)據(jù)庫，提高CAE仿真的準(zhǔn)確度，推動(dòng)基礎(chǔ)工藝進(jìn)步。

根據(jù)不同材料牌號(hào)，鍛件尺寸結(jié)構(gòu)和材料成分偏析性能等，建立鍛件材料數(shù)據(jù)庫。以鍛件材料及尺寸等級(jí)進(jìn)行分類，完善材料基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、工藝參數(shù)和設(shè)備信息，為全行業(yè)工藝技術(shù)人員提供開發(fā)新產(chǎn)品，突破材料成形極限，優(yōu)化工藝路線，大幅度提升工藝水平的基礎(chǔ)，為配套領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)輕量化、節(jié)能環(huán)保創(chuàng)造必要條件。金屬塑性成形工藝模擬技術(shù)；金屬材料在不同溫度下的應(yīng)力應(yīng)變數(shù)值。

⑵高動(dòng)態(tài)伺服直驅(qū)技術(shù)與伺服功能部件。

應(yīng)用于電子電器、汽車、造船、飛機(jī)制造，以及其他所有需要板材成形的機(jī)械制造業(yè)是鍛壓裝備重要發(fā)展方向。

未來鍛壓設(shè)備伺服化是一個(gè)重要的趨勢(shì)，也是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、數(shù)字化和信息化的重要支撐技術(shù)。

⑶鍛壓自動(dòng)化生產(chǎn)線實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

如何采集和分析鍛壓自動(dòng)線的各種重要參數(shù)，以及通過參數(shù)變化來判斷生產(chǎn)線的穩(wěn)定情況和零部件的尺寸與形位偏差情況，這個(gè)系統(tǒng)首要的是建立一整套的邏輯關(guān)系，同時(shí)需要完美的“傳感器”等硬件。

⑷基于多列庫的柔性板材加工生產(chǎn)系統(tǒng)研究，主要包括：

1)生產(chǎn)數(shù)據(jù)系統(tǒng)研究；

2)基于多設(shè)備、集中物流的協(xié)同控制系統(tǒng)研究；

3)并行柔性生產(chǎn)管控系統(tǒng)研究；

4)數(shù)字孿生技術(shù)研究；

5)板材柔性加工系統(tǒng)。

⑸高強(qiáng)鋼模具加熱、冷卻和沖壓件熱處理機(jī)理，主要包括：

1)模具加熱溫度及其檢測(cè)與控制；

2)模具表面處理技術(shù)，涂滲材料、厚度與工藝；

3)高強(qiáng)鋼加熱溫度、冷卻速度等的熱處理參數(shù)。

⑹管內(nèi)壁堆焊與加工技術(shù)，主要包括：

1)堆焊方式與加工，特別是細(xì)管；

2)材料匹配；

3)涂滲工藝。

——文章選自：《鍛件鍛造與沖壓》2022年第1期

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