干货！简析锻造的工艺分类、主要特点，以及精锻在汽车零件中的应用
干货！简析锻造的工艺分类、主要特点，以及精锻在汽车零件中的应用
锻造工艺在汽车工业中扮演着重要角色，特别是在制造需要承受冲击或交变应力的零部件时。本文将为您详细介绍锻造的基本概念、工艺分类、主要特点，以及精锻在汽车零件中的具体应用。
锻造基本概念
锻造是指在加压设备及工(模)具的作用下，使坯料或铸锭产生局部或全部的塑性变形，以获得一定几何尺寸、形状的零件(或毛坯)并改善其性能的加工工艺。
锻造实质是利用金属的塑性变形使金属毛坯改变形状和性能而成为合格锻件的加工过程，其根本目的是利用外加载荷(冲击载荷或静载荷)通过锻压设备使金属毛坯产生塑性变形，从而获得所需形状和尺寸的锻件，同时使锻件机械性能和内部组织符合一定的技术要求。
金属材料经过锻造加工后，形状、尺寸稳定性好，组织均匀，纤维组织合理，具有突出的综合力学性能。机械装备中的主承力结构或次承力结构件一般都是锻造而成的，锻件亦广泛地应用于国民经济和国防工业的各个领域。
锻造的主要原材料为金属棒料、铸锭等。这些原材料在其冶炼、浇注和结晶过程中，不可避免的会产生气孔、缩孔和树枝状晶等缺陷，因而铸造工艺很难制造出能胜任需要承受冲击或交变应力的工作环境的零部件(例如轮毂轴承、传动主轴、齿圈、连杆、球头等)。金属棒料或铸锭在经过锻造加工后，其组织、性能均能得到有效的改善和提高。金属的塑性变形和再结晶，使粗大晶粒细化，得到致密的金属组织，从而提高锻件的力学性能。在模具设计时，若正确控制零件的受力方向与纤维组织走向，还可以提高锻件的抗冲击性能。
锻造工艺分类
根据锻件的尺寸和形状、采用的工装模具结构和锻造设备的不同，锻造主要分为自由锻和模锻。自由锻是指用简单的通用性工具，或在锻造设备的上、下砧之间直接对坯料施加外力，使坯料产生变形而获得所需的几何形状及内部质量的锻件的加工方法。自由锻以生产批量不大的锻件为主，采用锻锤、液压机等锻造设备对坯料进行成形加工。模锻是指金属坯料在具有一定形状的锻模膛内受压变形而获得锻件，模锻一般用于生产重量不大、批量较大的零部件。
按坯料在加工时的温度可分为热锻、温锻和冷锻。热锻指在再结晶温度之上利用外力作用锻压，致使材料变形而塑性。温锻指在再结晶温度之下某个合适的温度下对金属进行锻压。冷锻指对室温状态的金属材料进行压力加工。三种成形工艺的应用范围有所不同，其中热锻主要应用于轮毂和齿轮坯、转向节、球头拉杆、高压共轨、曲轴、连杆等。
锻造工艺的主要特点
锻造工艺在加工零部件的过程中，具有生产效率高、锻件综合性能强等优势，因此被广泛应用于汽车、装备制造等领域的关键及核心零部件中。锻造加工工艺主要有以下特点：
加工设备专业
锻件生产线具有投资大、建设周期长的特征。针对锻造材料的特点，锻造加工设备必须具备较高的性能，因此，锻造企业通常需要投入大量资金购置专业化设计软件、高精度数控锻造设备、高均匀性的加热设备、高性能的热处理设备、数控机加工设备以及成套理化检测设备等，以满足不同生产工艺和下游客户对生产的要求。加工工艺复杂
锻件的主要功能是在工作中承受外力或传递力矩，通常需要特殊的工艺处理以满足其所需性能。锻件产品主要生产流程包括下料、加热、锻造、热处理、机加工、理化检测等多个环节，加工过程涉及冶金、金属加工、热处理和机械设计制造技术等多学科、多领域技术，技术集成度较高。此外，锻件产品具有典型的多品种、多规格、定制化的特点，不同产品的结构差异较大，需要企业具备大量的专业化技术工人，在生产过程中精确控制各种技术参数，以保证产品质量。
另外，锻件的优点就是组织致密而且比较均匀，性能优于焊接件和铸造件，但缺点就是需要较大的变形力,因此发展省力的锻造工艺一直是研究人员热衷的一个研究领域。目前省力的途径主要有3种：①减少拘束系数,实际生产中常用分流的办法来减少变形抗力；②减少流变应力的方法,实际生产中的超塑性成形和液态模锻均属于这种方法；③减少接触面积。
精锻在汽车零件产业链的应用
由于锻压工艺制造的零件强度高，韧性好，适合于大批量生产，因此汽车上有近60%零件采用锻造生产。近年来，随着汽车产量飞速增长，各主机厂在提升和整合整车产能时，对零部件的整合也在同步规划中。日本JATCO 为使CVT 变速箱尺寸减少及达到轻量化要求，将齿轮和轴组合成一种滑轮并实现近净成形，改形后结构更加紧凑，环境更为友好。越来越多的整车企业在追求轻量化和节油率，用精密锻造技术替代切削加工工艺成为新产品开发主要方向，所有这些都为精密锻造发展提供了机遇。
从目前实践来看，精密锻造可以降低整个供应链的制造成本，一般节约率在15%以上。在采用精密锻造工艺后尽管锻造成本增加，但是减少了机加工的费用，从而大大降低了总的成本。如结合齿轮整体锻造替代同步齿轮与本体分开加工的制造工艺，可以节约生产成本25%左右，这代表着未来汽车变速器齿轮加工的趋势。
精密锻造另一个重要特征就是制造成本随着生产量增加而逐步降低，这主要体现了模具成形工艺的优点，高效率和高一致性。虽然在生产中固定成本高，但是生产效率也高，对于大批量生产的零件，在产能提升上只需投入很少，就能使产能得到极大提升。
传统的汽车锻造企业为了提升汽车零部件的竞争优势，需要投入到精锻研究与投资上，因此发展精锻势在必行。
文章来源：山西中重重工集团，众业资本，锻造与冲压