2、精密鍛造（zào）設備

為了滿足精密鍛造工藝的要求，精密鍛造設備需要具備如下特點。

1)具有較好的剛性，使變形過程中機器本身的變形較小，保證鍛造工件的尺寸精度。

2)具有精密（mì）的導向機構，保（bǎo）證模具的合模（mó）精。

3)具有多缸的動（dòng）作能力，實現精密鍛造多個模具運動的要求。

4)具有生（shēng）產工序的自（zì）動監控和檢測功能等。

對於熱精密鍛造常用的設備包括高能螺旋壓力機、電液錘、熱模鍛壓力機等，冷精密鍛造成形常用的設備包（bāo）括冷鍛壓力機、冷擠壓機、冷鐓機、冷擺輾機等。由於進口設（shè）備價格昂（áng）貴，而改造設備其精度和可靠性較差，因此迫切需要研究和開發國產（chǎn）的精密鍛造設備，近年來國產精密鍛造設備（bèi）獲得很大發（fā）展。

3.精密鍛（duàn）造模具

與普（pǔ）通鍛造成形相比，精密鍛造成形變形抗（kàng）力（lì）更大，模具的工（gōng）作狀態更惡劣，因此精密鍛造模具的綜合機械性能（néng）要求（qiú）更高（gāo）。同時，在（zài）精密鍛造中，模具的尺寸精度和表麵（miàn）粗糙度將直接（jiē）傳遞給鍛件，為了保證鍛件的尺寸精度和表（biǎo）麵粗糙度，要求精密鍛造（zào）模具具有較高的尺寸精度和表（biǎo）麵粗糙度。

為了滿足精密鍛造成形對模具的要求，模具設計和製造時，要選擇合理的模具結構、模具材料、加工方法及熱處理方法，以保證其精度和機械性（xìng）能。近年來為了進一步提高模具的精度和使用（yòng）壽命，模具彈性補償、高（gāo）速切削、模具補焊等一些新的模具設計、製造技術在精密鍛造模具中得到應用。

3.1模具彈性形變（biàn）的補償（cháng）

鍛造成形過程（chéng）中，在變形抗力及摩擦力等因素（sù）的作用下，模具將發生一定（dìng）的彈性變（biàn）形，這一變形使得（dé）模腔輪廓由正常形狀向（xiàng）一個與載荷（hé）分布（bù）相關的形狀（zhuàng）變化，金屬的成（chéng）形也將（jiāng）不再（zài）以模腔原始輪廓為依據。很多（duō）鍛造工（gōng）藝與模具設計時往往忽略由此產生的工（gōng）件表麵幾何精度（dù）誤（wù）差，但對於精密鍛造工藝卻是一個非常重要的和不容忽視的問題（tí）。解決的方法一般是通過計算或者模擬的方法對模（mó）具彈性變形進行分析計算，並在模具型腔設計時，提（tí）前進行形狀補（bǔ）償。

3.2模具的高速切削

傳統製模工藝需要（yào）在加工出型（xíng）腔後進行淬火處理，以提高（gāo）模（mó）具硬度，由（yóu）於存在著熱處理變形，勢必影響模具及鍛件精度。解決熱處理變形對（duì）精鍛模具精度（dù）影響的方法主要有兩種：減少熱處理的變形，選擇熱處理性能較好的材料，製定合理的熱處理工藝，該方法（fǎ）可以減少熱處理變形，但是不能完全消除其（qí）影響；采用高（gāo）速切削技術（shù）加工模具，高速切削可（kě）以直接加工淬火硬度達HRC 50的鍛模型腔， 可以先（xiān）淬火後加工，以減小熱處（chù）理的變形，提高模具精（jīng）度，同時該（gāi）技術還能縮短製模周期。

3.3模（mó）具補焊技術（shù）

精密鍛造工藝一般變形抗力較大，模具壽命（mìng）較低，為（wéi）了提高模具的重複（fù）使用（yòng）壽命（mìng），模具補焊技術在（zài）精密（mì）鍛造成形（xíng）中（zhōng）得到了廣泛應用（yòng）。補焊的焊條材料為高合金（jīn）鋼， 補焊後的模具材料硬度可達（dá）HRC 60。根（gēn）據國（guó）內（nèi）某企業的試用結果，補焊後鑲塊式連杆錘鍛模的平均壽命（mìng）提高（gāo）了1.63倍。

4、精密鍛造成形過程數值模擬（nǐ）

對於精密（mì）鍛造成（chéng）形，成形工藝與模具設計往往依靠一些經驗和直覺作（zuò）為設計準則（zé），在經過一次次試模（mó）、修正和改進後，才確定正確的工藝參數（shù）。這種常規方法具有很大的（de）盲目性和試探性，並帶來鍛造設備、材料和時間（jiān）的浪費。這（zhè）種缺乏科學性的經驗方法（fǎ），因其周期長、成本高、精度低，已不再適應（yīng）現代（dài）製造業（yè）生產（chǎn）的（de）發展要求。

目前鍛造成（chéng）形過程的計算機數值模擬得到廣（guǎng）泛（fàn）應用，利用數值模擬方法，可方便地確定塑性成形過程各個階段所需的變形功和載（zǎi）荷（hé），獲得工件的內部應力、應變、溫度分（fèn）布和金屬流（liú）動（dòng）規律（lǜ），獲得模具的（de）應力、應變、溫度分布，預測（cè）工件（jiàn）的成形（xíng）狀況、殘餘應力、缺陷、晶粒的粒度和取向分（fèn）布，為精密鍛造成形過程的模擬（nǐ）與優化設計提供了強有力的工具。將（jiāng）數值模擬方法運用於精（jīng）密鍛造成形分析，主要有正（zhèng）向模擬技術和反向模擬技術等2種方式。

4.1正向模擬技術（shù）

正向模擬是從坯料開（kāi）始，模擬工件在模具作用下的整個成形過程，以獲得工件的變形情況和各種場變量的分布。數（shù）值模擬方法中較為精確（què）且被廣泛使用的方法為有限元法。當前已有一些大型的通用數值模（mó）擬商品化軟件， 為（wéi）工業（yè）界提供了可靠的模具設計驗證工具。

應用這些分析工具對成形工藝過程進行模擬，使設計者（zhě）可（kě）以分析模具形狀、工藝參數等與（yǔ）產品性能（néng）之間的關係，觀（guān）察成形情況以及是否（fǒu）產生內部或（huò）外部的缺（quē）陷（xiàn），進而修改工藝及模具直到滿意狀態，從而在保證產品質量、減少材料消耗、提高生產率（lǜ）及縮短產品開發周期等方麵顯示了顯著的優（yōu）越性。

數值模擬方法（fǎ）在實際精密鍛造成形中得到（dào）了廣泛的應用。通（tōng）過數值模擬研究了鏈軌（guǐ）節多工位連續（xù）鍛造成形過程模具設計和坯料（liào）的（de）初始位置定位，以減小終（zhōng）鍛成形的飛邊；對葉片精鍛過程進（jìn）行了三維（wéi）剛粘（zhān）塑性有限元模擬；對直齒圓柱（zhù）齒（chǐ）輪（lún）精鍛成形過程進行了模擬和工藝改進優化；對汽車發電機磁（cí）極精鍛成形過程進行了模擬（nǐ）及其成形工藝優化；采用多場耦合技術分析了TC4葉片精鍛成形的微觀組織的演變。以（yǐ）三維鐓粗為例對其微觀組織的演（yǎn）化進行了實（shí）驗和數值模擬研究等（děng）。

隨著有限元分析軟件的發展，精（jīng）密鍛造成形有限元模（mó）擬由二維向三維發（fā）展，由宏觀向微觀發展，由單.一場向多場（chǎng）耦合發（fā）展，取得了長足進步。然而（ér）精密鍛造（zào）成形有限元模擬要實現真正的工程應用，仍有一些問題有待提高和完（wán）善。

1)分析效率的提高。複雜鍛造成形過程（chéng）分析效率較低，其中一個主要的原因是分析過程中，由於網格畸（jī）變導致的網格再劃分。其有效（xiào）的解決方法是采用抗畸變能力較強的六麵體網格替代（dài）目前常用（yòng）的四麵網格，開發基於六麵體網格有（yǒu）限元分析（xī）程序。

2)分析內容的擴展。目前，大多數的有限元分析軟件對於（yú）工件幾何形狀、應力應變場分布等力學參數的計算已經比較成熟，但是對於材料的微觀組織（zhī）演變的分析還處於起步和探索階段。而材料微觀組織的演變對工件的機（jī）械性能影響（xiǎng）顯著（zhe），也是工藝和模具設計關（guān）注的重要問題。因此，材（cái）料的微觀組（zǔ）織演變的分析將是（shì）鍛造成形有限元分析軟件一個重要的研究和發展方向。

4.2反向模擬技術

自20世紀80年代中期， Kobayashi tin等提出了一種有限元反向跟蹤(反向模擬)方法，並應用於實際鍛造成形問題的預成形設（shè）計。這種反向跟蹤（zōng）方法是從（cóng）完全（quán）充滿（mǎn）終鍛模腔的終鍛件形狀出發，以逆向變形方式（shì）模擬材料變形規律，按照規定的邊界條件（jiàn）控製準則，通過解除（chú）邊界節點的約束條件而得到任意時刻的預成形件形狀。以該預成（chéng）形（xíng）形狀為成形起（qǐ）點可以成形形狀精（jīng）確的工件，因（yīn）此該項技術可以應用於精密鍛造成形的工藝設（shè）計中。

等將優化方（fāng）法（fǎ）應用於有（yǒu）限元反（fǎn）向跟蹤和預成形設（shè）計，從而尋求在這種特定邊界條件（jiàn）下的預成形設計。趙國群等根（gēn）據工件形（xíng）狀複雜程度（dù）建（jiàn）立了有限元逆向仿真的（de）邊界（jiè）條件控製準則和相應的預成形設計方（fāng）法。Kang 1211還用剛塑（sù）性有限（xiàn）元（yuán）反向模擬方法對（duì）擠（jǐ）壓進行了預成形設計，以使擠出件具有平端頭， 並用實驗驗證了設計結果。等對葉片成形過程進行了反（fǎn）向模擬，獲得理想的預（yù）鍛件（jiàn）形狀。

反向模擬方法依賴於邊界條件的控製準則。由於材料成形路徑的（de）多樣（yàng）化，建立通用的或者最佳的邊界條件控製準則，仍存在較大的困難。而且通常（cháng）反（fǎn）向模擬得到的預成形件的形狀過於複雜，很難鍛造成形，這又增加了預成形模具和鍛造設備設（shè）計的（de）難度。

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

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