文／張金

參加德國“鍛造技術(shù)最新進展”國際會議的感想

文／張金

“鍛造技術(shù)最新進展”國際會議由德國斯圖加特大學金屬成形技術(shù)所舉辦，每兩年舉辦一次。除了組織召開“鍛造技術(shù)最新進展”國際會議外，他們還組織“板材成形技術(shù)最新進展”國際會議和“板材、管材及型材液壓成形最新進展”國際會議，這兩個會議也是每兩年舉辦一次。本次鍛造會議的主題是“鍛造輕量化”。

此次會議共分“工藝模擬”、“模具與工藝”、“零件設計與材料”、“鍛造潤滑”和“德國院校及研究機構(gòu)當前的研究方向”5個專題，會議期間還舉辦了一個“相關(guān)主題的現(xiàn)場訪談”。

會議現(xiàn)場

工藝模擬部分，由Forge軟件、Deform軟件和Simufact軟件的開發(fā)商做了介紹，他們介紹的重點是軟件的應用領(lǐng)域以及軟件的功能，強調(diào)各自軟件的優(yōu)勢和特點，這些優(yōu)勢主要集中在網(wǎng)格的生成、變化和再造上，同時也就軟件在鍛造工藝開發(fā)和工藝優(yōu)化方面的案例進行了分析。他們的介紹顯示：⑴開發(fā)一個新工藝或完善一個新工藝，或?qū)σ粋€已有工藝進行改進，需要進行多達30次以上的方案模擬，通過對這些模擬結(jié)果的分析，從中找出最優(yōu)的方案，即必須進行大量的方案研究后才能將模擬結(jié)果投入實際使用。⑵數(shù)值模擬必須與物理實驗緊密結(jié)合，必須有強大的物理實驗能力予以驗證，以確定最優(yōu)的邊界條件。⑶數(shù)值模擬已經(jīng)擴展到了如漸進成形這樣復雜的成形領(lǐng)域，模擬應用領(lǐng)域不再僅僅是鍛造工藝的模擬，而是已經(jīng)將與鍛造有關(guān)的工序加入到了模擬行列，而且如微觀組織和熱處理的數(shù)值模擬也已經(jīng)非常成熟。⑷當前所有模擬軟件的極限停機、非確定性停機是普遍存在的問題，還沒有找到合適的解決辦法。

模具與工藝部分，提出了一些新的概念，如ECOFORGE或ECOPLANT，也就是“經(jīng)濟鍛造”或“經(jīng)濟工廠”。這個概念主要是利用已有的現(xiàn)代數(shù)字技術(shù)和實驗技術(shù)改善工藝、提高產(chǎn)品質(zhì)量，從而達到減少工序、降低消耗、節(jié)約成本的目的，特別是制造業(yè)的輕量化受到極大重視。另外，依據(jù)零件不同、材料不同，還重點討論了冷鍛、冷擠工藝鏈的減少方法，以及冷鍛材料成形中的特性變化研究，同時也探討了一些材料的成形能力。這一部分給我們的啟示是：⑴物理實驗驗證仍然起著非常重要的作用，數(shù)值模擬只是一種輔助的分析工具，不能以模擬結(jié)果代替物理實驗結(jié)果，模擬和實驗結(jié)果與實際應用還是有較大的差距的。⑵冷擠壓硬化作用、內(nèi)部質(zhì)量改善是當前研究的重點。特別是提出了一些新的鍛造方式，如把鍛—擠—旋壓等成形方式組合起來，或通過組合這3種成形方式的金屬流動和運動特征而創(chuàng)造新的成形工藝，也就是說有模具組合，也有運動方式組合。漸進成形、特種材料的成形得到重視，這個領(lǐng)域也產(chǎn)生了新的成形設備，如伺服平鍛機，這種機器既能實現(xiàn)整體鍛造，也能實現(xiàn)平鍛的鐓頭，是成形類似葉片等零件的好方法?；剞D(zhuǎn)成形（包括輥鍛、楔軋、斜軋、楔橫軋等)有了新的理念，機器也有了新的結(jié)構(gòu)，成形設備的主要特點是輥子間隙、成形壓力、成形速度等可調(diào)，并且模具更換方便。

零件設計與材料部分，在實現(xiàn)使用功能的前提下利用計算機模擬技術(shù)進行“無極”的形狀設計利于成形，同時也可以在輕量化方面做到最佳，這個技術(shù)大大加快了零部件的設計速度，包括制造工藝的規(guī)劃。在材料方面，開始研究通過成形工藝改變材料特性，通過數(shù)值模擬研究材料特性和進行材料創(chuàng)新，這樣可以大大降低材料的開發(fā)周期和試制成本。本次會議中一些專家提出，鍛造企業(yè)必須廣泛研究汽車有多少種零件，這些零件如何用鍛壓的方法制造。不僅如此，一些企業(yè)已經(jīng)在這個基礎上與研究機構(gòu)、材料制造商探討和實現(xiàn)材料制造、成形和加工的一體化方案，有的零件已經(jīng)在實際中得到應用。這一部分給我們的啟示是：⑴材料制造商、OEM、鍛造企業(yè)開始合作，從零件原材料的開發(fā)制造、結(jié)構(gòu)和性能設計到成形工藝的制定都統(tǒng)籌考慮，以實現(xiàn)低成本、低消耗等要求。⑵除了材料本身具有的性能外，零件結(jié)構(gòu)、鍛造方法等都是影響零件機械性能的因素，我們應該對現(xiàn)有的零件進行持續(xù)不斷的改善，特別是需要積極主動地進行研究和改進。

鍛造潤滑部分，由兩家潤滑劑公司進行主要的講解，他們的內(nèi)容不再完全集中在如何用和用在哪里，而是重點介紹了目前潤滑劑的研究方向和突破，特別是在潤滑機理、方便加工和環(huán)境友好方面做了大量的研究。當前潤滑劑的主要研究方向是冷成形潤滑劑和有色金屬潤滑劑的開發(fā)。提出了潤滑量—時機—工藝過程—鍛造次數(shù)之間的關(guān)系，也研究了潤滑對機械性能和可鍛性的影響。本部分得到的啟示是：⑴潤滑不僅僅有克服摩擦的作用，也是一個影響產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)能節(jié)材輕量化的因素。⑵鍛造潤滑需要進一步地研究其機理，找到冷成形和特種材料成形狀態(tài)下的潤滑規(guī)律。

德國院校及研究機構(gòu)當前的研究方向部分，共發(fā)表了7篇論文，具體介紹如下：

⑴鍛造及板材成形中，如何控制“不確定性”現(xiàn)象，提倡控制成形，從而實現(xiàn)優(yōu)化工藝、優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及性能的目的。當前研究的一種“不確定性”就是“變形中的性能”，也就是說同一種材料在不同的條件下變形，或在相同條件下變形所產(chǎn)生的不同性能。做這種研究的目的是通過了解和控制產(chǎn)品成形過程中的性能來調(diào)整工藝，如模具溫度、模具結(jié)構(gòu)以及成形工序等，最終目的是節(jié)約材料和成本。

⑵探討組合材料成形，這種成形的目的有二，其一是依據(jù)產(chǎn)品性能提出二元組合零件，其二是易于成形的可以作為不易成形的過渡部分，成為間接潤滑體。某些機構(gòu)已經(jīng)開始對鋁合金和鋼的組合成形進行了研究，探討結(jié)合面特性、流動特性和生產(chǎn)后的產(chǎn)品性能等。

⑶研究深拉深與冷鍛的結(jié)合，首先用相同牌號的鋼拉深成形一個形狀，而后用冷擠壓的形式在其內(nèi)壓入金屬，形成一個實體的冷鍛件，這種方式同樣有利于節(jié)能和降低成本。

⑷冷鍛成形變截面零件，主要研究和探討如何在運動中的模具內(nèi)生產(chǎn)簡單形狀的變截面零件，據(jù)開展研究的人員介紹，這種方式工藝簡單，便于成形，而且消耗小。

⑸研究熱－機械性能控制貝氏體的機械特性，也就是通過控制零件的成形來研究零件的機械性能，或通過控制零件的機械性能來研究成形過程，從而減少材料開發(fā)、熱處理消耗，同時也讓材料性能實現(xiàn)最大化。

⑹研究有色金屬或特種材料的連鑄連軋工藝，探討不同成分及合金含量的情況下，這種工藝對材料性能和成形性的影響，從而開拓尋找新材料的途徑，也就是研究微合金非調(diào)質(zhì)鋼的制作工藝。

⑺研究探討利用自由鍛生產(chǎn)空心風電主軸的技術(shù)問題，因為未來大功率風力發(fā)電機必須使用空心軸，這樣可以減小安裝難度，降低成本。

相關(guān)主題的現(xiàn)場訪談部分，大家探討了如何開展輕量化生產(chǎn)，包括如何開展企業(yè)間合作、如何獲得政府支持、如何發(fā)揮行業(yè)組織作用等，特別是談到了鍛造企業(yè)如何完整地建立基于“節(jié)約”理念的管理體系。

本次會議就輕量化主題展開研討，涉及到了材料開發(fā)、零件結(jié)構(gòu)設計、鍛造成形技術(shù)、數(shù)值模擬的新成果、新設備的研發(fā)和管理手段等，從中獲得的研究開發(fā)理念和研究成果，對于我國鍛壓行業(yè)新技術(shù)的研究和產(chǎn)品開發(fā)、企業(yè)鍛造工藝的持續(xù)改進和未來如何向低碳環(huán)保方向發(fā)展都具有一定的指導作用。