1 我国锻造业现状
内容摘要：我国锻造行业在近10年又有了新的进展。主要表现在以下方面：独立锻造企业在增多，民营、合营中小企业如雨后春笋般出现；锻造生产向产品专业化发展又迈出了一大步，许多专业生产线已经形成；锻造行业近几年技术改造最大的特点是填平补齐，形成了一批利用现有设备生产精密产品的生产线；锻造企业逐步重视市场运作，已有锻件成批量出口；特种锻造工艺推广应用取得新成效，例如采用楔横轧机精锻轴类生产线已有近百条；国外锻造企业在中国合资，投资大幅增加，例如印度巴勒特和一汽锻造公司强强联手；模锻件在锻造行业内的比例进一步提高，已达60％以上，这标志着我国锻造业已进入新的发展阶段；国内开发的新设备也层出不穷，为我国锻造业的发展打下了坚实的基础。
尽管我国锻造业取得了一些成绩，但与国外发达国家相比，仍存在不少问题。
(1)企业数量多，规模较小，管理落后。如今我国已有锻造企业近7000家，具有较大规模的只有300多家，其余都是规模较小企业，管理水平相对滞后，已经跟不上现代化工业的发展速度。
(2)锻造工艺水平落后。除了大公司的几条有限专业化生产线外，其余都处于传统设备和工艺状态，生产的锻件尽管能满足汽车工业的要求，但生产能力和开发后劲不足。例如，前轴和曲轴生产线国内是屈指可数的。
(3)为轿车工业配套的小型精密锻件，有色金属锻件能力不足。
(4)装备技术、能源技术落后，员工作业环境差，企业不符合环保要求。
(5)CAD/CAM/CAE技术应用不够广泛。目前，二维CAD技术应用已经基本普及，三维CAD技术应用范围不广，只有规模较大的企业才应用Proe、Ug、Catia等专业软件进行锻件工艺及模具开发，CAM和CAE应用很少，产品先期工艺模拟分析非常欠缺，致使新产品调试周期较长，一次开发成功率较低，开发的风险较大。
(6)缺乏汽车零件和次总成的开发能力。国内锻造企业普遍仅具备一般锻件工艺过程开发能力，与国际汽车标准要求水平还有一定差距，急需培养一批既懂锻造工艺又懂汽车零部件技术的综合性人才。
(7)锻造产品专业化程度低。绝大多数企业是应用通用设备结合专用模具来生产汽车所需锻件，而不是应用专用生产线来生产，导致生产率和生产能力低下，生产过程难于控制，成本较高。
2 汽车工业的发展对锻造行业的影响
锻造是基础工业的重要一环，锻坯制程技术及产值可以显示工业的强盛与否。与锻造行业密切相关的行业有航天航空业、国防工业、机械制造业。汽车工业、电子仪表业、家电行业等。其中，最有发展潜力的是汽车工业。近年来，我国汽车市场有了显著增长，国际大公司也相继投入生产及组装，以降低生产成本，同时带动了汽车零件业的兴起。锻造行业主要服务于汽车制造业，是汽车工业发展的基础。全球汽车制造业发达的国家，锻造行业也相当发达，与汽车工业互相支撑，协同发展。我国汽车制造业兴起于上世纪50年代，锻造行业作为其重要支撑，与汽车工业同步发展、壮大。就全球整车制造商与大型零部件厂商的布局而言，中国、印度、南美洲、北非等新兴市场发展潜力最大。以往整车厂商是直接移至新兴市场，并不利用或开发当地资源。但是，随着市场需求增加和消费者的差异，各汽车厂商纷纷采取地产化策略，这使得汽车产业出现了几个新的国际性聚落。这些聚落散布于中国、泰国、印度。巴西、阿根廷等地，各聚落都有其不同特色，但大多数都以合资车为主。综观亚洲新兴国家汽车产业聚落发展趋势，将会给汽车零部件体系包括锻造行业带来前所未有的商机。表1的数据反映了汽车制造业与锻造行业的依赖关系。
表1表明，汽车工业是锻造企业的主要用户，为锻造行业的发展提供了机遇和空间。同时，锻造行业的发展也在一定程度上支持着汽车制造业的发展。因为锻造产品的技术水平直接影响到汽车的性能和可靠性，锻造产品的生产能力也影响着汽车工业的发展规模。
中国已成为汽车市场需求量最大、制造能力增长速度最快的国家。据预测，到2009年我国汽车年产销能力将达到1800万辆：其中乘用车约1000万辆，这巨大的市场增量也将带动与之相关的锻造产业迅猛发展。
3 我国锻造业的发展趋势
3.1 合资合作，实现技术、人才和市场共享
随着汽车工业的高速发展，许多大的汽车公司纷纷到中国建立汽车生产基地，我们应争取与之合资合作，这样既缩短了汽车业的物流，又促进了国内锻造业的发展，进而实现先进技术、人才和高质量的产品共享。
3.2 产品的发展方向
(1)积极开发国内外载货车锻件市场。从汽车行业的发展趋势看，载货车增长不会很大，但是每辆中、重载货车上的锻件较轿车多。为了满足载货车发展要求和提升行业竞争力，企业应把开发载货车高技术含量的锻件作为重点，如大功率柴油机的曲轴锻件、中重型载货车前轴和转向节锻件、后桥齿轮锻件。半轴锻件等。提高关键零部件的技术含量，开发出高、精、尖的产品。
(2)积极开发国内外轿车锻件市场。如利用冷锻工艺开发轴类、齿轮类锻件；利用温锻工艺开发驱动轴类锻件；利用特种有色锻造工艺开发轿车控制臂；利用精密热锻工艺开发曲轴，连杆、齿轮锻件等。
(3)积极开发精微锻造成形产品。在电子信息产品微型、薄型化、多功能化及高增长需求趋势下，零部件发展趋向微小、微细化，因此锻造微小细化的零部件也将有较好的前景。
3.3 企业、学校、科研院所横向联合开发新工艺
科学技术一经转化为生产力，就会变成推动社会进步的动力。企业是科学技术转化为生产力的最佳载体。如今，汽车行业的竞争是实力的竞争，更是速度的竞争，谁开发的速度快，谁就掌握了市场。为了缩短新产品的开发周期，尽快把科学技术转化成生产力，加大企业、学校和院所的合作力度，走理论和实践相结合的道路。
3.4 企业发展应注重采用先进技术和设备，减少低水平重复性投入
目前国内锻造企业几乎大同小异，工艺水平和设备相差不大，规模较大一点的，就是重复性设备较多、产量较大而已，所谓的扩大再生产，也都是重复性投入居多，而缺少对高、精、尖技术和专业化设备的投入，难以形成核心竞争力。
3.5大力发展模具技术
锻造行业模锻件比例较大，模具技术的相对落后已成了锻造业进一步发展的瓶颈。模具是锻造企业最重要的物资，技术资源之一，也是锻件成本的重要组成部分，模具技术水平决定了一个锻造企业的产品技术水平、市场竞争能力和可持续发展能力。锻造企业必须和模具制造业联合，才能真正地走向辉煌。今后模具技术的发展方向是，优化模具材料、提高模具热处理水平，这两个指标直接决定锻模的使用寿命。
3.6 加强计算机模拟技术在锻造工艺上的应用
比较成熟的锻造过程模拟分析软件有Deform和Superforge等。应用这些分析软件可以事先了解锻件成形状况及所选工艺参数的合理性，设计人员可以根据模拟结果调整工艺，使其工艺更加合理，进而提高锻件一次开发成功率，减少产品调试更改量，缩短新产品开发周期，降低开发风险。
3.7 加速发展有色金属锻造工艺
汽车的发展将逐渐趋于轻量化，所以大部分锻件将会向质量较轻的有色金属转变，而国内有色金属锻造工艺的应用还不够成熟和广泛。
3.8 开发“精、净、省”的锻造工艺
“精”就是锻造公差范围要小；“净”就是锻造余量要小，达到精密锻造，实现少、无余量；“省”就是开发节约原材料的锻造工艺，其宗旨就是实现精质省材锻造，降低成本，提升利润。台湾一学校已经开发出“多轴双向复动化锻造模块”进行多方向精锻成形。
3.9 利用先进的能源技术，建设绿色环保企业
目前，我国的锻造企业有许多还在采用煤、天然气、油等高污染能源，对自然环境影响很大。并且，能源利用率低，从而造成能源浪费、锻件成本居高不下。现代企业要求使用环保能源，建立绿色工厂，大部分锻造能源都向节能和环保的电能转变，将逐步实现绿色锻造。
4 锻造新技术
4.1 摆辗技术
摆动辗压(简称摆辗)技术是20世纪60年代才出现的一种新的压力加工方法，它具有很多优点，因此受到世界各国重视，特别是近十几年来，得到了迅速发展和广泛的应用。
(1)工作原理
所谓摆动辗压，是利用一个带圆锥形的上模对毛坯局部加压，并绕中心连续滚动的加工方法。摆动辗压的工作原理如图1。带锥形的上模其中心线OZ与机器主轴中心线OM相交成γ角，此角称摆角。当主轴旋转时，OZ绕OM旋转，于是上模便产生了摆动。与此同时，滑块在油缸作用下上升，并对毛坯施压，这样上模母线就在毛坯上连续不断地滚动，最后达到整体成形的目的。
若圆锥上模母线是一直线，则辗压出的工件上表面为一平面；若圆锥上模母线是一种曲线，则工件上表面为一形状复杂的旋转曲面锻件。由此可知，摆动辗压属于连续局部加载成形方法。摆辗中的下模与普通锻造方法的下模形状基本相同，为使上模形状尽量简单，一般将锻件形状复杂的一面放在下模内成形，如辗压带齿形的锥齿轮时，都把带齿形部分放在下模内成形。
（2）特点和分类
a.省力。摆辗是以连续局部变形代替常规锻造工艺的一次整体变形，因此可以大大降低变形力。实践证明，加工相同锻件，其辗压力仅是常规锻造方法变形力的1/5～1/20。
b.产品质量高，节省原材料，可实现少无切削加工。如果模具制造尺寸精度很高，且进行过抛光，则辗压件垂直尺寸精度可达0.025 mm，表面祖糙度可达Rα0.4μm～Rα0.8μm。
c.摆动辗压适合加工薄而形状复杂的饼盘类锻件。加工薄饼类锻件，摆辗所需的变形力比常规锻造力小很多，而且工件愈薄，用摆辗法成形愈省力。
d.劳动环境好，劳动强度低。摆辗时机器无噪声、振动小，易于实现机械化、自动化。
e.设备投资少，制造周期短，见效快，占地面积小。
摆辗依据辗压温度不同分热辗、温辗、冷辗3种。
摆动辗压在锻压行业中的应用越来越广泛，主要用来成形各种饼盘类、环类及带法兰的长轴锻件，如法兰盘、齿轮坯、铣刀坯、碟形弹簧坯、汽车后半轴。扬声器导磁体、带齿形的伞齿轮、端面齿轮、链轮、销轴等。摆辗还可用于圆管缩口和管件翻边等。
4.2 辗环技术
(1)原理
辗环又叫扩孔，是环形件特有的成形方法之一。其原理如图2，辗压轮与芯辊旋转中心轴平行，辗环时，电动机通过减速箱驱动辗压轮旋转，辗压轮通过它与环形坯件之间的摩擦力拽入毛坯并连续地旋压，环形坯与芯辊之间的摩擦力带动芯辊转动，同时辗压轮与芯辊之间的中心距逐渐缩小，直至变形结束。经辗环变形的工件，截面积和径向厚度都减小，环形件外径和孔径都相应地增加。因此，辗环主要是径向压缩。切向延伸的锻造过程。在实际生活中，大都是以锤-辗环机、压力机-辗环机组成的流水线出现。
（2）特点
辗环的实质是环形毛坯的径向轧制，但它又需要制坯，所以又与锻造类似，实际上是二次制坯。因此，其既不同于轧制，又与锻造有区别，对于环形件的成形来说，有较大的经济技术优越性。
a.所需要的设备吨位小。
由旋转模具对毛坯局部连续地旋压成形，与锻模的整体加压成形相比，工具与工件接触面积小，变形力小，选用小吨位的设备就可以制造较大的环形件，扩大了环形件的成形范围。例如，直径Φ400 mm左右的汽车后桥从动齿坯，需80000 kN以上的模锻压力机锻造，而辗环压力仅需600 kN左右。辗环能成形直径Φ10000mm、高度为4000 mm的原子能反应堆容器加强环。这是其他压力加工方法难于制造的。
b.材料利用率高。
与模锻相比，辗环制坯只需要冲小孔，所以冲孔连皮小，又没有模锻所需的飞边及拔模斜度，环件截面尺寸形状更接近于成品。既减少了切削加工量，又节约了原材料。
c.内在质量优良。
辗环变形是径向压缩、周向延伸，环件金属纤维沿圆周连续排列，往往与环件使用中的受力和磨损相适应，所以辗环产品的强度高又耐磨，内在质量优良。
d.劳动条件好。
与一般锻造相比，辗环时无冲击，振动和噪声都小，劳动条件有很大改善，易于实现机械化和自动化。
（3）分类
根据坯件的变形温度可以把辗环分为冷辗、温辗和热辗3类。其中，冷辗和温辗多用于精密辗压，热辗多用于进一步机械加工的制坯。
根据辗环时变形区在环坯上的位置分布，辗环可分为径向和径向-轴向两类(如图3)。中小型(D≤350 mm)环件，只用径向辗压成形；大型环件有用径向辗压的，也有用径向一轴向辗压的。轴向辗压的作用是为了消除径向辗压所产生的鱼尾状端面。但轴向较薄的环件，必须采用轴向辗压成形。
（4）应用
目前，辗环工艺在国内外的应用范围比较广泛，如火车轮箍、轴承内外套圈、齿轮圈、衬套、法兰、起重机旋转轮圈及各种加强环等。辗环工艺生产环形件的尺寸为直径40～10000mm，高度10～40000mm。环形件小的质量仅为0.2kg，大的达6000kg以上，具有多种形状的截面。
辗环过程要完成径向变形和轴向变形，但一般主要是径向变形，需要有制坯工序。制坯工步一般包括下料、加热，镦粗、冲孔和冲连皮。毛坯的尺寸和形状是获得合格辗环件的决定因素之一。用模锻压力机或摆动辗压机进行制坯，可以完成辗环工艺所需要的毛坯形状的轴向变形，达到精辗的目的。
辗环还可以作为制坯工序和摆辗工艺联线，成形各种截面形状的环件。这样，由于辗环完成径向变形，摆动辗压完成轴向变形，就可以制造如图4所示的这类截面环件。辗环和摆动辗压联线，兼顾了两者的优点，图5是这种联线的两个典型工艺流程。
4.3 热挤压半轴套管技术
(1)基本原理
坯料在三向不均匀压应力作用下，从模具的孔口或缝隙挤出，使之横断面积减小、长度增加，成为所需制品的加工方法称为挤压，是金属压力加工的一种少无切削加工工艺。
(2)特点
近几年，在机械制造工艺领域内广泛采用挤压技术，取得了显著的成效。各种挤压工艺的发展，已使它成为金属压力加工中先进工艺之一，无论在技术上和经济上都有很多的优点。
a.节约原材料，提高生产率。
传统的齿轮和花键是通过切削金属后机加而成的，而通过冷挤或者温挤技术可以直接挤出齿轮的齿和花键的齿，从而提高了材料的利用率。
b.提高零件的力学性能。
切削加工把金属内部的纤维割断，从而降低了零件的力学性能。挤压过程中金属处于三向压应力状态，变形后零件内部的纤维组织是连续的，基本上沿外形分布，提高了零件的力学性能。另外，冷挤件的强度大为提高，可用低强度钢代替高强度钢材。
c.可加工形状复杂的零件。
在压力机的往复直线动作下完成复杂的加工工序，并可以制成形状复杂的零件。
d.提高零件的精度及表面粗糙度。
在挤压过程中，金属表面在高压下受到模具表面的熨平，因此零件的表面粗糙度很低，可达Rα1.6μm～Rα0.2μm，尺寸精度的公差范围最高可控制到±0.015mm。挤压工艺可以获得较理想的制件表面粗糙度与尺寸精度，有些零件经挤压之后可以不再有飞边，所以不再需要切削加工。
e.减少工序，缩短生产周期。
挤压工艺是在闭式模具中进行塑性变形的，所得的挤压件是没有飞边的，所以不再需要切边后续工序，省去了切边及切边压力机，从而缩短了生产周期。
(3)分类
按挤压温度可分冷挤、温挤、热挤；按坯料从模孔中流出部分的运动方向与凸模运动方向的关系可分为正挤压、反挤压、复合挤压和径向挤压。
(4)应用
挤压处于三向压应力状态，所以可显著提高金属塑性。不仅塑性好的低碳钢、铝、铜合金可以挤压，而且塑性差的合金结构钢，不锈钢，甚至在一定变形量条件下某些高碳钢，轴承钢以至高速钢也可挤压成形。具体的应用为冷挤各种花键、温挤各种阀体、热挤半轴套管等。
4.4 楔横扎技术
(1)基本原理
楔横轧工艺的基本原理是，加热后的棒材送入到两个同向旋转的带有楔形凸起的模具中间，棒材在模具的带动下作与模具反向的回转运动，同时材料发生径向压缩变形和轴向延伸变形，从而成形阶梯轴类零件。
（2）主要特点
a.生产效率高，生产率达10件／min。
b.材料利用率高，达90％以上。
c.模具寿命高，达20～30万件。
d.锻件产品精度高，直径方向精度可达±0.3mm，长度方向精度可达±0.5mm。
（3）分类
根据轧辊的数量和运动方式，楔横轧可分为两辊式、弧板式、平板式和三辊式，如图6。
（4）主要应用
进入20世纪90年代.楔横轧技术的应用开始不断增多。目前，楔横轧工艺已经成为公认的成形阶梯轴类零件的最佳工艺。
楔横轧的应用有两个主要方向。一是为精密模锻、挤压、摆辗等后续成形工艺提供精密毛坯，如为汽车，柴油机连杆精密模锻提供毛坯，为汽车半轴摆辗工艺提供毛坯等。另一个重要的应用是直接轧制各类阶梯轴类零件，如拖拉机、汽车变速器一轴、二轴、中间轴，后桥锥齿轮轴、双联齿轮等，发动机凸轮轴，各类电机轴等.