機器加工鍛打鋁管的特點400鋁管_聊城市鑫碩金屬制品有限公司

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鍛壓生產在國民經濟中的重要地位及鋁合金鍛件的特點與應用

鍛壓生產在國民經濟與國防建設中的重要地位．

鍛壓生產是向各個工業行業提供機械零件毛的主要途徑之一

鍛壓生產的性在於：它不但能獲得機械零件的形狀，而且能改善

畫方部組織，提高其力學性能。對於受力大、力學性能要求高的

要機震零件，多數採用鍛壓方法來制造。

鍛壓件佔飛機質量的 80%，佔坦克質量的 70%，佔汽車質量的60%

電力工業中水輪機主軸、透平葉輪、轉子、護環等均是鍛壓而成

由此可見，鍛壓生產在工業行業中佔有極其重要的地位。

鋁合金具有密度小，比強度、比剛度高等一係列優點，已在各個工業部門

大量使用，鋁合金鍛壓件已成為各個工業部門機械零件

的材料。凡是用低碳鋼可以鍛出的各種鍛件，都可以用鋁合金鍛件生產

鋁合金可以在鍛、機械壓力機、液壓機、頂鍛機、擴孔機等各種鍛造

設備上鍛造，可以自由鍛、模鍛、軋鍛、頂鍛、輥鍛和擴空。

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一般來說，尺寸小、形狀簡單、偏差要求不嚴的鋁鍛件，可以很

容易在鍛錘上鍛造出來，但是對於規格大、要求劇烈變形的鋁鍛件，

則宜選用水（液）壓機來鍛造。對於大型復雜的整體結構的鋁鍛件則非採用

大型模鍛液壓機來生產不可。對於大型精密環形件則宜用精密

軋環機軋鍛。特別是近十年來，隨著科學技術的進步和國民經濟的發展

對材料提出越來越高的要求，迫使鋁合金鍛件朝大型整體化、高

請韌化、復雜精密化的方向發展，大大促進了大中型液壓機和鍛環

機的發展。

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隨著我國交通運輸業朝現代化、高速化方向發展，交通運輸工具

的輕量化要求日趨強烈，以鋁代鋼的呼聲越來越高，特別是輕量化程

度要求高的飛機、航天器、鐵道車輛、地下鐵道、高速列車、貨運

車、汽車、艦艇、船舶、火炮、坦克以及機械設備等重要受力部件和

結構件，近幾年來大量使用鋁及鋁合金鍛件和模鍛件以替代原來的鋼

結構件，如飛機結構件幾乎全部採用鋁合金模鍛件。汽車（特別是重

型汽車和大中型客車）輪轂、保險杠、底座大梁，坦克的負重輪，炮

臺機架，直升機的動環和不動環，火車的汽缸和活塞裙，木工機械機

身，紡織機械的機座、軌道和絞線盤等都已應用鋁合金模鍛件來制

造。而且，正在呈大幅度增長趨勢，甚至某些鋁合金鑄件也開始採用

鋁合金模鍛件來代替。

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目前，上大型鍛壓液壓機為數不多，中國更是無幾，隨

著國防工業的現代化和民用工業特別是交通運輸業的發展，鋁合金模

鍛件的品種和產量不僅不能滿足國內市場的需要，國際市場也有很大

缺口。因此，我國抓緊建設兒條大、中型鋁合金鍛壓生產線是十分必

要的，這對國民經濟的高速發展和國防現代化具有重要的意義。

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1.1.2 鋁合金鍛壓件的特性及應用領域

1.1.2.1.鋁合金鍛壓件的特性

（1）密度小，鋁合金的密度只有鋼鍛件的34%，銅鍛件的30%，

是輕量化的理想材料；

F（2）比強度大、比剛度大、比彈性模量大、疲勞強度高，宜用於

輕量化要求高的關鍵受力部件，其綜合性能遠遠高於其他材料；

（3）內部組織細密、均勻、無缺陷，其可靠性遠遠高於鋁合金鑄

件和壓鑄件，也高於其他材料鑄件；

（4）鋁合金的塑性好，可加工成各種形狀復雜的高精度鍛件機

械加工餘量小，僅為鋁合金拉伸厚板加工餘量的20%左右，大大節省

工時和成本，

（5）鋁鍛件具有良好的耐蝕性、導熱性和非磁性，這是鋼鍛件無

法比擬的：

（6）表面光潔、美觀，表面處理性能良好，美觀。

可見，鋁鍛件具有一係列優良特徵為鋁鍛件代替鋼銅鎂、

木材和塑料提供了良好條件。

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122鋁合金壓件的應用領域

近幾年來，由於鋁材成本下降、性能提高、品種規格擴大，其應用領域

越來越大。主要用於航空航天，交通運輸、汽車、船舶、能源動力

電子通訊、石油化工、冶金礦山、機械電器等領域。主要鍛造

特性及用途見表1-1。

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表1-1鍛造鋁合金的特性及用途

1.2.1 鍛壓生產的發展歷史

人類在新石器時代末期，已開始以錘擊天然紅銅來制造裝飾品

小的用品。中國在公元前2000 多年已應用冷鍛工藝制造工具。商代

期用隕鐵制造武器，採用了加熱鍛造工藝。春秋後期出現的塊煉素

鐵，就是經過反復加熱鍛造以擠出氧化物夾雜並成形的。

初，人們靠搶錘進行鍛造，後來出現通過人拉繩索和滑車來提

起重錘再自由落下的方法鍛打還料，14 世紀以後出現了畜力和水力落

錘鍛造。

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1842 年，英國的史密斯制成第一臺蒸汽錘，使鍛造進入應用動力

的時代。以後陸續出現鍛造水壓機、電機驅動的夾板錘、空氣鍛錘

和機械壓力機，夾板錘早應用於美國內戰（1861~1865年）期間，

用以摸鍛武器的零件，隨後在歐洲出現了蒸汽模鍛錘，模鍛工藝逐漸

推廣。到19世紀末已形成近代鍛壓機械的基本體係。

進入20世紀初期，隨著汽車工業和其他制造業的飛速發展，熱模

鍛訊速發展，成為鍛造的主要工藝。20 世紀中期，熱模鍛壓力機，平鍛

機和無磚鍛錘逐漸取代了普通鍛錘，提高了生產率，減小了震動和噪音

。隨著鍛還無氧化加熱技術、高精度和高壽命模具、熱擠壓，成形軋制

制等新鍛造工藝和鍛造操作機、機械手以及自動鍛造生產線的發展鍛造生產的

造生產的效率和經濟效果不斷提高。由於鋁工業和航空

西興起與發展，20世紀中期鋁及鋁合金自由鍛造和模鍛得

展，

冷鍛出現先於熱鍛。早期的紅銅、金、銀薄片和硬幣都是冷鍛

冷鍛在機械制造中的應用到20 世紀方得到推廣，冷墩，冷擠壓、

徑向鍛造，擺動碾壓等相繼發展，逐漸形成能生產不需切削加工的精

密制件的鍛造工藝。

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中國的鍛造也有著悠久的歷史，中國古代鍛造分為冷鍛和熱鍛兩

種。早在元前2000多年的齊家文化時期，冷鍛工藝已應用於制造工具。

1978年以前在甘肅武威皇娘娘臺齊家文化遺址出土的紅銅器如刀鑿錐

和一些飾物均經過冷鍛，錘擊痕跡非常明顯。在秦魏家出土的青銅錐

也是經過冷鍛的。1953年和20世紀70年代在河南安陽段出土

西殿代冷錘打的金箔碎片厚僅0.01mm，厚度差不超過士0.001

到北宋時期，文獻中已有冷鍛鐵鎧甲的記載。明代宋應星

開物》有冷鍛鋸條的記載，用”熟鐵鍛成薄片，不鋼，亦不

繞後，頻加冷錘堅性，用銼開齒”。熱鍛工藝早發現在商

公元前14 世紀），用隕鐵制造武器，採用了加熱鍛造工藝。

現了“塊煉”熟鐵的技術，將熟鐵經過反復加熱鍛造以擠

雜並成形。1954~1957年在西安半坡戰國墓中出土一件鐵

愛制方法是將熟鐵還料先加熱鍛成薄片，折合後再鍛造成形。

當時是兵器大都採用熱鍛工藝。戰國後期的塊煉滲碳鋼也經過反

錄碳分布均勻。01965 年河北易縣出土的戰國後期鋼劍（全長1004毫米

，鋼部長985mm)採用海綿鐵先鍛成薄片，滲碳後疊在一

·6·1概論

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起經加熱錘鍛成劍，並經淬火。同時出土的鐵兜鍪(鐵盔)用89片鐵甲綴成。為了減輕質量，鐵甲多為薄片，大都經過加熱鍛造。1960年呼和浩特二十家子古城出土的西漢鐵鎧甲，其鐵片厚度僅1~2mm,為熱鍛鐵件。1973年在鄭州發現的窖藏東漢末年的鐵器遺物中，鍛件佔很大比重。其中有滎水縣王灣村出土的兩條鐵鎖鏈，一條長2400mm,每環長75mm,是熟鐵經熱鍛焊連成鏈索的。《天工開物》中總結了古代大小器物的鍛造方法並附有圖畫，談到戰艦和海船用的千鈞錨，“錘法先成四爪，以次逐節接身",即採用分段鍛造，然後鍛焊成整體。

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1840年鴉片戰爭以後，為了適應航運業發展的需要，外商首先在中國建立了船舶修造廠。1845年英國人J.C.柯拜在廣州黃埔設立的柯拜船舶廠，是中國領土內早的一家外資機械廠。清政府為了自救開展了洋務運動，開始了中國近代機械制造工業。從早的江漢制造局、江南制造局、金陵制造局到福州船政局等都已經開始了現代制造業。1871年福州船政局所屬鐵廠首先採用新的冶煉技術，安裝吊車，鑄造大型汽缸，購置3t汽錘鍛造大軸，建成中國機械工業早的鑄鍛車間。

我國的鍛造業歷史悠久，到19世紀中國也有了一些現代制造業的鑄鍛車間，但是，這主要是用於鍛造鋼鐵材料的，有色金屬鍛造，特別是鋁及鋁合金的鍛造業幾乎還是。

1.2.2鋁合金鍛壓生產與技術的發展現狀及水平分析

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1.2.2.1國外發展狀況與水平分析

鍛件生產是一個很古老的行業，但鋁合金鍛件的大量生產應用是從20世紀50年代開始的。經過幾十年的現代化改造，無論在工藝裝備、模具設計和制造、生產工藝和技術上，還是在產品品種規格、生產規模和質量等方面都得到了飛速發展，尤其是美國、俄羅斯、德國、日本、法國、意大利、捷克、奧地利、瑞士等國的鍛壓生產的發展達到了相當高的水平。目前，全有鍛壓廠上千家、鍛壓機數千臺，年產鍛件近500萬噸。其中，鋁合金模鍛件30萬噸左右(年消耗量近50萬噸)。有大小水(液)壓機500餘臺，其中100MN以上的大型水(液)壓機10餘臺。300MN以上的重型液壓鍛壓機的分布

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1.2鍛壓生產發展概況及鋁合金鍛壓技術發展水平 ·7·

情況是;俄羅斯4臺，其中2臺是750MN,為之：美國5臺中其中包括2臺450MN);法國1臺，為650MN;德國2臺；中國1臺並正在王生建設和制造450MN和800MN巨型模鍛液壓機);羅馬尼亞1英國1臺。這些大型水(液)壓機的主要特點是結構緊湊、功能自動化程度高、配備有操作機和快速換模裝置，平面配置合理有利國於連續作業，生產效率高。此外隨著鋁合金模鍛件大型化、精密度的提高，大型精密多向模鍛液壓機日益受到重視，各國已擁有多臺大型多向模鍛液壓機，其中美國3臺，大為300MN;法國1生、為650MN;英國1臺，為300MN;中國1臺，為100MN;俄羅F江臺，為200MN和500MN;德國1臺，為350MN。多向模鍛機屬滿密鍛壓設備，配備了PLC係統和計算機控制係統，可對能量、行程壓力、速度進行自動調節，對關鍵部件佳工作點進行控制，對各工作狀態進行監控和顯示，對係統故障、設備過載、過溫和失控進行預報和保護，對制品質量進行控制。有的還包括有偏移檢測、同步係統、工作臺和機架變形補償、磁存儲器、集成電路、光纖通三、彩色屏等，可實現全機或全機列，甚至整個車間的自動控制與科學管重理。此外，為了生產各種規格和品種的大、中型精密鍛件，各國裝配了各種型號的精鍛機，50t以上的大型鍛錘、平鍛機及5~12m三狀型精密軋環機，如美國的J12m、俄羅斯的φ10m精密軋環機，中國也裝備了多臺d5m的精密軋環機。

在鋁及鋁合金鍛件技術方面，研制開發出了大量的鍛壓新工藝、新技術如液體模鍛、半固態模鍛、等溫鍛造、粉末鍛造、多向鍛造、無斜度精密模鍛、分部模鍛、包套模鍛等，對於簡化工藝、減少工序、節省能毛增加規格、提高質量和生產效率、保護環境、降低勞動強度、提高經微益等發揮了重大作用。的計算機軟件為控制鍛造溫度、鍛壓力、變形程度(欠壓力)和工藝潤滑等主要工藝參數，控制制品尺寸和內部組力學性能等提供了可靠的保證。

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模鍛的設計與制造是鋁合金鍛壓技術的關鍵，鍛件CAD/CAM/AE係統已十分成熟和普及。在美國，CAD/CAM/CAE係統正被CIM算機一體化)所代替。CIM包括成套技術、計算機模擬技術AD/CAM/CAE技術、機器人、專家係統、加工計劃、控制係統以及自動材料處理等，為模鍛件的優化設計和工藝改進提供了條件。如在汽車工業，對前梁、羊角、輪轂、曲軸等零件進行設計和工藝過程優化，可使優化設計後的羊角減重15%,輪轂減重30%.曲軸減重20%,而且可大大提高生產效率，降低能耗。

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在產品品種和質量上獲得了突破性進展，目前上研制開發的鍛造鋁合金有上百種、十幾個狀態，可大批量生產不同合金、不同狀態、不同性能、不同功能、各種形狀、各種規格、各種用途的鋁合金鍛件，年產能在3萬噸以上的大型企業已近十家。目前上可生產的鋁合金模鍛件的大投影面積達5m?(750MN),長的鋁鍛件達15m,重的鋁鍛件達2.5t,大的鍛環直徑達11.5m,基本上可滿足大的飛機、飛船、火箭、導彈、衛星、艦艇、航母以及發電設備、起重設備等的需要。產品的內部組織、力學性能和尺寸精度也能滿足各種用戶要求，在產品開發上達到了相當高的水平。

近年來，除中國正在建設450MN和800MN巨型模鍛機外，各國在大、中型鍛壓機的新建和改造方面的力度不大。因此，鋁合金鍛件的生產尚不能滿足交通運輸輕量化對鋁鍛件的需求，有必要新建若幹條現代化的大、中型鋁鍛壓生產線。

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