模拟分析系统。完善黑色金属温/热精锻工艺,扩大多工位温/热精锻和闭式无飞边温/热精锻工艺应用的范围。进一步研究高强度轻金属流动控制成形新技术,推广其应用范围。掌握和推广应用温/热精锻模CAD/CAM技术。开发多工位和双动/三动温/热精锻压力机(包括机械压力机和高精高效液压机)。开发无污染的新型润滑剂和自动化润滑技术及装置。开发并推广应用温/热精锻自动化生产技术,建立自动化生产线。 建立温/热精锻成形工艺技术规范与标准。
精锻技术应用前景十分广泛,要解放思想,拓展应用。要积极发展航空航天飞行器关键零件高强度难加工材料的温/热精密锻造,以及轿车零件轻量化温/热精锻成形和基于亚微米、微米尺寸级别的温/热微成形和高温高压条件下陶瓷金属材料的精密锻造等。在发展小型锻件温热精锻的基础上,向大中型锻件温热精锻发展,由单个锻件温热精锻向一个部件中的主要零件都采用温热精锻集成方向发展。注重开发轨道交通领域、坦克及装甲车等高速重载承力件的精锻生产,取代铸钢件以提高其力学性能。开发生产轿车悬挂系统的转向节、左/右转向臂、左/右拉杆、轮圈和连杆铝合金锻件,以高强度铝合金取代结构钢实现轻量化。发展大功率发动机和轿车无噪声空调压缩机等中高硅铝合金零件,以热精密锻件取代压铸件以提高其内在与表面质量,开发以整体精锻成形取代两个或两个以上的零件焊接或铆接或螺纹连接为一整体的分体制造。研究板锻与管锻成形,实现以薄代厚、以空代实的轻量化制造;积极使用成形过程数值模拟及工艺参数优化技术,实现锻造工艺的持续改进。下表列出了未来主要的精密模锻技术与产品应用范围。
表3 精密模锻成形技术及产品应用领域
基础制造工艺种类 应用领域 汽车 应用产品名称 手动与自动变速器及差速器齿轮类零件。 传动轴系统上关键承力件,轿车等速万向节上的钟形壳、三销滑套和星形套等传递扭矩的关键零件。 十字轴和变速器十字轴及操作系统转向柱上的十字轴与轿车等速万向节上的三销轴。 载重车(商务车)主动轴上的万向节叉、滑动叉和叉形突缘等叉形件。 发动机零件主要有曲轴、连杆、进气门、排气门和凸轮轴等。 26 / 67
温/热锻造技术和温/冷复合精锻技术 汽车 铝合金锻造技术 温/热锻造技术 闭式等温锻造成形 航空航天 航空航天 航空航天 发电 输变电 船舶 温/热锻造技术 工程机械 其它承力零件。 汽车安全气囊气体发生器7A04超硬铝合金压盖与壳体,新型涡旋式空气压缩机4032铝合金涡旋盘系列产品,无噪声空调压缩机中高硅铝合金活塞尾、活塞体、斜盘及接头等关键零件。 汽车悬挂系统的转向节、左/右转向臂、左/右拉杆等。还有铝合金轮圈和连杆等。 轻合金锻件如飞机上的大梁、壁板、框架和支架。 组成机翼梁的上缘条、下缘条、腹板、隔板和起落架等。 钛合金整体涡轮要求采用超塑精锻成形、整体叶轮、发动机机匣和叶片。 火电站汽轮发电机组上的高强度不锈钢叶片,原子锅炉上的高强度不锈阀瓣等中小型件,各种大型锻件。 塔架上的高强度螺栓和螺母。 高压输电线路上的电力器具如单撑耳、双夹箍和金具帽等数十种承力件。 船舶包括航运船舶和舰船两大类,其发动机曲轴、连杆和凸轮轴。 船用黄铜阀体。 支重轮左半轮体和右半轮体,托链轮左半轮体和托链轮右半轮体,以及支重轮半轮体等系列零件产品。链轮齿及掘土机上的耙齿等。 农用机械 与汽车类似。 液压机和中高压管接头(直二通、异径二通、等径三通、液压系统 异径三通和四通)系列零件产品。中小型中高压阀体等。 五金工具 活动板手和固定板手系列产品。 材料对模锻生产影响巨大。应开展新材料成分、热变形行为、缺陷和组织性能控制研究。研究材料成分与组织性能关系。冶铸与锻造及锻造与热处理界面的技术研究需要加强。非调质钢应用的基础研究应受到重视。建立非调质钢材料指标,包括锻造工艺参数的规范、锻后控冷参数、锻后工序工艺参数和缺陷的评定标准。与此同时,也需要统一调质钢金相组织的评定标准,统一国标GB/T3077力学性能调质试验标准中淬火油的牌号,确定淬火油的冷却特性检测及标准范围,用于统一行业内的热处理规范。
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自由锻也是锻造业的重要组成部分,自由锻技术发展以突出节能、节材为主线,以发展材料、锻造工艺、热处理和机加工一体化研究为突破口发展技术。自由锻中的大锻件锻造技术与产品质量是衡量自由锻造行业水平的重要标志。
“十三五”期间,需要集中解决火电和核电全系列锻件,包括核电用泵、阀、管板及其隔板等的锻造成形。要特别重视核电适用的量少、价高的特种中小型锻件开发和生产。“十三五”期间,要能彻底国产化发电机转子、汽轮机轴、高档轧辊和船用低速曲轴锻件,特别要在产品质量稳定性和控制成本上有重大进步,克服用户使用的不安全感,从而在国际市场上确立有利竞争地位。大口径厚壁无缝钢管和大型环件,未来随着电力的发展,高档大口径厚壁无缝钢管和大型环件仍有一定的发展空间,
依据当前的情况看,大锻件未来技术发展主要集中在超超临界转子用9-12Cr超纯净钢冶炼工艺;大型特种Ni 基、稀土特钢钢锭的冶炼控制和浇铸技术,实现数字化在线控制炼钢工艺。通过冶炼及浇铸专家诊断分析系统研究,完善电炉冶炼、钢包精炼及大钢锭浇铸的智能控制系统,实现工艺设计及冶炼、浇铸全过程计算机控制,稳定控制大锻件冶金质量,化学成份【C】稳定控制在0.01%偏差范围内,偏析不大于1.04,【H】不大于1ppm,合金结构钢【O】不大于15ppm。建立大锻件锻造过程关键质量指标控制体系,开发在线检测自动化系统和装置,实现大锻件锻造过程中的数字化在线检测。集中研究船用中、低速柴油机曲轴毛坯低成本锻造工艺,集中解决锻造工艺和成本控制方案。建立大直径筒节锻造与轧制复合工艺推广的相关制度(首台套保险制度;增值税优惠政策等)。推动90万千瓦以上级双18护环锻件在国内用户的使用和工艺完善;推动电力企业采用国产发电机转子与汽轮机转子等特大型锻件;开展大型钢锭材料成分、宏观偏析、纯净度及冶金缺陷等精确控制技术研究、大锻件内部夹杂缺陷、裂纹缺陷以及粗晶、混晶等材料组织缺陷形成机制及控制技术研究等等,并要在材料、冶铸、锻造和热处理等单项技术的基础上,加强大锻件制造全流程的技术集成研究。建立特种材料技术标准体系,加快制定特定零件的国内技术质量标准,编制在国际上适用的中英文对照行业协会标准,实现标准国际化。国家应设立课题,发挥中国锻压协会大锻件理事会作用,组织开展切实的调查研究,确定炼钢质量控制和锻造难点(包括加热、锻造、热处理及检验工序)。国家利用购买服务的形式,
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发挥行业协会或中介机构的作用,推动组建基于技术层面上的大锻件开发制造一条龙机构。建立由电力、船舶和冶金企业与大锻件生产企业标准制订、技术开发联盟,实现用户与制造商的联动,推进用户企业参与同步开发。
研究和推广锻造产业关键工艺和装备,以及模具和生产制造系统的自动化、数字化和信息化整体集成解决方案、核心技术研发需求会逐步加大。提升锻造行业智能化制造水平。研究开发锻造装备,配备嵌入式的锻造材料数据库和锻造工艺智能化软件、智能化锻造车间的锻造生产管理系统及软件、锻造车间环境监测智能管理系统;大力推动锻造行业制造执行系统(MES)与企业资源计划管理系统(ERP)的广泛和正确使用。
模具加工设备是保障模具质量的重要基础,高精度模具加工设备仍然是行业追求的目标。目前硬度低于70HRC复杂型面的加工精度能达到0.01毫米,将硬度高于76HRC的模具加工精度提高至0.001毫米,对于模具加工来说是个革命。开发低成本弹性变形近零的冷作锻造用模具钢,将有助于大大提高精密成形产品精度。高速铣的使用将稳步发展,逐渐扩大。低档的模具雕铣将会在较大范围替代传统的放电加工。随着雕铣机性能的不断提升,将会挤占一部分本应是高速铣的市场份额.
绿色挤压生产是挤压装备与技术发展的主要趋势之一,高效低能耗挤压装备系列化,形成系列化行业标准在行业内全面推广显得尤为重要。建立挤压过程能耗计算理论体系,推动挤压工艺技术的发展必须引起重视。绿色挤压生产装备智能化,在建立挤压过程能耗计算理论体系的基础上,结合目前网络技术和计算机控制技术,通过程序研究,建立绿色挤压生产装备能效智能管理系统,提高挤压装备的智商。
加强大中型全液压径向锻造压机设计开发。以大中型全液压径向锻造装备为研究对象,通过理论分析和技术研究,解决径向锻造装备的关键技术难题,掌握核心技术。在研制大中型径向锻造装备的同时也必须要开展相应的锻造工艺研究。
大型模锻压机的增压技术应得到重视。近年来,随着我国大飞机、轨道交通及大型发电设备等技术的快速发展,对大型模锻件的需求快速增长。而我国模锻液压机相比自由锻造压机,还未形成合理的规格系列,规格和类型分布尚欠合理。100MN模锻压机数量偏多(据不完全统计,多达六台),而在已建成的400MN~800MN
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之间档距过大。随着设备压力的不断提高,液压系统工作介质压力由高压向超高压发展,有的甚至高达63MPa,这使得液压系统过于庞大,投资加大。采用工作缸内增压技术,实现超高压力输出的技术路线,可使模锻压机工作缸数量减少、甚至采用单缸结构,使得压机结构更加紧凑,刚度更好。同时减少了投资,节约了能源。
智能锻造设备关键共性技术研究与开发是未来的一个亮点。如锻造装备数控技术、故障检测诊断技术、专家系统、人工智能技术、伺服直驱技术(大功率伺服电机驱动)和机器视觉等都是重要的开发研究领域。锻造装备核心部件的开发越来越重要:下大力气开展锻造装备数控系统、快速、精密液压驱动系统、大功率伺服电机及驱动控制器等的研制。随着具有“国际领先水平”的“NTR法锻造成套装备技术及成形工艺”的推广与应用,我国全纤维曲轴锻造技术获得重大进展。由于该设备的增力技术,极大地降低了同吨位锻压设备的造价,使大型锻造设备将朝着专机方向发展成为可能,使具有一定批量或变形工艺雷同的大型自由锻件改为模锻件生产方式。减少切削余量、提高机械性能、降低制造成本和提高国际市场的竞争力有了可能。轴承环类中小型幻剑的批量辗扩(也称辗轧)应逐步建立从环件制坯-辗环-出料的全自动化生产线,提高环件质量稳定性及一致性,提高生产效率,改善环境,减轻工人的劳动强度。对异型截面环件的轧制可以减少机械加工余量,提高材料利用率,合理分布环件的金属纤维以提高环件质量,典型件有高颈法兰和各种台阶环等。应对预制坯工艺、轧制成形工艺以及辗环设备的自动化控制技术等进一步优化。
未来5年,锻造行业将发生比较大的变化,传统生产方式生产的低附加值锻件竞争更加惨烈。一部分盲目投资、无技术实力、无配套能力的锻件生产企业会被迫关闭。2016-2020年锻造行业在精密锻造、自动化、数字化和信息化锻造等方面将有发展。管理规范、工艺手段齐全、设备先进实用、产品特色强和企业文化现代的锻造企业将获得生存空间。为了适应今后发展的需要,锻造行业企业将产生如下的需求。
急需在材料、锻造工艺、热处理各方面的技术支撑。新材料(轻量化)的研发及其成形工艺研究会被市场强烈需求。各种高性能材料(高强度螺栓用钢、铝合金、镁合金及冷温锻用钢等)需求将不断地加大。适应单一零件大批量生产的专业化、高速化、自动化、高精度和高可靠的高端智能锻造成形设备(线)需求
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