板材鍛造技術及案例分析

鍛造是一種利用鍛壓機械對金屬坯料施加壓力，使其產生塑性變形的等體積變形的加工方法，按照鍛造成形的溫度可分為熱鍛、溫鍛和冷鍛。隨著汽車工業的發展和當今環保政策的深入，世界鍛造行業最前沿也誕生了板材鍛造技術、半等溫鍛技術和近似超塑性技術等新技術，它們的突出優點是更節能降耗、環保，性價比高。

板材鍛造(也稱FCF工藝)是用板材經鍛造變形制成精密鍛件的一種加工方法，它融合了冷鍛與鈑金沖壓加工的特點，可以獲得更高尺寸精度、臺階、齒形等高附加值形狀的產品。和冷鍛相比，板材鍛造的坯料制作稍微復雜，但有些產品可以省略掉坯料的退火、磷皂化工序。另外和鈑金制作、沖壓成形相比，用更少的設備和更少的工步數就可以成形產品，可以極大降低成本。

板材鍛造技術概要

板材鍛造在鈑金沖壓成形過程中活用了材料的塑性流動，如圖1所示，將一般的板材的沖裁、拉深、折彎、翻邊等工序進行組合，再加上冷鍛技術的鐓粗、擠薄、擠壓成形等，形成了一種將板材制作沖壓成形和體積成形組合起來完成零件加工的方法。

沖壓和冷鍛代表性的成形工藝的成形應力如圖2所示，板材鍛造的變形程度介于沖壓和冷鍛之間，成形應力約為沖壓成形的2倍，約為冷鍛成形的1/2，所以使用的沖壓設備和模具也有差異。和沖壓相比，板材鍛造的材料變形程度高，成形時發熱量大，模具會受集中應力，因此必須考慮模具的彈性變形、熱膨脹引起的尺寸變化和可能發生的燒結問題。在加工成形應力大的零件時，需要使用冷鍛的模具結構，例如2層或3層凹模的結構，模具材質也要有高的耐壓縮性、耐磨損性，模具表面要有高的表面光潔度，并做好涂層處理。

沖壓成形的加工能力由材料的拉深強度(剪切強度)決定，是一種低應力、多工位的成形方法。鍛造成形的加工能力由模具強度來決定，是一種高應力、少工位的成形方法。板材鍛造通過將鍛造技術融入到沖壓技術內，提升了加工能力，可以得到更高精度和復雜的形狀，這種復合成形技術發揮了沖壓和冷鍛的優點，成為一種新的成形技術。

板材鍛造技術案例

拉深+變薄拉深+整形復合加工

這種復合加工方法將板料落料后磷皂化處理，將板料落料后進行拉深，然后通過冷鍛擠出產品需要的形狀。圖4所示典型零件是一種旋壓帶輪的坯料，這種零件中間輪轂部分料厚比較厚，其他部分料厚比較薄，中間輪轂需要進行增料加工。板材經過多次拉深和沖孔在中間部位成形出輪轂，然后用冷鍛工藝把中間輪轂尺寸鐓擠到位，這種方法常用步進式多工位模具完成。圖5所示的空心齒輪，也是先將坯料進行拉深成杯狀，然后用冷擠壓工藝經過3次擠壓成形可以做出齒輪的形狀，這種方法生產的齒輪比單純鍛造+機加工生產的齒輪經濟效益好得多。

拉深+鐓粗(冷擠壓)復合加工

汽車空調離合器帶輪的成形加工是一種代表性的板材鍛造方法。如圖3所示，板材落料沖孔后經過磷皂化處理作為坯料，第一道工序完成拉深、變薄拉深、底部擠薄鍛造的復合加工，第二道工序再對內壁進行整形。這種零件外壁的變薄率高，在使用板材鍛造的工藝前，這種帶輪先用熱模鍛加工出毛坯，然后再機加工。和熱模鍛工藝相比，板材鍛造技術極大提高了材料利用率和產品生產效率。

這種復合加工方法中卷料經過沖孔、局部連續冷擠壓擠薄，最后用沖裁落料的方式將產品從料帶上分離出來，一般工位數比較多，多用于平板類零件的成形，坯料不需要磷皂化處理，生產效率高。圖6所示的新能源動力電池方形蓋板是用這種加工方法加工的典型零件，圓形部位均進行了擠壓加工。

沖裁+冷擠壓復合加工

在當前跨境電商蓬勃發展，面向傳統外貿領域的高職商務英語人才培養已經不能夠滿足社會經濟發展的需要，當前外貿領域急需的是專業的跨境電商人才[5]。為了了解外貿企業對跨境電商人才需求真實的狀況，我們以外貿發達地區蘇州市的中小跨境電商企業為對象，調查了他們對跨境電商人才的需求情況，并以此為依據獲得了對高職商務英語專業進行跨境電商方向教學改革的基礎性認識，具體調研結果如下：

輪子直徑66mm，光電碼盤齒數為20，輪子周長207mm=20.7cm，輪子轉一周的脈沖信號計數次數為40，一個計數變化表示輪子跑過的距離為20.7/40=0.5175cm。

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結束語

因為板材鍛造始自日本，日本的技術實力是世界第一。雖然德國通過產學合作，最近也開始加大力度開發板材鍛造，但日本在實際應用上仍占有先機。我國的成形機理研究、數值模擬技術等都處于初始發展階段。

隨著CAE技術的發展，很多企業現在都具備了實施塑性流動分析和模具強度分析的能力。但換一個角度來看，CAE的分析能力決定了企業的技術開發能力。要想開發和使用板材鍛造技術，技術人員本身需要具備創造新技術的能力。加強這方面的研究和應用，將會產生較好的經濟效益，提高我們的競爭力。