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摘要：介紹了幾種復合塑性成形新技術，包括熱鍛冷鍛復合技術、板料沖壓冷鍛復合技術、以及結合鑄造和鍛造特點開發出來的鑄造鍛造技術和半固態成形技術，以及它們在工業生產中的應用情況。
關鍵詞：復合；塑性成形；新技術；應用

一、引言

復合塑性成形技術指將不同種類的塑性加工方法組合起來，或將其它金屬成形方法(如鑄造、粉末冶金等)和塑性加工方法結合起來使用，使變形金屬在外力作用下產生流動和變形，從而得到所需形狀、尺寸和性能的制品的加工方法。

在塑性成形技術的發展過程中，復合化一直是一種技術創新的重要途徑，其特點是在成形過程中將原來分屬不同范疇的加工方法組合起來使用，其目的是節約材料和能源，減少加工難度和加工工序，提高零件的加工精度，盡可能做到無切削(即凈形Net Shape)或少切削(即近凈形Near Net Shape)加工，提高勞動生產率和降低成本，以滿足日益發展的工業和社會需求。

在以前的復合塑性成形技術中，以液態模鍛和粉末鍛造較為典型。液態模鍛技術結合了壓鑄和模鍛的特點，可生產形狀復雜程度高于鍛件，而力學性能優于鑄件的制品，在金屬特別是有色金屬的成形過程中占據重要的地位［1］。粉末鍛造作為粉末冶金和熱鍛結合的一種復合成形技術，以粉末燒結體作為坯料進行熱鍛，其制品消除了粉末冶金件的內部孔隙，致密性好，機械性能也有明顯的改善。

近年來，隨著工業的發展，特別是汽車工業不斷發展的要求，提出了一些新形狀和高精度要求零件成形加工的課題，例如小汽車變速箱由手動結構改為自動結構后，就出現了多種帶齒形零件的成形問題。為了解決這些問題，一些新型的復合塑性加工技術被開發出來并加以利用。其中，將熱鍛與冷鍛結合起來的熱鍛冷鍛技術，在板料沖壓和冷鍛基礎上開發出來的沖壓冷鍛技術，結合鍛造和鑄造工藝特點開發出來的鑄造鍛造技術和半固態成形技術等新型復合塑性成形技術優點顯著，在生產中被有效的利用，取得了良好的技術和經濟效果。

二、熱鍛冷鍛技術

熱鍛冷鍛是將熱鍛和冷鍛結合起來的一種新型成形技術，它充分利用了熱鍛和冷鍛各自的優點：熱態下金屬塑性好，流動應力低，因此主要變形過程用熱鍛完成；冷鍛件的精度高，因此重要尺寸用冷鍛最終成形，這樣可以得到高精度的零件。其一般工藝流程為：下料→加熱→熱鍛→切飛邊、沖連皮→退火→清理→磷化皂化處理→冷鍛→熱鍛冷鍛件。

熱鍛和冷鍛的設備及模具分別與熱鍛和冷鍛的設備及模具相同。由于熱鍛和冷鍛分別進行，因此不存在兩者之間生產協調和節拍配合的問題，只是在分配熱鍛冷鍛各自的變形量時應充分考慮各自的變形特點，做到既能成形高質量的制品，又能減少成形力，提高模具壽命，降低鍛件成本。

建筑機械用減速機的行星齒輪為直齒圓柱齒輪。以前用圓環狀鍛坯銑出或滾出齒形，現在可用熱鍛冷鍛復合塑性成形技術鍛出齒形，省去了齒形機加工工序。加工精度可以達到表1所示值［2］。

表1熱鍛冷鍛行星齒輪的精度
項目 要求值 實測值 精度等級(JIS) 公法線齒厚(5齒) 41.72+^0.05₀ 41.74～41.76 —— 齒形誤差 ＜36μm 17～30μm 6級 齒線誤差 ＜26μm 7～26μm 7級 齒槽偏差 ＜115μm 22～71μm 5級

圖1是農機行業用的一種大型直齒圓錐齒輪［3］，它用于拖拉機的前驅動系統，使用條件差，特別重視強度和耐久性。采用熱鍛冷鍛工藝生產該零件，金屬流線完整，生產率提高而成本下降。

圖1農機行業用的一種大型直齒圓錐齒輪

該零件的成形在40000kN壓力機上進行，工藝過程如下：下料→加熱→壓扁→預鍛→齒形成形→切飛邊、沖連皮→退火→噴丸處理→磷化皂化→冷鍛→切削加工(齒形不加工)→滲碳處理→成品。

熱鍛冷鍛復合塑性成形技術在生產齒形零件中具有一定的優勢，除了前述的直齒輪和直傘齒輪外，用該工藝還可生產出齒形帶有3°倒錐角的汽車同步器齒輪零件，減少了機加工量，大幅度降低了成本。但就目前的加工精度而言，還不能達到精密機加工的水平。

三、板料沖壓冷鍛技術

在一般板料成形過程中，通常不考慮板料在厚度方向的變形，工藝過程為：板料→平面變形→等壁厚件(沖壓件)；而鍛造變形是三維的，為體積成形過程，工藝過程為：棒料→體積成形→冷鍛件。

板料成形變形力小，成形過程簡單，但僅能成形等壁厚件，限制了它的應用范圍。隨著汽車工業中一些薄壁但壁厚有變化的零件的加工要求，板料沖壓與冷鍛復合塑性成形技術發展起來了，其工藝路線為上述兩種工藝路線的交叉和綜合，為：板料→(平面變形→)體積成形→板料冷鍛件。

圖2為不同的成形工藝工件應力［4］，可以看出，板料沖壓冷鍛的工件應力比普通板料成形高，比冷鍛低，介于兩者之間，表明其對模具強度要求低，有利于模具壽命的提高。

圖2不同的成形工藝的工件應力(材料：10號鋼)

圖3為沖壓冷鍛復合塑性成形技術適合加工的一些零件形狀示意圖［4］。可以看出，板料厚度有變化是該類零件的共同特點，這也是沖壓冷鍛和普通沖壓的根本區別所在。

圖3沖壓冷鍛復合塑性成形技術所適合加工的一些零件示意圖

圖4是汽車起動電機磁極采用板料沖壓冷鍛技術成形的工藝過程示意圖，這種工藝使工件的成形力大大降低，但其材料利用率低于普通冷鍛。

圖4汽車起動電機磁極板料沖壓冷鍛工藝過程示意圖
(a)落料 (b)整形R (c)沖孔 (d)彎曲成形 (e)尖端精整 (f)整形

四、鑄造鍛造技術

鑄造鍛造技術也可以稱為鑄件鍛造，它是將鑄件作為鍛造工步的坯料使用，對其進行塑性加工的方法。鑄造鍛造技術可以改善制品的組織和性能，并有以下因素可以使成本降低：(1)鑄造材料比鍛造用材料價格低；(2)對形狀復雜的制品，鑄件可以近凈形成形，材料利用率高；(3)鍛造工步減少，加工費降低。

一般的鑄造鍛造工藝流程為：合金熔化→鑄造→清理鑄件→加熱→鍛造→熱處理機械加工。

小汽車的鋁合金車輪(見圖5)是一種既有高機械性能要求，又有外觀品質要求的零件［5］，目前成形工藝有低壓鑄造、液態模鍛、半固態成形和鍛造成形等，該零件采用鑄造鍛造成形的工藝過程見圖6。

圖5鑄造鍛造小汽車鋁合金車輪

圖6鋁合金車輪鑄造鍛造工藝過程
(a)鑄造 (b)預鍛 (c)終鍛 (d)切飛邊沖連皮

表2為幾種工藝成形件的主要機械性能的比較。鑄造鍛造工藝生產的制品可以達到鍛件的性能指標，加工費用和鍛件比降低了30%。

表2鑄造鍛造工藝與其它工藝成形材料的性能比較
工藝 材料 主要成分(%) 機械性能 Si Mg Cu Fe σ_b(Mpa) σ_0.2
(MPa) 延伸率% 鑄造鍛造 自制 2.7～3.3 0.4～0.5 0.4～0.5 ≤0.12 300 220 10 鑄造 AC4CH^* 6.5～7.5 0.25～0.45 ≤0.2 ≤0.20 250 190 5 鍛造 A6061^** 0.4～0.8 0.8～1.2 0.15～0.40 ≤0.7 300 280 12

在使用鑄造鍛造復合工藝時應注意以下幾點：(1)應選用兼有良好鑄造性能和鍛造性能的合金；(2)兼顧鑄造成形和鍛造成形要求的鑄件(鍛件鑄坯)的形狀設計；(3)確立合理的鑄造、鍛造、熱處理的適當條件。

五、半固態成形技術

在一般的金屬凝固過程中，生成的固相呈樹枝狀，當固相比率達到20%時，枝狀結構就開始硬化，難以進行成形加工。若在金屬凝固的同時加以攪動，金屬的凝固組織就由枝狀結晶變成球狀的等軸晶，當固相含量為60%以下時的流動特性好，變形抗力小，可以用鍛造、擠壓、

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