文丨胖仔研究社

编辑丨胖仔研究社

前言

随着国民经济的发展和国际贸易的需要，我国汽车、航空航天等工业获得了长足发展，这些行业对锻件的性能、质量、尺寸精度和表面质量要求越来越高。

锻件的传统生产方法，一般是用铸造工艺和锻造工艺来生产，这种方法生产的锻件在组织和性能方面与锻压工艺生产出的锻件相比，存在着明显的缺陷，如金属组织不均匀，粗大晶粒占多数，杂质含量多等。

特别是铸造工艺生产出来的锻件中有大量的缩孔、疏松、气孔等缺陷，影响了锻件质量和尺寸精度。传统的铸造工艺生产出的锻件很难达到所要求的性能，导致了锻造工艺生产出的锻件在性能方面与锻造工艺生产出的锻件相比存在着明显的缺陷。

复合成形工艺的原理

复合成形工艺是以锻造生产工艺为基础，将锻造和热挤压两种不同的成形方法结合起来，同时实现材料的流动和组织的控制，以达到所需形状、尺寸和性能要求的一种先进的精密塑性加工工艺。

锻造生产工艺是以锻件为中心，在锻造过程中根据所需锻件形状、尺寸和性能要求，通过坯料和加热、锻造、冷却、终锻、表面处理等工艺过程，使锻件成型。

热挤压是将金属在高温下快速加热到塑性变形温度范围内，通过模具对坯料施加压力使其发生塑性变形并获得所需形状、尺寸和性能要求的一种成形方法。

复合成形工艺是将两种成形工艺结合起来，以锻造生产为基础，利用锻造生产中产生的飞边料和下料余料进行成形；利用热挤压产生的内应力消除成形件内壁缺陷并改善内部组织；利用模具使坯料在模具中成形而得到所需形状、尺寸和性能要求的锻件。

复合成形工艺的特点是：

1、由于采用了两种不同的成形方法，能同时获得所需形状、尺寸和性能要求的锻件。

2、由于采用了两种不同的加工方法，能对变形金属进行充分控制，不产生多余材料或减少加工余量。

3、在工序上可在锻件整体成形时完成，也可在锻件局部成形时完成，因而能适应不同形状、不同尺寸、不同性能要求的锻件。

4、由于采用了两种不同的成形方法，因而能有效地克服两种工艺在生产上难以克服的缺点和不足，如工艺复杂、成本高、操作难度大等。

5、通过复合成形工艺可使复杂的零件结构简单化，易于生产出各种形状、尺寸和性能要求的产品。

复合成形工艺是一种先进的精密塑性加工技术，是锻造生产的高技术含量的延伸，其特点是将锻造生产和热挤压两种工艺有机结合在一起，通过模具的作用使坯料在模具中成形。根据成形过程所采用的设备，复合成形工艺又可分为冷锻和热锻两种。

冷锻是将坯料加热到塑性变形温度范围内，在较低温度下进行锻造。由于坯料受到较大的内应力，在热锻机上加热后，由于金属内部温度场不均匀，从而形成一种动态再结晶组织，使金属内部组织变得细密，晶粒变得细小。

复合成形工艺的应用

复合成形工艺的应用比较广泛，可用于各种类型的锻件。

1、对形状复杂、尺寸较大的锻件，由于其内部存在各向异性，传统锻造难以成形，目前大多采用模锻成形，而采用复合成形工艺可以实现近净成形，在不改变工艺路线的情况下，显著提高锻件的精度和质量。

2、对一些尺寸较大、形状复杂的锻件，传统锻造难以成形时，可采用模锻加冷挤或旋压复合成形工艺进行零件成形。

3、对一些形状复杂、尺寸较大、形状不对称的锻件，如飞机发动机压气机叶片等，通常需要在锻造前进行预锻，然后再进行锻造。

4、对于一些重要锻件，如发动机压气机叶片等，传统锻造会使其产生裂纹和变形等缺陷，而采用复合成形工艺可以消除这些缺陷。

5、对于一些关键锻件如飞机发动机压气机叶片等，必须采用高强度材料制成的零件进行生产，而传统锻造无法满足要求时可采用复合成形工艺来实现零件的近净成形。

6、对于一些结构复杂的锻件如飞机发动机压气机叶片等，由于其结构复杂，制造难度大，而采用传统锻造工艺则无法达到要求。采用复合成形工艺可使这些锻件的制造难度大大降低。

7、对于一些大型锻件如船舶上的大型浮船坞主舵壳等，由于其外形结构复杂、尺寸较大且重量较重等特点，传统锻造难以成形。传统锻造很难成形。

采用复合成形工艺可在不改变工艺路线的情况下，大幅度提高这些锻件的精度和质量。

1、对于一些大型锻件，由于其结构复杂，材料种类多，形状尺寸较大，一般不适合传统锻造成形，而采用复合成形工艺可以实现零件的近净成形。

2、对于一些特殊锻件如飞机发动机压气机叶片等，由于其制造难度大，通常需要采用高强度材料制成的零件进行生产。传统锻造成形后往往会出现裂纹和变形等缺陷，而采用复合成形工艺则可以消除这些缺陷。

3、对于一些需要大型锻件的制造工厂，通常需要将生产的大块毛坯进行多次加热和模锻成形，以保证最终产品的尺寸和质量。

而采用复合成形工艺则可以在不改变工艺路线的情况下，将毛坯一次模锻成形过程分成多个阶段来完成，从而大大减少了加工过程中的工序数和工时。

4、对于一些大型锻件如飞机发动机压气机叶片等，由于其结构复杂、尺寸较大且重量较重等特点，通常采用传统锻造难以成形。

5、对于一些复杂形状、尺寸较大的锻件如飞机发动机压气机叶片等，通常需要在锻造前进行预锻和终锻，然后再进行锻造。采用复合成形工艺可以大大减少预锻件的数量和锻件尺寸和形状不对称性。

复合成形工艺的发展趋势

复合成形是实现锻件近净成形的有效手段，具有工艺过程简单、生产效率高、生产成本低等优势，在航空航天、兵器、船舶等行业中得到了广泛应用。随着复合成形技术的不断发展和应用，在生产实践中也发现了一些问题和不足，主要表现在：

（1）工艺设备要求高。由于复合成形工艺是在传统锻造工艺基础上发展起来的，因此复合成形工艺对设备的要求相对较高。

比如：大型锻件采用大型锻造设备进行锻造，小型锻件采用小型锻机进行锻造，但对于一些特殊的构件如大型曲轴和大型连杆等则需要采用专用设备进行生产。

（2）成形质量要求高。由于复合成形工艺是在传统锻造工艺基础上发展起来的，因此对传统锻造技术提出了新的要求。由于成形过程中坯料与模具摩擦较大，所以其表面质量较差；由于锻件内部存在着大量的孔隙和裂纹等缺陷，其尺寸精度和形状精度也较低。

由于锻造时锻件内部应力分布不均匀，因此其表面硬度和力学性能也相对较低。因此，要实现复合成形工艺的近净成形必须从模具设计、原材料选择、工艺参数优化、复合成形设备控制等多方面入手。

（3）材料利用率低。由于传统锻造工艺一般采用单一的锻造方式，所以锻件中存在着大量的废料和边角余料等材料，这不仅浪费了大量资源，而且还存在着严重的安全隐患。

而复合成形工艺采用了多种成形方式进行协同加工，在充分利用材料、减少废料、降低生产成本的同时，还可获得各种形状和性能优良的锻件。

（4）生产效率低。由于传统锻造工艺一般采用多个模具同时成形一个锻件，所以生产效率较低，而且模具寿命也相对较低，不利于企业的生产成本控制。

（5）市场竞争力差。由于复合成形工艺是在传统锻造工艺基础上发展起来的，所以它是一种在新的制造技术背景下发展起来的技术，这就使得它在市场竞争中存在着一定的劣势。因此，在实际生产中还需要从以下几个方面入手：

1、加强企业间的技术交流和合作。目前我国在复合成形技术方面还存在着一些不足之处，需要加强与国外先进企业之间的合作，使之尽快掌握先进的复合成形技术和工艺，提高我国复合成形技术水平。

2、加快复合型人才培养。复合成形工艺是一项新兴的生产工艺，它具有广泛的市场前景和发展潜力，但其发展和应用还需要大量复合型人才。因此，在复合成形工艺中要加强复合型人才的培养，从而使其更好地为企业服务。

由于企业间合作范围的局限性，导致企业间难以形成统一的标准和规范；同时由于缺乏有效的协作机制，所以使得生产成本增加、效率低下、产品质量不稳定等问题难以解决。

因此，在复合成形工艺中要加强企业间协作，通过共同制定标准和规范来促进复合成形工艺健康发展。

3、建立合理的管理体制。在复合成形工艺中要建立合理的管理体制和标准规范来促进复合成形技术的健康发展，从而使企业能够更好地利用资源和发挥自身优势来提高产品质量、降低生产成本、提高生产效率、增强市场竞争力。

笔者观点

（1）复合成形工艺的发展趋势是复合成形与锻造和冷挤压相结合，它是两种成形工艺的有机结合，是综合了两种成形工艺的优点，通过复合成形工艺可以获得高性能的锻件。

（2）在复合成形技术中，要考虑模具型腔形状、模具尺寸及润滑条件等因素，特别是要考虑在不同温度下对材料的软化、塑性变形程度的不同。

（3）在复合成形中，由于材料在变形过程中所受的应力状态发生了变化，对材料的塑性变形能力有了更高的要求。

（4）要根据具体锻件的要求和材料情况，选择合适的复合成形工艺。

（5）目前国内还没有形成系统的、成熟的、有推广价值的复合成形工艺技术。

参考文献

1、《金属塑性变形理论》，李泽芳等著，机械工业出版社，年10月第1版。

2、《锻造工艺及设备》（第三版）中国标准出版社（年）。

3、《热模锻成形技术及其应用》（第三版）冶金工业出版社（年4月第1版）。

4、王传明，张书平，杜春东，冯秋梅，张凤霞，等。钢结构用高强型钢的组织性能控制与强化[J]。金属材料与热处理，,19(1)：11-15。

5、刘伟，吴刚等。超高强钢的组织性能及其调控[J]。钢铁研究学报，,28(1)：65-76。

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