模鍛的案例
協(xié)同創(chuàng)新 研發(fā)多向模鍛技術
辛紹杰
1986年畢業(yè)于大慶石油學院石油礦業(yè)機械專業(yè)；
1989年畢業(yè)于東北重型機械學院機械學專業(yè)，獲工學碩士學位；
1989年后在大慶石油管理局職工大學、總機械廠從事教學和科研工作；
2002年獲哈爾濱工業(yè)大學機械設計及理論工學博士學位；
2002年后在大慶高新技術創(chuàng)業(yè)服務中心從事科技管理工作；
2005年后在常州工學院從事教學和科研工作；
2006年11月開始在上海電機學院機械學院從事教學和科研工作，任機械學院教授，上海市高原學科-機械工程負責人，上海多向模鍛工程技術研究中心執(zhí)行主任，國家一流專業(yè)-機械設計制造及其自動化專業(yè)負責人。
多向模鍛是在多向模鍛液壓機上進行分模模鍛的一種鍛造技術，與普通模鍛及分模模鍛相比，它具有以下特點：(1)能使結構形狀復雜鍛件成形，顯著提高材料利用率和減少機械加工工時；(2)有助于提高零件的力學性能；(3)模具結構簡單，使用壽命長，制造成本低，使用維護方便，模具冷卻與潤滑效果好。
由于多向模鍛具有以上特點，因此被廣泛用于航空、汽車拖拉機制造、原子能工業(yè)等行業(yè)中，其中有關中空架體、活塞、軸類、筒形件、大型閥體、管接頭、飛機起落架、發(fā)動機機匣、盤軸組合件等鍛件，已開始采用多向模鍛的工藝進行生產(chǎn)。
2021年之前我國并沒有專門的工程中心研究多向模鍛技術。在2021年2月，上海電機學院經(jīng)上海市科委批準成立了上海多向模鍛工程技術研究中心填補了國內(nèi)這一空白。近期，《鍛造與沖壓》記者有幸采訪了上海電機學院機械學院(以下簡稱“學院”)教授、中國鍛壓協(xié)會多向模鍛技術專業(yè)委員會干事長辛紹杰先生，聽他給我們講一講他與多向模鍛技術的不解之緣。
展開 多向模鍛設備的結構分析與研究
隨著低碳、節(jié)能、綠色制造技術的發(fā)展，多向模鍛技術愈來愈受到人們的重視，為適應多向模鍛技術的推進，文中介紹并分析了國內(nèi)外現(xiàn)有多向模鍛液壓機本體的典型結構，在此基礎上，研究設計并制造了三種新結構的多向模鍛液壓機本體，說明了每種新結構的技術特點與優(yōu)勢。
現(xiàn)有多向模鍛液壓機的結構分析
隨著多向模鍛技術的發(fā)展，作為技術的重要組成部分，多向模鍛設備的結構也在不斷地出現(xiàn)新的形式，下面是文獻介紹的國內(nèi)外多向模鍛設備的結構。
U 形下橫梁的結構
U 形下橫梁的三梁四柱結構，是最早的一種多向模鍛設備的結構，其機構特點是，在常規(guī)液壓機下橫梁的左右兩端加高，使下橫梁成為字母U 形，把水平缸安裝在U 形下橫梁的兩個豎起部分，合模缸仍安裝在上橫梁上。該結構具有如下優(yōu)點：
⑴左右水平缸載荷平衡于下梁，液壓機立柱不承載，變形小；
⑵結構簡單，制造難度小；
⑶鍛造操作空間大，方便安裝輔助設備。
缺點是U 形易張口，水平部分剛度低，兩水平柱塞的同軸性差，僅適用于小型多向模鍛液壓機，開封高壓閥門廠的8.0MN 多向模鍛液壓機如圖1 所示。
圖1 8.0MN 多向模鍛液壓機
垂直水平獨立機架結構
為了克服U 形下橫梁的三梁四柱結構的缺點,研究了垂直水平獨立機架結構，它的結構特點是，主機架由垂直機架和水平機架組成，合模缸與垂直穿孔缸安裝在垂直機架的上橫梁上，水平缸安裝在水平機架上，垂直、水平機架相對分開，載荷也由對應的機架承受，兩水平柱塞的同軸性好。缺點是當左右水平載荷不等時，水平機架平衡困難，操作空間小。可用于大型多向模鍛液壓機，西南鋁業(yè)的100MN 多向模鍛液壓機就是垂直水平獨立機架結構，如圖2 所示。
展開 液態(tài)模鍛技術及其應用
圖3 年產(chǎn)20 萬模液鍛車間簡圖
液態(tài)模鍛技術應用實例
液態(tài)模鍛技術正處于快速推廣與應用的時期，國內(nèi)外都有大量的應用實例。僅北京交通大學邢書明教授開發(fā)的液態(tài)模鍛產(chǎn)品就多達幾十種，獲得發(fā)明專利近20 多件。目前單重最大的液態(tài)模鍛鋼件已經(jīng)達到了300kg，最小的只有幾十克。液態(tài)模鍛耐磨鋼件有破碎機錘頭、球磨機襯板、板錘、輥環(huán)、磨輥、斗齒、軋輥、軋鋼機側導板等，液態(tài)模鍛鋁合金件有輪轂、連桿、懸臂、軸箱體、活塞等汽車零件，液態(tài)模鍛銅合金件有高爐風口、滑動軸承、機車觸頭、氧槍噴頭、高壓開關觸頭等，液態(tài)模鍛鋼管件有法蘭盤、液壓閥體、蝶閥的碟板；液態(tài)模鍛通用鋼件有齒輪、皮帶輪、車輪、分離機轉鼓等。
總體來看，目前液態(tài)模鍛技術已經(jīng)成熟，進入了針對具體產(chǎn)品的應用開發(fā)階段。開發(fā)的內(nèi)容主要是面向產(chǎn)品的液態(tài)模鍛工藝設計、液態(tài)模鍛模具設計以及液態(tài)模鍛設備配置，形成工藝+ 模具+ 設備的一體化成套技術。
結論
⑴液態(tài)模鍛作為鑄鍛技術的升級，適于生產(chǎn)高要求、大批量、難變形材料或難鍛造材料、沒有復雜內(nèi)腔的合金鋼及有色合金鑄件。與固態(tài)模鍛相比，液態(tài)模鍛具有工藝流程短、生產(chǎn)效率高、綠色環(huán)保、材料利用率高、成本低的優(yōu)勢。
⑵液態(tài)模鍛技術已經(jīng)成熟，但需要針對具體產(chǎn)品進行液態(tài)模鍛工藝設計、模具設計、涂料設計以及設備配置等成套技術的應用開發(fā)。
——本文摘自《鍛造與沖壓》2018年第21期
展開 仿真實踐 | 汽車發(fā)動機連桿模鍛&熱處理鏈式仿真
在前期生產(chǎn)中，客戶發(fā)現(xiàn)該連桿在模鍛后進入熱處理工序，再經(jīng)過機加工與抽檢后，存在以下典型問題：
大小頭過渡區(qū)域硬度波動偏大；
桿身與頭部組織一致性較差；
水淬后孔位橢圓趨勢明顯，局部變形超差；
個別批次出現(xiàn)淬硬不足或局部應力集中風險。
連桿毛坯三維模型圖
現(xiàn)場分析表明，問題并不只出現(xiàn)在熱處理環(huán)節(jié)，而是與前道模鍛過程密切相關。由于連桿在 1200℃ 模鍛過程中存在截面不均、局部接觸散熱快、終鍛后不同區(qū)域溫降速度不同等現(xiàn)象，使得鍛后初始組織狀態(tài)和殘余應力分布并不一致；進入 850℃ 水淬后，這種差異被進一步放大，最終影響硬度、金相和尺寸穩(wěn)定性。
傳統(tǒng)依靠單一經(jīng)驗調(diào)整加熱時間或淬火節(jié)拍的方式，難以從根本上解釋問題來源。為此，項目團隊采用鏈式仿真方法，對“模鍛—轉運—再加熱—水淬”全過程進行系統(tǒng)診斷。
02問題定位：鏈式仿真打通“工藝黑箱”
通過對連桿模鍛及熱處理全過程進行多輪仿真分析，項目團隊識別出以下關鍵問題。
1.模鍛階段溫度與變形分布不均
仿真結果顯示，在 1200℃ 終鍛條件下，連桿大小頭邊緣、飛邊附近及桿身圓角過渡區(qū)域塑性變形最為集中，局部溫降也更快。尤其是脫模后至轉運階段，不同部位散熱條件差異明顯，導致鍛后溫度場不均。
SupreForm 模鍛位移分析云圖
SupreForm 模鍛溫度分析云圖
這種不均勻狀態(tài)直接影響后續(xù)奧氏體化加熱過程，使部分區(qū)域在 850℃ 保溫時更早達到組織轉變條件，而另一些厚大區(qū)域則存在“表層先到溫、芯部滯后”的現(xiàn)象。
展開 
萬噸模鍛液壓機的柔性控制系統(tǒng)
結束語
隨著航空工業(yè)的飛速發(fā)展，對于萬噸級模鍛液壓機的需求越來越高，針對于該類設備的柔性控制系統(tǒng)也得到越來越多的應用。本文所闡述的控制系統(tǒng)應用于我公司為印度SQUAD公司設計的100MN模鍛液壓機上，運行情況良好，各部件動作流暢無沖擊，有效保證了整機正常運行。
——本文選自《鍛造與沖壓》2018年第13期
大型模鍛液壓機活動橫梁整體工作性能有限元分析
大型模鍛液壓機活動橫梁整體工作性能有限元分析
曹興強 黃明輝 湛利華 彭偉波
摘要：利用Marc有限元軟件建立活動橫梁的三維有限元模型。通過分析發(fā)現(xiàn)橫梁的剛度不足，致使中梁之間有兩處開縫；強度較薄弱存在兩處，分布在拉桿的圓柱孔邊和穿孔缸附近的倒角處。針對中梁之間的開縫，提出兩種修正方案：一是在中梁中間孔和穿孔主缸周邊布置一定數(shù)量的加強筋板；二是改變中梁和墊板組間的高度，調(diào)整中梁的墊板組之間的相對剛度。分析結果表明，兩種方案對中梁的剛度都有不同的改善作用，布置加強筋后，中梁中心最大位移減小24.2%，相對撓度減小30.7％，開縫距離最大減小54.5％；墊板組的高度增加30.7%，中梁中心最大位移減小33.4％，相對撓度減小50.5％，開縫距離最大減小64.9％。分析結果對于大型壓機設計具有參考價值。
關鍵詞：活動橫梁；墊板組；強度；剛度
前言
液壓機活動橫梁在工作時承擔模鍛壓力，并將其傳遞給液壓機其他承載體，由此形成壓機的封閉力體系。活動橫梁作為鍛模的安裝面，承載后的彎曲變形和擠壓變形將影響模鍛精度，同時也影響壓機受載狀態(tài)，因此活動橫梁不僅要有足夠的強度，而且要具有很好的剛度。大型模鍛液壓機活動橫梁因為既要滿足主工作缸的布局要求，同時又要滿足一定的工作臺面要求，導致其結構龐大，無法完成整體制造，通常將其剖分成幾塊，通過拉桿拉緊形成整體。傳統(tǒng)的計算方法主要是基于經(jīng)驗設計，將橫梁簡化為材料力學范疇的簡支梁，然后按照材料力學的方法進行剛度、強度校核。這些方法設計的結構偏保守，無法對整個橫梁的強度和剛度做出預測，設計與實際相差甚遠[1，2]。有限元計算方法的出現(xiàn)，為結構設計提供了先進和科學的手段。程安寧將活動橫梁假設成交叉梁系，使用彈塑性有限元法對活動橫梁進行設計分析，取得了一定的效果[3]。
展開 鍛造最新前沿技術研究綜述（上）
半等溫鍛技術
圖6 板鍛外星輪
等溫模鍛是指坯料與模具幾乎在恒定的溫度下模鍛成形，為了保證恒溫成形的條件，模具也必須加熱到與坯料相同的溫度并保溫，故稱為等溫模鍛；等溫模鍛變形速率一般在(10
-3 ～10
-2）/s。
等溫模鍛常用于航空、航天工業(yè)中鈦合金、鋁合金、鎂合金等難變形材料的精密成形，近年來，也用于汽車工業(yè)和機械工業(yè)有色金屬的精密成形。這是因為在等溫條件下閉式熱模鍛的過程具有一系列優(yōu)點：可以改善變形材料組織，從而提高其力學性能；獲得小余量或無余量無飛邊且外形具有最小模鍛斜度(0 ～1°）鍛件；獲得帶有不大斜度(1°～3°）或無斜度深腔；材料利用率從50%～70%提高到80%～95%；提高不能加工表面率到60%～90%；由于低的變形阻力，使變形力減少到1/4 ～1/3(有時到1/6 ～1/5）；減少了隨后機械加工量30%～60%以上；改善了勞動條件。鈦合金等溫模鍛的變形力大約只有普通模鍛的1/8 ～1/5，見表1。
表1 Ti-6Al-4V 壓氣機葉片在不同鍛造工藝下的變形抗力
等溫模鍛發(fā)展趨勢
由于等溫模鍛工藝過程在液壓機上完成，它相對變形速度不大，生產(chǎn)率不高。用于航空航天鍛件批量不大、要求高、不計成本是可以的。但對于用量大的汽車零件，也要如此慢的變形速度就難以接受了。最佳等溫變形速度要考慮最大速度，在該速度下增加的模具負荷不超過許用負荷，以保證其正常鍛造生產(chǎn)，毛坯加熱變形程度不超過允許值，在毛坯材料組織和性能上沒有引起不適變化，采用半等溫模鍛工藝。
在簡化方案中確定了一些最大變形速度，在個別階段能夠增加變形速度而對模具工作性能和模鍛件質(zhì)量沒有損害，亦能增加工藝過程的生產(chǎn)率。例如，在模具還未接觸毛坯時，完全可以加快速度。
展開 大型支座鍛件工藝開發(fā)及優(yōu)化提高
圖1 大型支座鍛件三維造型及截面形狀圖
模鍛成形工藝分析
此鍛件為超大型挖掘機大臂上使用的零件，最大外徑尺寸為660mm，總高度為250mm，中間最大盤部外緣最薄處僅為25mm，上模環(huán)形較窄凸環(huán)高度尺寸為85mm，寬度尺寸僅為26mm，鍛件重量達到190kg，由于其形狀結構復雜，鍛造成形工藝性較差，存在盤部打不靠及環(huán)形凸環(huán)較難充滿的質(zhì)量隱患；根據(jù)《鍛工手冊》模鍛錘鍛打壓力經(jīng)驗公式進行計算，只計算包括橋部寬度在內(nèi)的鍛件投影面積，此鍛件最大鍛打壓力達到25t，最小為14.3t，通過鍛打壓力計算，我公司只有16t模鍛錘能滿足此零件鍛打工藝要求。
雖然此零件形狀結構復雜，鍛件重量偏重，但屬于典型的回轉體零件，常規(guī)模鍛成形工藝設計為鐓粗和模鍛聯(lián)合成形工藝，考慮我公司設備布局現(xiàn)狀，結合現(xiàn)有鍛件生產(chǎn)經(jīng)驗，決定在16t模鍛錘上采用直接模鍛成形，可以提高生產(chǎn)效率，降低模具成本。
工藝設計
初始模鍛工藝方案分析
根據(jù)產(chǎn)品圖及模鍛成形工藝分析設計鍛件圖，依據(jù)鍛件最大外形輪廓及保證鍛件能從模膛中出模的分模原則，鍛件分模面設計在盤部中間位置，這樣設計的好處是切邊后較容易檢查鍛件錯移量，防止切邊后產(chǎn)生縱向毛刺，增加打磨工作量，還能消除鍛件翹曲變形，最終決定分模面設計在盤部中間偏下位置2/5處；環(huán)形凸環(huán)設計在上模，上模金屬在成形過程中流動較快且具有反擠壓作用，更容易充滿整個較窄環(huán)部；考慮到鍛件生產(chǎn)低成本要求，降低上模高度尺寸，減少模塊浪費，中間孔連皮設計成斜底連皮并且位于偏上位置，需要在切邊時把中間孔斜底連皮沖下來形成通孔，初始模鍛工藝方案鍛件結構確定為圖2所示。
圖2 鍛件初始模鍛工藝方案
由于我公司采用在16t模鍛錘上直接模鍛成形工藝，對坯料定位要求很高，否則容易造成中間盤部外緣局部充不滿。
展開 防扭臂鍛件低倍粗晶缺陷淺析
轉產(chǎn)前鍛造工藝路線為：下料→中溫爐加熱→750kg制坯→打磨→中溫爐加熱→3t模鍛一火→割毛邊→打磨→中溫爐加熱→3t模鍛二火→切邊，其成形過程，如圖4所示。
圖4 防扭臂鍛件轉產(chǎn)前成形方案
⑵轉產(chǎn)后鍛造成形方案介紹。
轉產(chǎn)后鍛造工藝路線為：下料→中溫爐加熱→750kg制坯→打磨→中溫爐加熱→1000t壓力機一火→割毛邊→打磨→中溫爐加熱→1000t壓力機二火→切邊，其成形過程，如圖5所示。
圖5 防扭臂鍛件轉產(chǎn)后成形方案
確認粗晶問題原因
對轉產(chǎn)后制坯鍛件、模鍛一火后鍛件同爐熱處理后進行低倍檢測，發(fā)現(xiàn)制坯后鍛件低倍無整體粗晶問題，但模鍛一火后便出現(xiàn)低倍整體粗晶問題，如圖6所示。
圖6 轉產(chǎn)后模鍛一火后低倍粗晶
對比1000t壓力機和3t模鍛錘模鍛一火的過程，其主要差別為：
1000t壓力機上模鍛2錘便完成一火充填，且第一錘下壓量便已達到25mm左右，第一錘的變形量約50%～60%；3t模鍛錘上需6～8錘才能完成一火充填，且前幾錘每錘下壓量接近，每錘下壓量8～10mm，每錘變形量約20%。
根據(jù)國內(nèi)研究成果，鍛造過程中的變形速度對鋁合金組織有較明顯的影響：當變形速度過快時，鋁合金極易產(chǎn)生粗晶組織（鋁合金模鍛錘上鍛造一般要求前兩錘輕擊慢打也是為了避免變形速度過大）。
綜上，模鍛一火過程中，壓力機首錘下壓量過大導致鍛件變形速度過快是防扭臂鍛件低倍整體粗晶的主要原因。
工藝性優(yōu)化方案
確定優(yōu)化方法
根據(jù)如上分析，模鍛一火過程中首錘下壓量過大是防扭臂鍛件低倍整體粗晶的主要原因，故優(yōu)化方向便是多錘鍛造并控制每錘的下壓量。
展開 大型航空模鍛件生產(chǎn)工藝研究
1955 年美國建造了兩臺4.5 萬噸模鍛壓力機（圖3），該壓力機生產(chǎn)了波音747-787、F16、F35、F22 等先進飛機上重要鈦合金隔框類鍛件；1976 年法國安裝了一臺6.5萬噸模鍛壓力機（圖4），該壓力機造出了堪比美國波音的空客A320-A380 客機、陣風F3 等系列戰(zhàn)斗機鈦合金鍛件；1961 年俄羅斯建造了兩臺7.5 萬噸模鍛壓力機（圖5），該壓力機造出了全球最大的安-225大型運輸機、蘇27-34 等先進戰(zhàn)機鈦合金結構件。
圖3 美國4.5 萬噸壓力機
圖4 法國6.5 萬噸壓力機
圖5 俄羅斯7.5 萬噸壓力機
建國后，雖然我國大力發(fā)展重工業(yè)，但大型模鍛壓力機一直沒有能力制造，因此，航空工業(yè)發(fā)展非常緩慢。2012 年，西安三角防務4 萬噸大型模鍛壓力機（圖6）順利投產(chǎn)，2013 年德陽二重8 萬噸模鍛壓力機（圖7）熱試成功并投產(chǎn)，我們終于擁有了生產(chǎn)大型航空模鍛件萬噸模鍛壓力機。
圖6 中國4 萬噸壓力機
圖7 中國8 萬噸壓力機
大型航空模鍛件的鍛造工藝
模鍛用毛坯
大型航空模鍛件用毛坯不能直接使用鑄錠，通常是將鑄錠進行改鍛后形成組織均勻的荒形毛坯。主要原因是：第一，毛坯的形狀和尺寸能夠最大限度地符合模鍛件的要求，而鑄錠卻不能滿足這些要求；第二，鑄錠金屬不具有模鍛件質(zhì)量所需的性能。
模鍛用毛坯的鍛造工藝包括下列工序：切斷鑄錠及切取宏觀組織用的試片（鋸床進行）；鑄錠扒皮（車床進行）；銑削端部（專用端面銑床）；加熱和鍛造（電爐加熱，且電爐需配強制空氣循環(huán)裝置）。
模鍛工藝
大型航空模鍛件工藝較為復雜，不僅對設備有較高要求，對材料特性、加熱控制、鍛件和模具設計等也有很高要求，下面從常用的鋁合金和鈦合金大型模鍛件生產(chǎn)工藝進行論述。
⑴鋁合金模鍛工藝。
展開 鍛造知識大匯總！
根據(jù)成形機理，鍛造可分為自由鍛、模鍛、碾環(huán)、特殊鍛造。
1）自由鍛
指用簡單的通用性工具，或在鍛造設備的上、下砧鐵之間直接對坯料施加外力,使坯料產(chǎn)生變形而獲得所需的幾何形狀及內(nèi)部質(zhì)量的鍛件的加工方法。 采用自由鍛方法生產(chǎn)的鍛件稱為 自由鍛件。自由鍛都是以生產(chǎn)批量不大的鍛件為主，采用鍛錘、液壓機等鍛造設備對坯料進行成形加工，獲得合格鍛件。 自由鍛的基本工序包括鐓粗、拔長、沖孔、切割、彎曲、扭轉、錯移及鍛接等。自由鍛采取的都是熱鍛方式。
2）模鍛
模鍛又分為開式模鍛和閉式模鍛．金屬坯料在具有一定形狀的鍛模膛內(nèi)受壓變形而獲得鍛件，模鍛一般用于生產(chǎn)重量不大、批量較大的零件。模鍛可分為熱模鍛、溫鍛和冷鍛。溫鍛和冷鍛是模鍛的未來發(fā)展方向，也代表了鍛造技術水平的高低。
按照材料分，模鍛還可分為黑色金屬模鍛、有色金屬模鍛和粉末制品成形。顧名思義，就是材料分別是碳鋼等黑色金屬、銅鋁等有色金屬和粉末冶金材料。
擠壓應歸屬于模鍛，可以分為重金屬擠壓和輕金屬擠壓。
閉式模鍛和閉式鐓鍛屬于模鍛的兩種先進工藝，由于沒有飛邊，材料的利用率就高。用一道工序或幾道工序就可能完成復雜鍛件的精加工。由于沒有飛邊，鍛件的受力面積就減少，所需要的荷載也減少。但是，應注意不能使坯料完全受到限制，為此要嚴格控制坯料的體積，控制鍛模的相對位置和對鍛件進行測量，努力減少鍛模的磨損。
3）碾環(huán)
碾環(huán)是指通過專用設備碾環(huán)機生產(chǎn)不同直徑的環(huán)形零件，也用來生產(chǎn)汽車輪轂、火車車輪等輪形零件。
4）特種鍛造
特種鍛造包括輥鍛、楔橫軋、徑向鍛造、液態(tài)模鍛等鍛造方式，這些方式都比較適用于生產(chǎn)某些特殊形狀的零件。
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【精品文章】熱模鍛壓力機的創(chuàng)新應用
熱模鍛壓力機性能特點
熱模鍛壓力機(圖1)是我國目前模鍛行業(yè)廣泛采用的模鍛設備之一。它可以實現(xiàn)多模膛鍛造，鍛件尺寸精度較高，加工余量小，適用于大批量流水線生產(chǎn)中，其是模鍛車間設備更新改造的優(yōu)選設備之一。
圖1 MP-630 熱模鍛壓力機
在熱模鍛壓力機上，可以完成開式模鍛、閉式模鍛和擠壓等金屬型材的各種熱模鍛工藝過程。通過手工操作或自動傳送裝置，可以進行多模腔的熱模鍛。
目前在熱模鍛壓力機上模鍛的零件主要類型有：
⑴主要通過鐓粗方式成形的鍛件，例如齒輪、法蘭盤等盤形零件。
⑵主要用擠壓成形復雜結構形狀的鍛件，例如叉形零件和其他非對稱零件。
⑶需要用預先引伸工序的鍛件，像汽車前梁、曲軸等。引伸工序通常在輥鍛機上進行。
熱模鍛壓力機使用選擇
熱模鍛壓力機的使用選擇除考慮壓力機的工作臺上平面和滑塊底面尺寸、行程、封閉高度及其調(diào)整量等參數(shù)外，最重要的是確定壓力機的公稱壓力，與此同時還必須使模鍛時所消耗的能量小于或等于壓力機所能釋放的最大能量。
在熱模鍛壓力機使用過程中，毛坯加熱溫度過低、加熱毛坯在鍛造傳送過程中的冷卻、毛坯體積的公差以及壓力機封閉高度的不正確調(diào)整等原因，都有可能引起模鍛力的急劇增加，導致壓力機過載或悶車，因此，正確選擇熱模鍛壓力機的公稱力，仍然是保證熱模鍛壓力機正常和可靠工作的一個重要手段。
選擇熱模鍛壓力機時，必須考慮到模鍛力是鍛造溫度和毛坯體積的隨機函數(shù)這一事實。
展開 LG1050 型中拉桿鍛造新工藝研發(fā)
改進工藝
根據(jù)中拉桿的結構特點，制定了模鍛＋自由鍛復合鍛造工藝方案來代替自由鍛造方案，采用6300t 熱模鍛壓力機進行模鍛，利用模鍛將中拉桿兩端頭部鍛造出來，模鍛后，再采用自由鍛造對中間部位進行摔桿拔長，拔長后的最終中拉桿毛坯如圖3 所示。
圖3 LG1050 型中拉桿最終毛坯
鍛造工藝流程：鋸床下料→感應加熱→模鍛→切邊→打磨→感應加熱→自由鍛拔桿→校直→檢查、交出。
工藝設計
LG1050 型中拉桿中間桿部的尺寸為
φ45
+-
2
1mm，為了提高自由鍛摔桿的效率與質(zhì)量，我們在模鍛毛坯上設計了長度為20mm、直徑為
φ46mm 的近似最終桿部尺寸的過渡段，如圖4 所示，兩端頭尺寸與最終成品尺寸一致。
圖4 LG1050 型中拉桿模鍛毛坯
LG1050 型中拉桿采用
φ90mm 的20 鋼進行下料，采用中頻感應爐進行加熱，中拉桿鍛模如圖5 所示，
圖5 LG1050 型中拉桿鍛模
中拉桿模鍛時分三個工位進行，利用模鍛前1 工位和2 工位將坯料進行拔長分料，1 工位預鍛后旋轉90°進行2 工位預鍛，2 工位預鍛后再翻轉90°進行3 工位終鍛。為了實現(xiàn)1、2 工位坯料定位、頂出以及工位間的翻轉，我們在模具上設計了具有自頂出功能的頂出器，不依靠設備的頂出系統(tǒng)。
工藝模擬
采用Deform-3D 有限元模擬軟件對改進方案的模鍛過程進行模擬，模擬過程包括：搬運過程→1 工位預鍛→2 工位預鍛→終鍛。
展開 大型鍛件的極端制造
模鍛化成形
大型鍛件極端制造的最高目標除了均質(zhì)化制坯和一體化制造以外，少無切削的模鍛化成形也是一個非常重要的內(nèi)容。
已實現(xiàn)模鍛化成形的鍛件
河北宏潤核裝備有限公司利用500MN壓機以模鍛方式制造出大型船用柴油機曲拐（圖10）和AP1000主泵泵殼（圖11）等鍛件，其中模鍛曲拐的材料利用率較彎鍛成形提高68%。
圖8 核電常規(guī)島超大型汽輪機低壓轉子
圖9 核反應堆壓力容器接管段鍛件的發(fā)展經(jīng)歷
圖10 大型船用柴油機曲拐
圖11 AP1000主泵泵殼
待模鍛化成形的鍛件
中國一重發(fā)明的整體水室封頭仿形鍛造與國內(nèi)外其他鍛件供應商的自由鍛造相比，材料利用率提高30%以上，但與成品鍛件相比仍有優(yōu)化空間（圖12）。為了實現(xiàn)超大異形鍛件模鍛化，對CAP1400反應堆壓力容器一體化接管段及蒸汽發(fā)生器水室封頭的模鍛成形方案進行了研究，其數(shù)值模擬結果分別如圖13和圖14所示。
圖12 CAP1400蒸汽發(fā)生器水室封頭鍛件從自由鍛造到仿形鍛造
圖13 CAP1400 RPV一體化接管段模鍛數(shù)值模擬
圖14 CAP1400 SG水室封頭模鍛數(shù)值模擬
中國一重擬對支承輥和轉子等大型、超大型軸類鍛件的輥、軸身進行擠壓，對輥、軸頸進行模鍛。表2給出了材料為45Cr4NiMoV的2250mm連軋機支承輥不同成形方式所需費用對比，從表2中可以看出，采用連鑄坯疊鍛制坯并經(jīng)過模鍛成形與傳統(tǒng)的鋼錠開坯并經(jīng)過自由鍛成形相比，具有節(jié)材、節(jié)能和大幅度降低制造成本等優(yōu)勢。
表2 2250mm支承輥不同制造方式所需費用對比（單位：萬元）
注：模具費為156萬元分攤
設備保障
超大型鍛件追求的目標是“形神兼?zhèn)洹保纫玫借T件的形狀，又要保持鍛件的組織與性能。
展開 壓鑄件及其它鑄造件縮孔縮松問題解決的終極方法
所以,那種以為通過提高壓鑄機壓射缸的壓力,通過提高壓射充型比壓來解決壓鑄件的縮孔縮松,以為這個壓射比壓可以傳遞到鑄件凝固階段的全過程,實現(xiàn)鑄件補縮思想,是完全錯誤的.
5.采用”先壓鑄充型,后模鍛補縮”的工藝,是解決鑄件縮孔縮松缺陷的有效途徑,也是一種終極手段.
”先壓鑄充型,后模鍛補縮”的工藝,我們可簡稱為”壓鑄模鍛”工藝.它的本質(zhì),是一種連鑄連鍛工藝,就是將壓鑄工藝與液態(tài)模鍛（熔湯鍛造）工藝相結合,將這兩種設備的最有效功能組合在一起,完成整個工藝過程.
這種連鑄連鍛的”壓鑄模鍛”設備,外型與普通立式或臥式的壓鑄機很相似,其實就是在壓鑄機上,增加了液壓的鍛壓頭.可以加上的最大鍛壓補縮力,能等于壓鑄機的最大鎖模力.
要注意的是,這種壓鑄模鍛機最重要的公稱參數(shù),并不是鎖模力,而是模鍛補縮力,相當于四柱油壓機的鍛壓力意義,這是我們在設備選擇時必須充分留意的.不然,買了一臺鎖模力很大,但模鍛補縮力很小的壓鑄模鍛設備,其使用價值就大打折扣了.
運用這種壓鑄模鍛機生產(chǎn)的毛坯,尺寸精度很高,表面光潔度也極高,可以相當于6級以上機加工手段所能達到的精度與表面粗糙度水平.它已能歸屬于”極限成形”----的工藝手段,比”無切削少余量成形”工藝更進了一大步.
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