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摘要：介紹了幾種復(fù)合塑性成形新技術(shù)，包括熱鍛冷鍛復(fù)合技術(shù)、板料沖壓冷鍛復(fù)合技術(shù)、以及結(jié)合鑄造和鍛造特點(diǎn)開(kāi)發(fā)出來(lái)的鑄造鍛造技術(shù)和半固態(tài)成形技術(shù)，以及它們?cè)诠�業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用情況。
關(guān)鍵詞：復(fù)合；塑性成形；新技術(shù)；應(yīng)用

一、引言

復(fù)合塑性成形技術(shù)指將不同種類的塑性加工方法組合起來(lái)，或?qū)⑵渌�金屬成形方�?如鑄造、粉末冶金等)和塑性加工方法結(jié)合起來(lái)使用，使變形金屬在外力作用下產(chǎn)生流動(dòng)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(shù)的發(fā)展過(guò)程中，復(fù)合化一直是一種技術(shù)創(chuàng)新的重要途徑，其特點(diǎn)是在成形過(guò)程中將原來(lái)分屬不同范疇的加工方法組合起來(lái)使用，其目的是節(jié)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(wú)切削(即凈形Net Shape)或少切削(即近凈形Near Net Shape)加工，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和降低成本，以滿足日益發(fā)展的工業(yè)和社會(huì)需求。

在以前的復(fù)合塑性成形技術(shù)中，以液態(tài)模鍛和粉末鍛造較為典型。液態(tài)模鍛技術(shù)結(jié)合了壓鑄和模鍛的特點(diǎn)，可生產(chǎn)形狀復(fù)雜程度高于鍛件，而力學(xué)性能優(yōu)于鑄件的制品，在金屬特別是有色金屬的成形過(guò)程中占據(jù)重要的地位［1］。粉末鍛造作為粉末冶金和熱鍛結(jié)合的一種復(fù)合成形技術(shù)，以粉末燒結(jié)體作為坯料進(jìn)行熱鍛，其制品消除了粉末冶金件的內(nèi)部孔隙，致密性好，機(jī)械性能也有明顯的改善。

近年來(lái)，隨著工業(yè)的發(fā)展，特別是汽車(chē)工業(yè)不斷發(fā)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(chē)變速箱由手動(dòng)結(jié)構(gòu)改為自動(dòng)結(jié)構(gòu)后，就出現(xiàn)了多種帶齒形零件的成形問(wèn)題。為了解決這些問(wèn)題，一些新型的復(fù)合塑性加工技術(shù)被開(kāi)發(fā)出來(lái)并加以利用。其中，將熱鍛與冷鍛結(jié)合起來(lái)的熱鍛冷鍛技術(shù)，在板料沖壓和冷鍛基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出來(lái)的沖壓冷鍛技術(shù)，結(jié)合鍛造和鑄造工藝特點(diǎn)開(kāi)發(fā)出來(lái)的鑄造鍛造技術(shù)和半固態(tài)成形技術(shù)等新型復(fù)合塑性成形技術(shù)優(yōu)點(diǎn)顯著，在生產(chǎn)中被有效的利用，取得了良好的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效果。

二、熱鍛冷鍛技術(shù)

熱鍛冷鍛是將熱鍛和冷鍛結(jié)合起來(lái)的一種新型成形技術(shù)，它充分利用了熱鍛和冷鍛各自的優(yōu)點(diǎn)：熱態(tài)下金屬塑性好，流動(dòng)應(yīng)力低，因此主要變形過(guò)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(shè)備及模具分別與熱鍛和冷鍛的設(shè)備及模具相同。由于熱鍛和冷鍛分別進(jìn)行，因此不存在兩者之間生產(chǎn)協(xié)調(diào)和節(jié)拍配合的問(wèn)題，只是在分配熱鍛冷鍛各自的變形量時(shí)應(yīng)充分考慮各自的變形特點(diǎn)，做到既能成形高質(zhì)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(jī)械用減速機(jī)的行星齒輪為直齒圓柱齒輪。以前用圓環(huán)狀鍛坯銑出或滾出齒形，現(xiàn)在可用熱鍛冷鍛復(fù)合塑性成形技術(shù)鍛出齒形，省去了齒形機(jī)加工工序。加工精度可以達(dá)到表1所示值［2］。

表1熱鍛冷鍛行星齒輪的精度
項(xiàng)目 要求值 實(shí)測(cè)值 精度等級(jí)(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(jí) 齒線誤差 ＜26μm 7～26μm 7級(jí) 齒槽偏差 ＜115μm 22～71μm 5級(jí)

圖1是農(nóng)機(jī)行業(yè)用的一種大型直齒圓錐齒輪［3］，它用于拖拉機(jī)的前驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，使用條件差，特別重視強(qiáng)度和耐久性。采用熱鍛冷鍛工藝生產(chǎn)該零件，金屬流線完整，生產(chǎn)率提高而成本下降。

圖1農(nóng)機(jī)行業(yè)用的一種大型直齒圓錐齒輪

該零件的成形在40000kN壓力機(jī)上進(jìn)行，工藝過(guò)程如下：下料→加熱→壓扁→預(yù)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(fù)合塑性成形技術(shù)在生產(chǎn)齒形零件中具有一定的優(yōu)勢(shì)，除了前述的直齒輪和直傘齒輪外，用該工藝還可生產(chǎn)出齒形帶有3°倒錐角的汽車(chē)同步器齒輪零件，減少了機(jī)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(dá)到精密機(jī)加工的水平。

三、板料沖壓冷鍛技術(shù)

在一般板料成形過(guò)程中，通常不考慮板料在厚度方向的變形，工藝過(guò)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(guò)程，工藝過(guò)程為：棒料→體積成形→冷鍛件。

板料成形變形力小，成形過(guò)程簡(jiǎn)單，但僅能成形等壁厚件，限制了它的應(yīng)用范圍。隨著汽車(chē)工業(yè)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(fù)合塑性成形技術(shù)發(fā)展起來(lái)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(yīng)力［4］，可以看出，板料沖壓冷鍛的工件應(yīng)力比普通板料成形高，比冷鍛低，介于兩者之間，表明其對(duì)模具強(qiáng)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(yīng)力(材料：10號(hào)鋼)

圖3為沖壓冷鍛復(fù)合塑性成形技術(shù)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(diǎn)，這也是沖壓冷鍛和普通沖壓的根本區(qū)別所在。

圖3沖壓冷鍛復(fù)合塑性成形技術(shù)所適合加工的一些零件示意圖

圖4是汽車(chē)起動(dòng)電機(jī)磁極采用板料沖壓冷鍛技術(shù)成形的工藝過(guò)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(chē)起動(dòng)電機(jī)磁極板料沖壓冷鍛工藝過(guò)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(shù)

鑄造鍛造技術(shù)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(duì)其進(jìn)行塑性加工的方法。鑄造鍛造技術(shù)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(jià)格低；(2)對(duì)形狀復(fù)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(fèi)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(jī)械加工。

小汽車(chē)的鋁合金車(chē)輪(見(jiàn)圖5)是一種既有高機(jī)械性能要求，又有外觀品質(zhì)要求的零件［5］，目前成形工藝有低壓鑄造、液態(tài)模鍛、半固態(tài)成形和鍛造成形等，該零件采用鑄造鍛造成形的工藝過(guò)程見(jiàn)圖6。

圖5鑄造鍛造小汽車(chē)鋁合金車(chē)輪

圖6鋁合金車(chē)輪鑄造鍛造工藝過(guò)程
(a)鑄造 (b)預(yù)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(jī)械性能的比較。鑄造鍛造工藝生產(chǎn)的制品可以達(dá)到鍛件的性能指標(biāo)，加工費(fèi)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(jī)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(fù)合工藝時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：(1)應(yīng)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(shè)計(jì)；(3)確立合理的鑄造、鍛造、熱處理的適當(dāng)條件。

五、半固態(tài)成形技術(shù)

在一般的金屬凝固過(guò)程中，生成的固相呈樹(shù)枝狀，當(dāng)固相比率達(dá)到20%時(shí)，枝狀結(jié)構(gòu)就開(kāi)始硬化，難以進(jìn)行成形加工。若在金屬凝固的同時(shí)加以攪動(dòng)，金屬的凝固組織就由枝狀結(jié)晶變成球狀的等軸晶，當(dāng)固相含量為60%以下時(shí)的流動(dòng)特性好，變形抗力小，可以用鍛造、擠壓、

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