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鍛造行業(yè)定義、工藝分類、及發(fā)展現(xiàn)狀分析
思瀚產(chǎn)業(yè)研究院 派克新材    2023-06-25

（1）鍛造的定義

鍛造是在加壓設(shè)備及工（模）具的作用下，使坯料或鑄錠產(chǎn)生局部或全部的塑性變形，以獲得一定幾何尺寸、形狀的零件（或毛坯）并改善其組織和性能的加工方法。金屬材料經(jīng)過鍛造加工后，形狀、尺寸穩(wěn)定性好，組織均勻，纖維組織合理，具有最佳的綜合力學(xué)性能。機械裝備中的主承力結(jié)構(gòu)或次承力結(jié)構(gòu)件一般都是由鍛件制成的，鍛件廣泛地應(yīng)用于國民經(jīng)濟和國防工業(yè)的各個領(lǐng)域。

鍛造的主要原材料為金屬棒料、鑄錠等。這些原材料在其冶煉、澆注和結(jié)晶過程中，不可避免的會產(chǎn)生氣孔、縮孔和樹枝狀晶等缺陷，因而，鑄造工藝很難制造出能勝任需要承受沖擊或交變應(yīng)力的工作環(huán)境的零部件（例如傳動主軸、齒圈、連桿、軌道輪等）。但是，金屬棒料或鑄錠在經(jīng)過鍛造加工后，其組織、性能均能得到有效的改善和提高。同時，由于金屬的塑性變形和再結(jié)晶，可使粗大晶粒細化，得到致密的金屬組織，從而提高鍛件的力學(xué)性能。此外，在零件設(shè)計時，若正確選用零件的受力方向與纖維組織方向，還可以提高鍛件的抗沖擊性能。

因此，鍛造實質(zhì)是利用金屬的塑性變形使金屬毛坯改變形狀和性能而成為合格鍛件的加工過程，其根本目的是利用外加載荷（沖擊載荷或靜載荷）通過鍛壓設(shè)備或模具使金屬毛坯產(chǎn)生塑性變形，從而獲得所需形狀和尺寸的鍛件，同時使鍛件機械性能和內(nèi)部組織符合一定的技術(shù)要求。

（2）鍛造工藝分類

根據(jù)鍛件的尺寸和形狀、采用的工裝模具結(jié)構(gòu)和鍛造設(shè)備的不同，鍛造主要可分為輾環(huán)、自由鍛、模鍛。

1）輾環(huán)

輾環(huán)，又稱為環(huán)形軋制，是借助輾環(huán)機使環(huán)件產(chǎn)生連續(xù)局部塑性變形，進而實現(xiàn)壁厚減小、直徑擴大、截面輪廓成形的塑性加工工藝。輾壓擴孔時的應(yīng)力應(yīng)變和變形流動情況與芯軸擴孔相同，其特點是：工具是旋轉(zhuǎn)的，變形是連續(xù)的，輾壓擴孔時一般壓下量較小，故具有表面變形的特征。

輾環(huán)是連續(xù)局部塑性成型工藝，是軋制技術(shù)和機械制造技術(shù)的交叉與結(jié)合，與傳統(tǒng)的自由鍛工藝、模鍛工藝等相比，輾環(huán)可大幅度降低設(shè)備噸位和投資，具有振動沖擊小、節(jié)能節(jié)材、生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)成本低等顯著優(yōu)點，屬于無縫環(huán)件的先進加工技術(shù)，在航空、航天、船舶、電力、石化以及其他機械等諸多工業(yè)領(lǐng)域日益得到廣泛應(yīng)用。

2）自由鍛

自由鍛是指用簡單的通用性工具，或在鍛造設(shè)備的上、下砧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。自由鍛以生產(chǎn)批量不大的鍛件為主，采用鍛錘、液壓機等鍛造設(shè)備對坯料進行成形加工，以獲得合格鍛件。

3）模鍛

模鍛是指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。

（3）鍛造加工的主要特點

鍛造技術(shù)在生產(chǎn)、加工工具零件的過程中，具有生產(chǎn)效率高、鍛件綜合性能強等優(yōu)勢，因此被廣泛應(yīng)用于裝備制造業(yè)中的關(guān)鍵及核心零部件中。相較其他金屬加工方式，鍛造加工主要有以下特點：

1）加工對象特殊

高溫合金、鋁合金、鈦合金等特種合金材料往往在重大裝備領(lǐng)域上廣泛應(yīng)用，如航空發(fā)動機、飛機機身、燃氣輪機、火箭、衛(wèi)星等，特種合金鍛造屬于鍛造行業(yè)的高端領(lǐng)域，其不僅是企業(yè)利潤空間的重要保障，也是企業(yè)綜合技術(shù)實力的重要體現(xiàn)。特種合金

鍛件產(chǎn)品主要應(yīng)用于航空、航天等影響國防安全的關(guān)鍵行業(yè)，因該類材料在鍛造過程中塑性低、變形抗力高、流動性差、鍛造溫度范圍窄，整體鍛造難度較大，對企業(yè)的技術(shù)實力、裝備水平以及管理能力均提出了較高的要求。行業(yè)內(nèi)，只有具備強大研發(fā)實力、較高工藝及技術(shù)水平、擁有先進裝備且能夠穩(wěn)定加工生產(chǎn)高質(zhì)量特種合金鍛件產(chǎn)品的企業(yè)，才有機會獲得較高的利潤回報水平。

2）加工設(shè)備專業(yè)

鍛造行業(yè)具有投資大、建設(shè)周期長的特征，屬于典型的資本密集型行業(yè)。由于特種合金材料具有較強的特殊性，決定了其加工設(shè)備必須具備較高的性能。因此，鍛造企業(yè)通常需要投入大量資金購置現(xiàn)代化設(shè)計軟件、高精度數(shù)控鍛造設(shè)備和輾環(huán)設(shè)備、高均勻性的加熱設(shè)備、高性能的熱處理設(shè)備、數(shù)控機加工設(shè)備以及成套理化檢測設(shè)備等，以滿足不同生產(chǎn)工藝和下游裝備制造企業(yè)對生產(chǎn)的要求。

3）加工工藝復(fù)雜

鍛件的主要功能是在工作中承受外力或傳遞力矩，通常需要特殊的工藝處理以滿足其所需性能。鍛件產(chǎn)品主要生產(chǎn)流程包括下料、加熱、鍛造、輾環(huán)、熱處理、機加工、理化檢測等多個環(huán)節(jié)，加工過程涉及冶金、金屬加工、熱處理和現(xiàn)代機械設(shè)計制造技術(shù)等多學(xué)科、多領(lǐng)域技術(shù)，整體技術(shù)集成度較高。此外，鍛件產(chǎn)品具有典型的多品種、多規(guī)格、定制化的特點，不同產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)差異較大，需要企業(yè)具備大量的專業(yè)化技術(shù)工人，在生產(chǎn)過程中精確控制各種技術(shù)參數(shù)，以保證產(chǎn)品質(zhì)量。因此，鍛造行業(yè)，特別是大型鍛件和特種合金鍛件制造領(lǐng)域具有制造工藝復(fù)雜，技術(shù)門檻較高的特點。

2、鍛造行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

作為裝備制造業(yè)的基礎(chǔ)與支柱，在國家政策支持和市場發(fā)展的推動下，我國鍛造行業(yè)規(guī)模已穩(wěn)居全球第一。與此同時，隨著行業(yè)內(nèi)優(yōu)秀企業(yè)的不斷突破和創(chuàng)新，我國鍛造技術(shù)特別是高端鍛造技術(shù)近幾年亦有亮眼表現(xiàn)。

（1）生產(chǎn)規(guī)模全球領(lǐng)先

隨著裝備制造業(yè)的快速發(fā)展，我國鍛件產(chǎn)量持續(xù)保持高位，2022 年，我國鍛造行業(yè)產(chǎn)量達約 1,450 萬噸，并連續(xù)多年成為全球鍛件的第一大生產(chǎn)國和消費國。

（2）鍛造裝備及技術(shù)水平不斷突破

從全球鍛造行業(yè)來看，德國、美國、俄羅斯、日本、英國等國外先進鍛造企業(yè)，依靠長期的技術(shù)積累和強大的研發(fā)能力，在鍛造技術(shù)、鍛造工藝和裝備水平等方面都處于世界領(lǐng)先地位，長期壟斷了世界上大型高端鍛件的生產(chǎn)。而中國、印度等發(fā)展中國家則依靠較低的成本和快速發(fā)展的市場得以占領(lǐng)低端鍛件領(lǐng)域。

但隨著產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移的深入和我國高端裝備制造業(yè)的發(fā)展，這種局面正在改變。國內(nèi)部分鍛造企業(yè)通過吸收引進技術(shù)，加強研發(fā)合作和技術(shù)積累，在鍛造技術(shù)工藝、鍛造裝備水平和鍛造能力上取得了長足進步，部分產(chǎn)品已打破國外壟斷，逐步實現(xiàn)了國產(chǎn)化替代。此外還有部分優(yōu)秀企業(yè)，憑借自身過硬的技術(shù)實力，進入了跨國公司的全球采購體系。面對全球化市場競爭，企業(yè)管理內(nèi)涵已從生產(chǎn)能力的提升轉(zhuǎn)向以提質(zhì)、增效、降本為主的內(nèi)生動力變革。產(chǎn)品技術(shù)、工藝技術(shù)、模具技術(shù)、裝備技術(shù)都取得了較大突破，鍛造產(chǎn)品向多元化、復(fù)合化發(fā)展，生產(chǎn)向數(shù)字化、信息化、自動化方向發(fā)展。

鍛件作為裝備制造業(yè)所必須的關(guān)鍵基礎(chǔ)部件，其下游主要為航空、航天、電力、石化以及其他機械等行業(yè)的成套設(shè)備制造商，最終應(yīng)用于國民經(jīng)濟和國防工業(yè)的各相關(guān)行業(yè)。下游行業(yè)對鍛件產(chǎn)品精度、性能、壽命、可靠性等各項技術(shù)指標的要求主導(dǎo)了鍛造行業(yè)的技術(shù)走向，同時下游行業(yè)的景氣度也直接決定了鍛造行業(yè)的需求狀況和市場容量。此外，在高端裝備制造領(lǐng)域，國家政策導(dǎo)向和投入規(guī)模也對市場需求有著重大影響，鍛造行業(yè)的市場發(fā)展前景與下游應(yīng)用行業(yè)發(fā)展以及國家投入緊密相關(guān)。

另外，由于鍛造行業(yè)的下游行業(yè)覆蓋面較廣，其發(fā)展不會因下游某個行業(yè)的變化而發(fā)生重大不利影響，下游行業(yè)的分散度提高了鍛造行業(yè)對經(jīng)濟波動的抗風(fēng)險能力。

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