锻造生产是向各工业行业提供毛坯机械零件的主要方式之一。 锻造生产的优点是不仅获得机械零件的形状，而且改善了材料的内部组织，提高了机械性能。 一般来说，对于受力较大、机械性能要求较高的重要机械零件，大多采用锻造制造。

飞机上锻件重量占70%，坦克上锻件重量占60%，汽车上锻件重量占50%。 在电力工业中，水轮机主轴、水轮机叶轮、转子、挡圈等都是锻造的。 。 从这些例子可以看出，锻造生产在工业行业中占有非常重要的地位。

铝合金因其比重小、比强度高、比刚度高而被广泛应用于各个工业部门。 铝合金锻造件已成为各工业部门机械零件不可缺少的材料。 凡是能用低碳钢锻造的各种锻件，都可以用铝合金锻造。 铝合金可以在锻锤、机械压力机、液压机、镦锻机、扩孔机等各种锻造设备上锻造。 它们可以自由锻造、模锻、辊锻、顶锻、辊锻和扩孔。

一般来说，尺寸小、形状简单、偏差要求宽松的铝锻件可以很容易地在锤上锻造。 但对于规格大、变形要求严重的铝锻件，应采用水（液压）压力机。 锻造。 对于整体结构的大型、复杂的铝锻件，必须采用大型模锻液压机来生产。 对于大型精密环形零件，宜采用精密轧环机进行轧制和锻造。 特别是近十年来，随着科学技术的进步和国民经济的发展，对材料提出了越来越高的要求，迫使铝合金锻件向大型集成化、高强度化、高强度化方向发展。韧性、复杂性和精度。 推动了大中型液压机、环锻机的发展。

随着我国交通运输业向现代化、高速化发展，对交通运输工具的轻量化要求日益强烈，以铝代钢的呼声越来越大，尤其是轻量化要求较高的飞机、航天器、铁路车辆等。 、地铁、高铁、货车、汽车、轮船、轮船、火炮、坦克及机械设备等重要受力部件和结构件。 近年来，铝及铝合金锻件和模锻件已广泛用于替代原来的钢结构件。 例如，几乎所有的飞机结构件均采用铝合金模锻件； 汽车（特别是重型汽车、大中型客车）的车轮、保险杠、基梁； 坦克车轮； 炮塔框架； 直升机动环和固定环； 火车的汽缸和活塞裙； 木工机械机身； 纺织机械的机架、履带、绞车等均采用铝合金模锻件制造。 而且这些趋势正在显着增长，甚至一些铝合金铸件开始被铝合金模锻件所取代。

目前，世界上大型锻造液压机仅有几台，我国则更少。 随着国防工业现代化和民用工业特别是交通运输业的发展，铝合金模锻件的品种和产量已不能满足国内市场的需要。 ，与国际市场也存在较大差距。 因此，我国加快建设几条大中型铝合金锻造生产线是非常必要和及时的。 对于国民经济的快速发展和国防军工现代化具有重要的现实和长远意义。

2 铝合金锻件的特点及应用领域

2.1 铝合金锻造件的特点

①密度小，仅为钢锻件的34%，铜锻件的30%。 是一种理想的轻量化材料。

②具有较大的比强度、比刚度、比弹性模量和较高的疲劳强度。 适用于轻量化要求高的关键受力部件。 其综合性能远高于其他材料。

③内部组织细小、均匀、无缺陷，其可靠性远高于铝合金铸件、压铸件以及其他材料的铸件。

④铝合金塑性好，可加工成各种高精度、形状复杂的锻件。 加工余量小，仅为铝合金拉制厚板加工余量的20%左右，大大节省工时和成本。

⑤铝锻件具有良好的耐腐蚀性、导热性和无磁性能，这是钢锻件无法比拟的。

⑥表面光滑美观，表面处理性能良好，美观耐用。

可见，铝锻件具有一系列优良特性，为铝锻件替代钢、铜、镁、木材和塑料提供了良好的条件。

2.2 铝合金锻件的应用领域

近年来，随着铝材料成本的下降、性能的提高、品种规格的扩大，其应用领域也越来越大。 主要应用于航空航天、交通运输、汽车、船舶、能源电力、电子通讯、石油化工、冶金矿山、机械电器等领域。 主要锻造铝合金的特性及用途如表1所示。

3 铝合金锻造生产技术及发展水平

3.1 国外发展现状及水平分析

锻造生产是一个非常古老的行业，但铝合金锻件的大规模生产和应用始于20世纪50年代。 经过几十年的现代化建设，在工业装备、模具设计制造、生产工艺和技术以及产品品种和规格、生产规模和质量等方面都取得了快速发展，特别是美国、俄罗斯、德国等。 日本、法国、意大利、捷克、奥地利、瑞士等国家锻件生产的发展已达到很高水平。

目前，全世界有数千家锻造厂和数千台锻压机，年产锻件近500万吨，其中铝合金模锻件年产量约30万吨（年消耗近50万吨）吨每年）。 全世界有大大小小的液压（油压）压力机500多台，其中100MN以上的大型液压（油压）压力机有10多台。 300MN以上重型锻压机分布情况为：俄罗斯4台。 其中之一是750MN，是世界上最大的； 美国5个（其中2 450MN）； 法国1个，650MN； 2 德国； 中国第一（中国正在建造和制造450MN和800MN巨型模锻液压机）； 罗马尼亚 1 个单位； 英国有 1 个单位。 大型水（液压）压力机的主要特点是结构紧凑、功能齐全、自动化程度高，配有操作机和快速换模装置，平面配置合理，有利于连续作业，生产效率高。

另外，随着铝合金模锻件的大型化、精密化，大型精密多向模锻液压机日益受到重视。 各国已拥有多台大型多向模锻液压机，其中美国3台，最大尺寸达300MN； 法国有 1 个。 650兆万； 英国1单位为300MN； 中国1台为100MN； 俄罗斯2台分别是200MN和500MN； 德国的 1 单位为 350MN。 多向模锻机是一种精密锻造设备，配备PLC系统和计算机控制系统，可自动调节能量、行程、压力和速度，控制关键部件的最佳工作点，监视和显示各种工作状态。预测和保护系统故障、设备过载、超温和失控，确保产品质量。 控制住。 有的还包括偏移检测、同步系统、工作台和机架变形补偿、磁包存储器、集成电路、光纤通信、彩屏等，可以实现整机或整机列的自动控制和控制。整个车间。 科学的管理。

此外，为了生产各种规格、品种的大中型精密锻件，各国还配备了各种类型的精密锻压机、50吨以上的大型锻锤、平锻机和大型精密滚环机。 Φ5至Φ12M。 ，如美国的Φ12M精密轧环机、俄罗斯的Φ10M精密轧环机。 我国还配备多台Φ5M精密轧环机。

表1 锻造铝合金的特性及用途

在铝及铝合金锻件技术方向上开发了大量锻造新工艺、新技术，如液态模锻、半固态模锻、等温锻造、粉末锻造、多向锻造、无斜度精密锻造等。模锻、分模锻、盖模锻等对简化工序、减少工序、节约能源消耗、扩大质量、增加规格、提高质量和生产效率、保护环境、减轻劳动强度、并提高经济效益。 专用计算机软件为控制锻造温度、锻造压力、变形程度（受压）和过程润滑等主要工艺参数，以及控制产品尺寸、内部组织和机械性能提供了可靠的保证。

模锻件的设计与制造是铝合金锻造技术的关键。 锻件CAD/CAM/CAE系统已经非常成熟和普及。 在美国，CAD/CAM/CAE系统正在被CIM（计算机集成）所取代。 CIM包括成套技术、计算机技术、CAD/CAM/CAE技术、机器人、专家系统、加工计划、控制系统和自动材料加工等，为模锻件的优化设计和工艺改进提供了条件。 例如，在汽车行业，对前梁、喇叭、轮毂、曲轴等零部件的设计和工艺优化，优化后喇叭重量减轻15%，轮毂重量减轻30%，曲轴重量减轻30%。 20%，还可以有很大的提升。 提高生产效率，降低能源消耗。

我们在产品品种和质量上取得了突破性进展。 目前，世界上已开发出数百种锻造铝合金，有十几个国家。 不同的合金、状态、性能、功能和形状都可以大批量生产。 、各种规格、各种用途的铝合金锻件，规模在3万吨/年以上的大型企业有十余家。 目前，世界上可生产的铝合金模锻件最大投影面积为5m2（750MN），最长铝锻件15m，最重铝锻件1.5吨，最大锻环直径11.5m。 基本上可以满足最大的飞机、宇宙飞船、火箭、导弹、卫星、飞艇、航空母舰、发电设备、起重设备等的需要，产品的内部结构、机械性能和尺寸精度也可以满足各种用户的需求要求，在产品开发上达到了很高的水平。

近年来，除了中国正在建造450MN和800MN巨型模锻机外，世界各国在大中型锻压机的建设和改造方面并没有做出太大的努力。 因此，总体来说，世界上铝合金锻件的产量还不能满足要求。 由于轻量化运输对铝锻件的需求，需要建设数条现代化大中型铝锻件生产线。

3.2 国内发展现状及水平分析

锻造生产在我国有着悠久的历史。 3300多年前的殷墟文化早期，就已经使用锻造来生产兵器。 解放前，锻造生产十分落后。 解放后，锻造生产迅速发展。 180MN以下自由锻造液压机、300MN以下模锻液压机、160KN以下模锻锤、摩擦压力机、热模锻压力机已在各锻造厂系列装备。

但到目前为止，我国铝加工企业仅拥有300MN、100MN、60MN、50MN、NTU、中型铝锻造液压（液动）压力机、100MN多向成型液压机一台和Φ5m轧环机两台。 铝锻件年生产能力仅2万吨左右，最大模锻件投影面积2.5m2（铝合金）和1.5m2（钛合金），最大长度7m，最大宽度3.5m，最大锻环直径为Φ6m，盘式铝合金绞车直径为Φ534mm-Φ730mm，汽车车轮直径为Φ650mm左右。 产品品种相对较少。 例如，工业发达国家模锻件约占全部锻件的80%，而我国仅占30%左右。 国外已将计算机技术引入模锻件设计和模具制造中，模锻件CAD/CAM/CAE和模锻件工艺模拟已进入实用阶段，而我国许多锻造厂在这方面才刚刚起步。 工艺装备的自动化水平和工艺技术水平也比较落后。

综合以上分析可以看出，我国铝合金锻造行业目前在技术装备、模具设计制造、产品产量和规模、生产效率和批量生产、产品质量和效率等方面差距较大。 不仅不能满足国内外市场对铝合金锻件日益增长的需求，而且也跟不上交通运输（如飞机、汽车、高铁、船舶等）轻量化的要求。用铝锻件代替钢锻件。

为此，我国应集中人力、物力、财力，尽快提高我国铝合金锻造生产的工艺装备和生产技术水平，建设一批大中型现代化铝合金企业尽快建成锻造液压机生产线，尽快缩小与国外先进水平的差距。 最大程度满足国内外市场的需求。 值得庆幸的是，随着我国大飞机项目、航母等大型重点工程的实施，200MN重型卧式挤压机和450MN、800MN巨型立式模锻液压机正在建设中，正朝着成为一大强国迈进。世界铝合金锻造大国。

4、铝合金锻件技术发展及应用前景分析

4.1 铝合金锻件生产与消费分析

由于铝及铝合金锻件具有以上一系列优点，在航空航天、汽车、船舶、交通、兵器、电讯等工业部门受到青睐，应用范围也越来越广泛。 据初步统计，1985年铝锻件占世界锻件总产量的0.5%（即1.8万吨），2008年上升到18%左右。目前，世界消耗锻件约450万吨，其中铝锻件占80万吨。 /年; 钛锻件和高温合金锻件约占1.5%（即约1.8万吨/年）； 钢锻件仍占多数。

从铝加工行业来看，目前世界铝产量（包括再生铝）每年约5000万吨，其中85%需要转化为加工料，即目前每年加工料产量全世界大约有4000万吨。 其中板、带、箔约占57%，挤压材约占38%。 由于铝合金锻造材料成本高、生产工艺难度大，仅用于特别重要的受力零件，所占比例较小。 然而，铝锻件是增长最快的铝材料。 近十几年来，由于军用和民用行业特别是交通运输行业的现代化、轻量化需求，迫切需要以铝代钢。 因此，铝锻件的品种和应用领域迅速增长。 其在铝产品中的比重从1985年的0.5%增加到2009年的2.5%，约为80万吨/年。

为了满足军用和民用各部门对铝及铝合金锻件日益增长的需求，世界各国集中人力、物力、财力发展铝锻件生产和设计制造各种锻造设备，特别是大中型锻造设备。大型水（液压）锻件。 机器。 但由于锻造设备价格较高、制造周期长、锻造生产工艺相对复杂，难以满足市场需求。 目前全球铝锻件产能约为80万吨/年，无法满足100万吨/年的消费需求。 由于我国缺乏大型、重型液压（液动）锻造设备，产能较低，远远不能满足工业部门对铝锻件的需求。 每年缺口4万吨以上。 到2015年，由于我国汽车、飞机、造船、交通、机械制造等行业大量增长，铝锻件年消耗量可能达到8万吨/年以上。

4.2 市场需求及应用前景分析

综合以上分析，铝及铝合金锻件主要应用于需要较大程度轻量化的工业部门。 根据目前各国的应用情况，主要市场分布如下。

（1）航空（飞机）锻件：飞机上的锻件约占飞机材料重量的70%，如起落架、机架、肋骨、发动机零件、动、定环等，使用的锻件有上千种。一架飞机。 其中，除少数高温零件采用高温合金和钛合金锻件外，大部分都已渗铝。 每年生产飞机数千架，每年消耗铝合金锻件数万吨。 我国的战斗机等军用飞机和民用飞机也在快速发展。 特别是随着大飞机项目的启动和航母等重大重点工程的实施，铝锻件的消耗量也将逐年增加。

(2)航空航天锻件：航天器上的锻件主要是锻环、轮辋、翼梁和底座等，其中大部分为铝锻件，仅有少数钛锻件。 航天器、火箭、导弹、卫星等的发展对铝锻件的需求不断增加。 例如，近年来，我国开发了超远程导弹用的铝锂合金壳体锻件，每个重量超过300公斤，价值数十万元。 Φ1.5~Φ6mm的各种铝合金锻环的使用量也不断增加。

（3）军械工业：坦克、装甲车、运兵车、战车、火箭、炮架、军舰等常规武器中用作承重件的铝合金锻件数量大幅增加，基本替代钢材锻件。 特别是铝合金坦克负重轮等重要锻件已成为轻量化、现代化武器装备的重要材料。

（4）汽车是使用铝合金锻件最有前景的行业，也是铝锻件的最大用户。 主要用作轮毂（特别是重型汽车和大中型客车）、保险杠、基梁等小型铝锻件。 其中铝轮毂是应用最广泛的铝锻件，主要应用于客车、卡车和重型汽车。 近年来也开始应用于中小型汽车、摩托车和豪华轿车。 据统计，过去几年全球铝轮毂使用量年增长率达到20%以上，目前使用量达到数十亿。

我国刚刚起步，但一汽、二汽等大型汽车企业都在开始研发。 随着汽车产量的增加（预计2010年我国汽车产量将达到1500万辆/年，世界汽车产量可能突破7000万辆/年），铝轮毂等铝锻件的使用量将十分惊人。 目前工业上常用的汽车铝合金轮毂的制造方法主要有铸造法和锻造法。

铸造方法分为重力铸造和压力铸造。 铸造法生产的车轮产品结构密度和均匀性较差，机械性能较低。 制造精度（厚度）也较差，后续加工量较大。 不能满足高可靠性轻量化乘用车的性能要求，也不能满足商用车车轮的抗冲击、疲劳寿命和承载能力要求。

锻造生产的铝合金汽车轮毂机械性能好、结构强度高、重量轻（壁厚薄）、抗冲击性能高、防腐性能和抗疲劳性能优良，能满足商用车轮毂的要求。 因此，它逐渐成为汽车车轮的重要配件，特别是高档轿车和大型、重型、豪华客车、卡车的车轮，并有逐步取代铸造铝合金车轮的趋势。 例如，用80MN锻造液压机生产的汽车车轮，晶粒变形流动方向与力方向一致。 强度、韧性和疲劳强度远高于铸造合金轮毂，同时重量减轻20%，延伸率可达12%~16%。 并且具有非常高的减震承压能力，承受冲击能力强。

另外，锻造铝轮毂密度高，表面无疏松、针孔、气孔，表面处理性能良好。 涂层均匀、结合力高、色彩和谐美观。 锻造铝轮毂具有非常好的机械加工性能。 由此可见，锻造铝轮毂具有重量轻、比强度高、韧性、抗疲劳和耐腐蚀优良、导热性好、易机械加工、真圆度好、耐冲击、使用安全、维护方便、成本低等特点。使用成本。 具有成本低、节能、环保、美观、耐用等特点。 是汽车车轮等交通运输旋转部件的理想材料，具有广阔的应用前景。

（5）在能源电力行业，铝锻件将逐步替代部分钢锻件，制作框架、挡圈、动固定环、运煤轮、液化天然气法兰、核电站燃料架等，一般大型中型锻件。

(6)铝锻件在船舶、军舰上用作框架、动环、定环、炮塔支架等。

（7）在机械制造业中，目前主要用于制造木工机械、纺织机械等中的机架、滑块、连杆和绞车等。我国每年仅需要纺织机绞车用铝锻件。 数万件，重量1500多吨。

（8）模具工业中，铝合金锻件用于制造橡胶模具、鞋模等轻工模具。

（9）在运输机械和火车机车行业，铝合金锻件广泛用作气缸、活塞裙等，仅在中国，每年消耗4032合金气缸、活塞裙锻件数以万计。

(10)在其他方面，如电子通讯、家用电器、文体器材等方面，铝锻件也开始替代钢、铜等材料制成的锻件。

5 结论

(1)锻造生产是向各工业部门提供机械零件毛坯的重要途径之一。 它在国民经济持续快速发展和国防军工现代化建设中占有重要地位，发挥着特殊作用。

(2)由于铝合金锻件具有一系列优异的性能，其应用范围越来越广泛，市场潜力巨大，应用前景非常好。 特别是在飞机关键零部件、汽车轮毂的生产中具有广阔的应用前景。

(3)锻造生产历史悠久，但发展速度相对较轧制和挤压慢。 近几十年来，国外铝合金锻造生产和技术取得了显着进步，但我国发展水平与国外仍有较大差距。 应尽快提高我国铝合金锻造生产的工艺水平和工艺装备水平，加快建设数条60MN至800MN的现代化铝合金锻造液压机生产线，缩小与国外先进的差距水平，最大程度满足国内外市场的需求，向铝锻造强国迈进。