锻造行业定义、工艺分类、及发展现状分析
思瀚产业研究院 派克新材    2023-06-25

（1）锻造的定义

锻造是在加压设备及工（模）具的作用下，使坯料或铸锭产生局部或全部的塑性变形，以获得一定几何尺寸、形状的零件（或毛坯）并改善其组织和性能的加工方法。金属材料经过锻造加工后，形状、尺寸稳定性好，组织均匀，纤维组织合理，具有最佳的综合力学性能。机械装备中的主承力结构或次承力结构件一般都是由锻件制成的，锻件广泛地应用于国民经济和国防工业的各个领域。

锻造的主要原材料为金属棒料、铸锭等。这些原材料在其冶炼、浇注和结晶过程中，不可避免的会产生气孔、缩孔和树枝状晶等缺陷，因而，铸造工艺很难制造出能胜任需要承受冲击或交变应力的工作环境的零部件（例如传动主轴、齿圈、连杆、轨道轮等）。但是，金属棒料或铸锭在经过锻造加工后，其组织、性能均能得到有效的改善和提高。同时，由于金属的塑性变形和再结晶，可使粗大晶粒细化，得到致密的金属组织，从而提高锻件的力学性能。此外，在零件设计时，若正确选用零件的受力方向与纤维组织方向，还可以提高锻件的抗冲击性能。

因此，锻造实质是利用金属的塑性变形使金属毛坯改变形状和性能而成为合格锻件的加工过程，其根本目的是利用外加载荷（冲击载荷或静载荷）通过锻压设备或模具使金属毛坯产生塑性变形，从而获得所需形状和尺寸的锻件，同时使锻件机械性能和内部组织符合一定的技术要求。

（2）锻造工艺分类

根据锻件的尺寸和形状、采用的工装模具结构和锻造设备的不同，锻造主要可分为辗环、自由锻、模锻。

1）辗环

辗环，又称为环形轧制，是借助辗环机使环件产生连续局部塑性变形，进而实现壁厚减小、直径扩大、截面轮廓成形的塑性加工工艺。辗压扩孔时的应力应变和变形流动情况与芯轴扩孔相同，其特点是：工具是旋转的，变形是连续的，辗压扩孔时一般压下量较小，故具有表面变形的特征。

辗环是连续局部塑性成型工艺，是轧制技术和机械制造技术的交叉与结合，与传统的自由锻工艺、模锻工艺等相比，辗环可大幅度降低设备吨位和投资，具有振动冲击小、节能节材、生产效率高、生产成本低等显著优点，属于无缝环件的先进加工技术，在航空、航天、船舶、电力、石化以及其他机械等诸多工业领域日益得到广泛应用。

2）自由锻

自由锻是指用简单的通用性工具，或在锻造设备的上、下砧之间直接对坯料施加外力，使坯料产生变形而获得所需的几何形状及内部质量的锻件的加工方法。自由锻以生产批量不大的锻件为主，采用锻锤、液压机等锻造设备对坯料进行成形加工，以获得合格锻件。

3）模锻

模锻是指金属坯料在具有一定形状的锻模膛内受压变形而获得锻件，模锻一般用于生产重量不大、批量较大的零件。

（3）锻造加工的主要特点

锻造技术在生产、加工工具零件的过程中，具有生产效率高、锻件综合性能强等优势，因此被广泛应用于装备制造业中的关键及核心零部件中。相较其他金属加工方式，锻造加工主要有以下特点：

1）加工对象特殊

高温合金、铝合金、钛合金等特种合金材料往往在重大装备领域上广泛应用，如航空发动机、飞机机身、燃气轮机、火箭、卫星等，特种合金锻造属于锻造行业的高端领域，其不仅是企业利润空间的重要保障，也是企业综合技术实力的重要体现。特种合金

锻件产品主要应用于航空、航天等影响国防安全的关键行业，因该类材料在锻造过程中塑性低、变形抗力高、流动性差、锻造温度范围窄，整体锻造难度较大，对企业的技术实力、装备水平以及管理能力均提出了较高的要求。行业内，只有具备强大研发实力、较高工艺及技术水平、拥有先进装备且能够稳定加工生产高质量特种合金锻件产品的企业，才有机会获得较高的利润回报水平。

2）加工设备专业

锻造行业具有投资大、建设周期长的特征，属于典型的资本密集型行业。由于特种合金材料具有较强的特殊性，决定了其加工设备必须具备较高的性能。因此，锻造企业通常需要投入大量资金购置现代化设计软件、高精度数控锻造设备和辗环设备、高均匀性的加热设备、高性能的热处理设备、数控机加工设备以及成套理化检测设备等，以满足不同生产工艺和下游装备制造企业对生产的要求。

3）加工工艺复杂

锻件的主要功能是在工作中承受外力或传递力矩，通常需要特殊的工艺处理以满足其所需性能。锻件产品主要生产流程包括下料、加热、锻造、辗环、热处理、机加工、理化检测等多个环节，加工过程涉及冶金、金属加工、热处理和现代机械设计制造技术等多学科、多领域技术，整体技术集成度较高。此外，锻件产品具有典型的多品种、多规格、定制化的特点，不同产品的结构差异较大，需要企业具备大量的专业化技术工人，在生产过程中精确控制各种技术参数，以保证产品质量。因此，锻造行业，特别是大型锻件和特种合金锻件制造领域具有制造工艺复杂，技术门槛较高的特点。

2、锻造行业发展现状

作为装备制造业的基础与支柱，在国家政策支持和市场发展的推动下，我国锻造行业规模已稳居全球第一。与此同时，随着行业内优秀企业的不断突破和创新，我国锻造技术特别是高端锻造技术近几年亦有亮眼表现。

（1）生产规模全球领先

随着装备制造业的快速发展，我国锻件产量持续保持高位，2022 年，我国锻造行业产量达约 1,450 万吨，并连续多年成为全球锻件的第一大生产国和消费国。

（2）锻造装备及技术水平不断突破

从全球锻造行业来看，德国、美国、俄罗斯、日本、英国等国外先进锻造企业，依靠长期的技术积累和强大的研发能力，在锻造技术、锻造工艺和装备水平等方面都处于世界领先地位，长期垄断了世界上大型高端锻件的生产。而中国、印度等发展中国家则依靠较低的成本和快速发展的市场得以占领低端锻件领域。

但随着产业转移的深入和我国高端装备制造业的发展，这种局面正在改变。国内部分锻造企业通过吸收引进技术，加强研发合作和技术积累，在锻造技术工艺、锻造装备水平和锻造能力上取得了长足进步，部分产品已打破国外垄断，逐步实现了国产化替代。此外还有部分优秀企业，凭借自身过硬的技术实力，进入了跨国公司的全球采购体系。面对全球化市场竞争，企业管理内涵已从生产能力的提升转向以提质、增效、降本为主的内生动力变革。产品技术、工艺技术、模具技术、装备技术都取得了较大突破，锻造产品向多元化、复合化发展，生产向数字化、信息化、自动化方向发展。

锻件作为装备制造业所必须的关键基础部件，其下游主要为航空、航天、电力、石化以及其他机械等行业的成套设备制造商，最终应用于国民经济和国防工业的各相关行业。下游行业对锻件产品精度、性能、寿命、可靠性等各项技术指标的要求主导了锻造行业的技术走向，同时下游行业的景气度也直接决定了锻造行业的需求状况和市场容量。此外，在高端装备制造领域，国家政策导向和投入规模也对市场需求有着重大影响，锻造行业的市场发展前景与下游应用行业发展以及国家投入紧密相关。

另外，由于锻造行业的下游行业覆盖面较广，其发展不会因下游某个行业的变化而发生重大不利影响，下游行业的分散度提高了锻造行业对经济波动的抗风险能力。

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