精密成形技術(shù)發(fā)展前沿

1、精密成形技術(shù)發(fā)展前沿精密成形技術(shù)發(fā)展前沿李敏賢閔乃燕安桂華陳世興1精密成形技術(shù)的內(nèi)涵及作用1.1內(nèi)涵精密成形技術(shù)是指零件成形后，僅需少量加工或不再加工（近凈成形技術(shù)，nearshapetechnique；或凈成形技術(shù)，shapetechnique），就可用作機(jī)械構(gòu)件的成形技術(shù)。它是建立在新材料、新能源、信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)等多學(xué)科高新技術(shù)成果的基礎(chǔ)上，改造了傳統(tǒng)的毛坯成形技術(shù)，使之由粗糙成形變?yōu)閮?yōu)質(zhì)、高效、高精度、輕量化、低成本、無(wú)公害

2、的成形。它使得成形的機(jī)械構(gòu)件具有精確的外形、高的尺寸精度和形位精度、好的表面粗糙度。該項(xiàng)技術(shù)包括近凈形鑄造成形、精確塑性成形、精確連接、精密熱處理、表面改性等專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域，是新工藝、新材料、新裝備以及各項(xiàng)新技術(shù)成果的綜合集成技術(shù)。精密成形技術(shù)具有以下特點(diǎn)：①近凈成形體尺寸及形位精度高，為后續(xù)采用高效、高精加工提供了理想的毛坯；②高效、低消耗、低成本，為縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期、降低產(chǎn)品成本提供了有利條件；③可方便、快捷地做出過(guò)去很難做出的結(jié)構(gòu)件，為

3、新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)提供有力技術(shù)支撐；④較傳統(tǒng)成形產(chǎn)品改善生產(chǎn)條件、減少對(duì)環(huán)境污染，成為一種清潔生產(chǎn)技術(shù)，為可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造有利條件。1.2作用精密成形技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)的一個(gè)重要內(nèi)容，幾乎所有的機(jī)械零部件都要通過(guò)成形與改性才能具有所需的形狀及實(shí)用功能。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界約有75%的鋼材要經(jīng)過(guò)塑性加工，有45%以上的鋼材采用焊接技術(shù)得以成形。以汽車(chē)為例，據(jù)德國(guó)預(yù)測(cè)，到2000年，汽車(chē)總重量的65%仍將由鋼材（約45%）、鋁合金（約13%）及鑄鐵（約7%

4、）通過(guò)鍛壓、焊接或鑄造成形，并通過(guò)熱處理及表面改性獲得最終所需的實(shí)用性能［1］。在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家精密成形鑄件已占鑄件總產(chǎn)量的25%～30%，而其產(chǎn)值達(dá)到鑄件總產(chǎn)值的50%左右。精密成形技術(shù)的發(fā)展對(duì)提高一個(gè)國(guó)家的工業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力有重大影響。美國(guó)競(jìng)爭(zhēng)委員會(huì)在1991年向美國(guó)總統(tǒng)提交的美國(guó)未來(lái)技術(shù)優(yōu)先權(quán)的研究報(bào)告中，把精密成形與加工技術(shù)列為美國(guó)處于柔弱地位的技術(shù)，建議政府予以重視與支持。我國(guó)制造業(yè)在一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期將獲得快速發(fā)展，據(jù)預(yù)測(cè)一直到2020

5、年制造業(yè)占我國(guó)GDP的比重將保持在35%左右的較高值，2020年后雖然制造業(yè)的比重呈下降趨勢(shì)，但其絕對(duì)值仍然不斷增加；預(yù)計(jì)2000年國(guó)內(nèi)機(jī)械產(chǎn)品需求2萬(wàn)億元，2005年達(dá)3萬(wàn)億元；到2005年汽車(chē)總需求量為290萬(wàn)輛～330萬(wàn)輛，其中轎車(chē)130萬(wàn)輛～140萬(wàn)輛。制造業(yè)特別是機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展，要求生產(chǎn)過(guò)程節(jié)約能源、節(jié)約材料、提高資源利用效率，這已成為能否以低成本、高質(zhì)量、高效率參與國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的十分重要的問(wèn)題。發(fā)展、應(yīng)用精密成形技術(shù)就是一

6、個(gè)有效途徑。2現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)2.1現(xiàn)狀近30年來(lái)，精密成形技術(shù)在國(guó)外以很快的速度發(fā)展。大量?jī)?yōu)質(zhì)、高效、少無(wú)切削的新型成形與改性技術(shù)得到發(fā)展，并在工業(yè)中獲得廣泛應(yīng)用，如氣化模鑄造、樹(shù)脂自硬砂組芯造型等近凈形鑄造技術(shù)；超塑成形、精密熱鍛、精密冷溫成形等精密塑性成形技術(shù)；氣體保護(hù)焊、激光直接制成符合形狀要求的工件。據(jù)國(guó)際機(jī)械加工技術(shù)協(xié)會(huì)預(yù)測(cè)，21世紀(jì)初，塑性成形與磨削相結(jié)合，將取代大部分中小零件的切削加工。2.2.2成形工藝向新型加工方法以及

7、復(fù)合工藝方向發(fā)展激光、電子束、離子束、等離子體等多種新能源及能源載體的引入，形成多種新型成形與改性技術(shù)，一些特殊材料(如超硬材料、復(fù)合材料、陶瓷等)的應(yīng)用造就了一批新型復(fù)合工藝的誕生，如超塑成形擴(kuò)散連接技術(shù)。2.2.3成形裝備沿著“單機(jī)自動(dòng)化流水線(xiàn)自動(dòng)化柔性、集成系統(tǒng)”方向發(fā)展由于激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，生產(chǎn)方式將由大批量單品種轉(zhuǎn)向多品種變批量，為快速響應(yīng)市場(chǎng)又要求成形的高速度，各類(lèi)傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息和控制技術(shù)的發(fā)展支撐著精密成形裝備

8、從單機(jī)到系統(tǒng)的自動(dòng)化、柔性化、集成化。2.2.4成形質(zhì)量控制朝過(guò)程智能化方向發(fā)展質(zhì)量控制是為了保證優(yōu)化的工藝，提高產(chǎn)品質(zhì)量，保證穩(wěn)定不變的工藝條件得到分散度極小的均一的產(chǎn)品質(zhì)量。為此，在生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化、工藝參數(shù)在線(xiàn)控制、生產(chǎn)工藝因素對(duì)工藝效果影響的模擬基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)控制過(guò)程智能化，并實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，是當(dāng)前的主要方向。2.2.5工藝模擬及優(yōu)化技術(shù)獲得飛速發(fā)展，工藝由“技藝”向“工程科學(xué)”方向發(fā)展精密成形技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)是工藝設(shè)計(jì)由經(jīng)驗(yàn)判

9、斷走向定量分析，應(yīng)用數(shù)值模擬于鑄造、鍛壓、焊接、熱處理等工藝設(shè)計(jì)中，并與物理模擬和專(zhuān)家系統(tǒng)結(jié)合，來(lái)確定工藝參數(shù)、優(yōu)化工藝方案、預(yù)測(cè)加工過(guò)程中可能產(chǎn)生的缺陷及采取有效防止措施、控制和保證加工工件的質(zhì)量。代表性的技術(shù)有虛擬鑄造技術(shù)，虛擬鍛壓技術(shù)，焊接、熱處理工藝過(guò)程模擬及質(zhì)量預(yù)測(cè)、組織性能預(yù)測(cè)，成形工藝模具產(chǎn)品CADCAM一體化技術(shù)。2.2.6精密成形制造向虛擬制造和網(wǎng)絡(luò)制造方向發(fā)展與制造技術(shù)向虛擬制造和網(wǎng)絡(luò)制造方向發(fā)展，并最終實(shí)現(xiàn)全球化生

10、產(chǎn)的方向一樣，精密成形制造也向虛擬制造和網(wǎng)絡(luò)制造方向發(fā)展，如精密模具制造目前已在國(guó)內(nèi)開(kāi)展分散網(wǎng)絡(luò)制造的研究及應(yīng)用示范。2.2.7精密成形生產(chǎn)向清潔生產(chǎn)方向發(fā)展清潔生產(chǎn)技術(shù)是協(xié)調(diào)工業(yè)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)矛盾的一種新的生產(chǎn)方式，是21世紀(jì)制造業(yè)發(fā)展的重要特征。精密成形清潔生產(chǎn)技術(shù)有如下主要意義：①高效利用原材料，對(duì)環(huán)境清潔；②以最小的環(huán)境代價(jià)和最小的能源消耗，獲取最大的經(jīng)濟(jì)效益；③符合持續(xù)發(fā)展與生態(tài)平衡。3我國(guó)應(yīng)重點(diǎn)發(fā)展的精密成形技術(shù)前沿(1)優(yōu)

11、質(zhì)、高效成形與改性技術(shù)它涵蓋了現(xiàn)代機(jī)械制造技術(shù)中毛坯與模型制造的主要技術(shù)內(nèi)容。其特點(diǎn)是，該項(xiàng)技術(shù)是由多項(xiàng)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)與傳統(tǒng)成形技術(shù)結(jié)合并改善，使制件的形狀精度和尺寸精度得到很大提高，從而實(shí)現(xiàn)了接近或完全達(dá)到成品最終形狀，工件的微觀組織和性能可以進(jìn)行預(yù)測(cè)和控制，以及優(yōu)質(zhì)高效、低成本。主要指如下技術(shù)：①精密毛坯制造技術(shù)。它是提供高效、精密、高質(zhì)量毛坯的制造技術(shù)。由于當(dāng)今技術(shù)的發(fā)展，毛坯制造業(yè)已實(shí)現(xiàn)了輕量化、高精度、高質(zhì)量，這里包含了近凈形、