精密成形技術發(fā)展前沿

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

2、的成形。它使得成形的機械構件具有精確的外形、高的尺寸精度和形位精度、好的表面粗糙度。該項技術包括近凈形鑄造成形、精確塑性成形、精確連接、精密熱處理、表面改性等專業(yè)領域，是新工藝、新材料、新裝備以及各項新技術成果的綜合集成技術。精密成形技術具有以下特點：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、快捷地做出過去很難做出的結構件，為

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

4、）通過鍛壓、焊接或鑄造成形，并通過熱處理及表面改性獲得最終所需的實用性能［1］。在工業(yè)發(fā)達國家精密成形鑄件已占鑄件總產(chǎn)量的25%～30%，而其產(chǎn)值達到鑄件總產(chǎn)值的50%左右。精密成形技術的發(fā)展對提高一個國家的工業(yè)競爭力有重大影響。美國競爭委員會在1991年向美國總統(tǒng)提交的美國未來技術優(yōu)先權的研究報告中，把精密成形與加工技術列為美國處于柔弱地位的技術，建議政府予以重視與支持。我國制造業(yè)在一個相當長的時期將獲得快速發(fā)展，據(jù)預測一直到2020

5、年制造業(yè)占我國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，但其絕對值仍然不斷增加；預計2000年國內(nèi)機械產(chǎn)品需求2萬億元，2005年達3萬億元；到2005年汽車總需求量為290萬輛～330萬輛，其中轎車130萬輛～140萬輛。制造業(yè)特別是機械制造業(yè)的發(fā)展，要求生產(chǎn)過程節(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、高效率參與國際市場競爭的十分重要的問題。發(fā)展、應用精密成形技術就是一

6、個有效途徑。2現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢2.1現(xiàn)狀近30年來，精密成形技術在國外以很快的速度發(fā)展。大量優(yōu)質(zhì)、高效、少無切削的新型成形與改性技術得到發(fā)展，并在工業(yè)中獲得廣泛應用，如氣化模鑄造、樹脂自硬砂組芯造型等近凈形鑄造技術；超塑成形、精密熱鍛、精密冷溫成形等精密塑性成形技術；氣體保護焊、激光直接制成符合形狀要求的工件。據(jù)國際機械加工技術協(xié)會預測，21世紀初，塑性成形與磨削相結合，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，一些特殊材料(如超硬材料、復合材料、陶瓷等)的應用造就了一批新型復合工藝的誕生，如超塑成形擴散連接技術。2.2.3成形裝備沿著“單機自動化流水線自動化柔性、集成系統(tǒng)”方向發(fā)展由于激烈的市場競爭，生產(chǎn)方式將由大批量單品種轉(zhuǎn)向多品種變批量，為快速響應市場又要求成形的高速度，各類傳感器技術、計算機技術、信息和控制技術的發(fā)展支撐著精密成形裝備

8、從單機到系統(tǒng)的自動化、柔性化、集成化。2.2.4成形質(zhì)量控制朝過程智能化方向發(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)過程自動化、工藝參數(shù)在線控制、生產(chǎn)工藝因素對工藝效果影響的模擬基礎上，實現(xiàn)控制過程智能化，并實現(xiàn)上述目標，是當前的主要方向。2.2.5工藝模擬及優(yōu)化技術獲得飛速發(fā)展，工藝由“技藝”向“工程科學”方向發(fā)展精密成形技術的一個重要發(fā)展趨勢是工藝設計由經(jīng)驗判

9、斷走向定量分析，應用數(shù)值模擬于鑄造、鍛壓、焊接、熱處理等工藝設計中，并與物理模擬和專家系統(tǒng)結合，來確定工藝參數(shù)、優(yōu)化工藝方案、預測加工過程中可能產(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。代表性的技術有虛擬鑄造技術，虛擬鍛壓技術，焊接、熱處理工藝過程模擬及質(zhì)量預測、組織性能預測，成形工藝模具產(chǎn)品CADCAM一體化技術。2.2.6精密成形制造向虛擬制造和網(wǎng)絡制造方向發(fā)展與制造技術向虛擬制造和網(wǎng)絡制造方向發(fā)展，并最終實現(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)絡制造方向發(fā)展，如精密模具制造目前已在國內(nèi)開展分散網(wǎng)絡制造的研究及應用示范。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)技術是協(xié)調(diào)工業(yè)發(fā)展與環(huán)境保護矛盾的一種新的生產(chǎn)方式，是21世紀制造業(yè)發(fā)展的重要特征。精密成形清潔生產(chǎn)技術有如下主要意義：①高效利用原材料，對環(huán)境清潔；②以最小的環(huán)境代價和最小的能源消耗，獲取最大的經(jīng)濟效益；③符合持續(xù)發(fā)展與生態(tài)平衡。3我國應重點發(fā)展的精密成形技術前沿(1)優(yōu)

11、質(zhì)、高效成形與改性技術它涵蓋了現(xiàn)代機械制造技術中毛坯與模型制造的主要技術內(nèi)容。其特點是，該項技術是由多項現(xiàn)代科學技術與傳統(tǒng)成形技術結合并改善，使制件的形狀精度和尺寸精度得到很大提高，從而實現(xiàn)了接近或完全達到成品最終形狀，工件的微觀組織和性能可以進行預測和控制，以及優(yōu)質(zhì)高效、低成本。主要指如下技術：①精密毛坯制造技術。它是提供高效、精密、高質(zhì)量毛坯的制造技術。由于當今技術的發(fā)展，毛坯制造業(yè)已實現(xiàn)了輕量化、高精度、高質(zhì)量，這里包含了近凈形、