塑性成形新技術(shù)概況

1、材料成形設(shè)備小論文塑性成形新技術(shù)概況 系 名 專 學(xué) 號 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 2016年 4 月 12 日天津大學(xué)仁愛學(xué)院2017屆本科生材料成形設(shè)備小論文摘要：文章介紹了當(dāng)前塑性成形加工中的微成形、超塑成型、柔性加工、半固態(tài)加工等各種新技術(shù)，并分別闡述了各新技術(shù)的相關(guān)概念、特點(diǎn)、發(fā)展趨勢等。這些相關(guān)介紹及發(fā)展概況對理解塑性成形技術(shù)及推廣和運(yùn)用高新技術(shù)，推動塑性成形的進(jìn)一步發(fā)展具有一定參考意義。關(guān)鍵詞：塑性成形；新技術(shù)；發(fā)展概況1 引言塑性成形就是利用材料的塑性，在工具及模具的外力作用下來加工制件的少切削或無切削的工藝方法。塑性成形技術(shù)可分為板材成形和體積成形兩大類。板材成形是使用成型設(shè)備通過

2、模具對金屬板料在室溫下加壓以獲得所需形狀和尺寸零件的成形方法，習(xí)慣上也稱為沖壓或冷沖壓。板料成形可分為分離工序和成形工序。分離工序俗稱沖裁，包括落料、沖孔、修邊等。成形工序包括彎曲、拉伸、脹形、翻邊等。體積成形是指對金屬塊料、棒料或厚板在高溫或室溫下進(jìn)行成形加工的方法，主要包括鍛造、軋制、擠壓或拉拔等。塑性成形技術(shù)具有高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗等顯著特點(diǎn)，已成為當(dāng)今先進(jìn)制造技術(shù)的重要發(fā)展方向。據(jù)國際生產(chǎn)技術(shù)協(xié)會預(yù)測，到21世紀(jì)，機(jī)械制造工業(yè)零件粗加工的75%和精加工的50%都采用塑性成形的方式實現(xiàn)。工業(yè)部門的廣泛需求為塑性成形新技術(shù)的發(fā)展提供了原動力和空前的機(jī)遇。12 塑性成形新技術(shù)隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)

3、展，通過與計算機(jī)的緊密結(jié)合，數(shù)控加工、激光成型、人工智能、材料科學(xué)和集成制造等一系列與塑性成形相關(guān)聯(lián)的技術(shù)發(fā)展速度之快，學(xué)科領(lǐng)域交叉之廣泛是過去任何時代無法比擬的，塑性成形新工藝和新設(shè)備不斷地涌現(xiàn)，出現(xiàn)了高速高能成形、少無切削、超塑成型、柔性加工、半固態(tài)加工等多種塑性加工新技術(shù)。掌握塑性成形技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，有助于及時研究、推廣和應(yīng)用高新技術(shù)，推動塑性成形技術(shù)的持續(xù)發(fā)展。3.1 高速高能成形高速高能成形是一種在極短時間內(nèi)釋放高能量而使金屬變形的成形方法。高速高能成形的歷史可追溯到一百多年前。但由于成本太高及當(dāng)時工業(yè)發(fā)展的局限，該工藝并未得到應(yīng)用。隨著航空及導(dǎo)彈技術(shù)的發(fā)展，高速高能成形方法才

4、進(jìn)入到實際應(yīng)用。與常規(guī)成形方法相比，高速高能成形具有以下特點(diǎn)： 1)模具簡單：僅需要凹模即可成形?？晒?jié)省模具材料，縮短模具制造周期，降低模具成本。2)零件精度高：成形時，零件以很高的速度貼模，在零件與模具之間發(fā)生很大的沖擊力，這不但有利于提高零件的貼模性。而且可以有效地減少零件彈復(fù)現(xiàn)象。 3)表面質(zhì)量好： 毛坯變形是在液體、氣體等傳力介質(zhì)作用下實現(xiàn)(電磁成形則無需傳力介質(zhì))。因此，毛坯表面不受損傷，而且可提高變形的均勻性。4)可提高材料的塑性變形能力：與常規(guī)成形方法相比，高速高能成形可提高材料的塑性變形能力。因此，對于塑性差的難成形材料，高速高能成形是一種較理想的工藝方法。 5)利于采用復(fù)合工

5、藝：用常規(guī)成形方法需多道工序才能成形的零件，采用高速高能成形方法可在一道工序中完成。因此，可以有效地縮短生產(chǎn)周期，降低成本。3.2少無切削成形機(jī)械制造中用精確成形方法制造零件的工藝，也稱少無切屑加工。少無切削加工工藝包括精密鍛造、沖壓、精密鑄造、粉末冶金、工程塑料的壓塑和注塑等。傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝最終多應(yīng)用切削加工方法來制造有精確的尺寸和形狀要求的零件，生產(chǎn)過程中坯料質(zhì)量的30以上變成切屑。這不僅浪費(fèi)大量的材料和能源，而且占用大量的機(jī)床和人力。采用精確成形工藝，工件不需要或只需要少量切削加工即可成為機(jī)械零件，可大大節(jié)約材料、設(shè)備和人力。鍛壓少無切削的發(fā)展，使鍛壓加工突破了毛坯生產(chǎn)的范疇，能生產(chǎn)某些

6、成品零件。鍛壓少無切削件除具有一般鍛件的特點(diǎn)外，還具有材料消耗低，加工工序簡化，節(jié)約加工工時，成本低等優(yōu)點(diǎn)。近幾年來出現(xiàn)的各種新型、專用的少無切削鍛壓設(shè)備，如多工位冷擠壓機(jī)、嫩鍛機(jī)、精沖壓力機(jī)、特種軋機(jī)、精密鍛軸機(jī)等，都具有生產(chǎn)率高、機(jī)械化自功化程度高等特點(diǎn)。2與傳統(tǒng)工藝相比，少無切削加工具有顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，能實現(xiàn)多種冷、熱工藝綜合交叉、多種材料復(fù)合選用，把材料與工藝有機(jī)地結(jié)合起來，是機(jī)械制造技術(shù)的一項突破。3.3 超塑性成形超塑性成形指金屬或合金在特定條件下，即低的變形速(=10-210-4s-1)一定的變形溫度(約為熔點(diǎn)的一半)和均勻的細(xì)晶粒度(平均直徑為0.25m)，其相對伸長率超過

7、100以上的特性。例如鋼可超過500、純鈦超過300、鋅鋁合金超過1000。超塑性狀態(tài)下的金屬在拉伸變形過程中不產(chǎn)生縮頸現(xiàn)象，也不會斷裂，金屬的變形應(yīng)力可比常態(tài)下降低幾倍至幾十倍。因此，超塑性金屬極易成形，可采用多種工藝方法制出復(fù)雜零件。目前超塑成形技術(shù)最廣泛的應(yīng)用是與擴(kuò)散連接技術(shù)組合而成的超塑成形/擴(kuò)散連接組合工藝技術(shù)，利用金屬材料在一個溫度區(qū)間內(nèi)兼具超塑性與擴(kuò)散連接性的特點(diǎn)，一次成形出帶有空間夾層結(jié)構(gòu)的整體構(gòu)件。按照成形構(gòu)件初始毛坯數(shù)量不同可以分為單層、兩層、三層及四層結(jié)構(gòu)形式。采用超塑成形/擴(kuò)散連接工藝成形的空心夾層結(jié)構(gòu)零件具有成形性好、設(shè)計自由度大、成形精度高、沒有回彈、無殘應(yīng)力、剛性

8、大、周期短、減少零件數(shù)量等優(yōu)點(diǎn)。33.4 微成形微成形指以塑性加工的方式生產(chǎn)至少在二維方向上尺寸處于亞毫米量級的零件或結(jié)構(gòu)的工藝技術(shù)。隨著科技的提高，微型機(jī)電系統(tǒng)有了飛速的發(fā)展，而微成形技術(shù)是微型機(jī)電系統(tǒng)的靈魂，世界上各工業(yè)先進(jìn)國家對微機(jī)械的研究重點(diǎn)都放在了微成形技術(shù)的研發(fā)上。到目前為止，涌現(xiàn)出了多種成熟的微成形技術(shù)，以德國為代表liga技術(shù)和以日本為代表的超精密機(jī)械家加工技術(shù)，此外還有高能束加工技術(shù)、微注塑成形技術(shù)、微粉末注射成形技術(shù)及微鑄造技術(shù)等一些方興未艾的微成形技術(shù)。4微成形技術(shù)主要源于電子工業(yè)的興起，隨著大規(guī)模集成電路制造技術(shù)和以計算機(jī)為代表的微電子工藝的發(fā)展，而且還來自技術(shù)的需要，

9、例如醫(yī)療器械、傳感器及電子器械的發(fā)展。越來越多的電子元件、電器組件及計算機(jī)配件等相關(guān)零件開始采用這一工藝方法進(jìn)行生產(chǎn)。隨著制造領(lǐng)域中微型化趨勢的不斷發(fā)展，微型零件的需求量越來越大，特別是在微型機(jī)械和微型機(jī)電系統(tǒng)中。 微成形具有極高的生產(chǎn)效率、最小或零材料損失、最終產(chǎn)品優(yōu)秀的力學(xué)性能和緊公差等特點(diǎn)，所以適合于近凈成形或凈成形產(chǎn)品的大批量生產(chǎn)。3.5 內(nèi)高壓成形內(nèi)高壓成形是近10 多年來迅速發(fā)展起來的一種成形方法，它是結(jié)構(gòu)輕量化的一種成形方法。是以管材為毛坯在內(nèi)壓和軸向補(bǔ)料聯(lián)合作用下將管材成形為所需形狀的先進(jìn)制造技術(shù)。內(nèi)高壓成形件實現(xiàn)以空心替代實心、以變截面取代等截面、以封閉截面取代焊接截面，比沖

10、焊件的質(zhì)量減少 15%30%，且可大幅提高零件的剛度和疲勞強(qiáng)度。20 世紀(jì) 80 年代初，德國和美國的研究機(jī)構(gòu)系統(tǒng)地開展了內(nèi)高壓成形基礎(chǔ)理論、工藝及應(yīng)用研究，并從 20 世紀(jì) 90 年代中期開始在汽車工業(yè)領(lǐng)域大批量應(yīng)用。5與傳統(tǒng)的沖壓焊接工藝相比，內(nèi)高壓成形具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1) 減輕質(zhì)量，節(jié)約材料對于空心軸類零件可以減輕40%50% ，有些件可達(dá)75%。(2) 減少零件和模具數(shù)量，降低模具費(fèi)用內(nèi)高壓件通常僅需要一套模具，而沖壓件多需要多套模具(3) 可減少后續(xù)機(jī)械加工和組裝焊接量以散熱器支架為例，散熱面積增加43%，焊點(diǎn)由174個減少到20個，工序由13道減少到6道，生產(chǎn)率提高66%。(4)

11、提高強(qiáng)度與剛度，尤其疲勞強(qiáng)度仍以散熱器支架為例，垂直方向提高39% ，水平方向提高50%。(5) 降低生產(chǎn)成本根據(jù)統(tǒng)計，內(nèi)高壓件比沖壓件平均降低成本15%20% ，模具費(fèi)用降低20%30%。3.6 可變輪廓模具成形（柔性加工） 柔性制造技術(shù)也稱柔性集成制造技術(shù)，是現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)的統(tǒng)稱。柔性制造技術(shù)集自動化技術(shù)、信息技術(shù)和制造加工技術(shù)于一體，把以往工廠企業(yè)中相互孤立的工程設(shè)計、制造、經(jīng)營管理等過程，在計算機(jī)及其軟件和數(shù)據(jù)庫的支持下，構(gòu)成一個覆蓋整個企業(yè)的有機(jī)系統(tǒng)。采用柔性制造技術(shù)的企業(yè)，平時能滿足品種多變而批量很小的生產(chǎn)需求，戰(zhàn)時能迅速擴(kuò)大生產(chǎn)能力，而且產(chǎn)品質(zhì)優(yōu)價廉。柔性制造設(shè)備可在無需大量追

12、加投資的條件下提供連續(xù)采用新技術(shù)、新工藝的能力，也不需要專門的設(shè)施，就可生產(chǎn)出特殊的軍用產(chǎn)品。6對于小批量多品種板料件成形，例如艦艇側(cè)面的弧形板、航空風(fēng)洞收縮體板、飛機(jī)的蒙皮都是三維曲面，但批量很小甚至是單件生產(chǎn)，由于工件尺寸大，這樣模具成本很高，何況即使模具加工完成，也有一個需要修模與調(diào)節(jié)的過程，因此用可變輪廓模具成形一直是塑性加工界及模具界的研究方向之一。3.7 半固態(tài)成形半固態(tài)成形是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的金屬成形新技術(shù)，指對經(jīng)過特殊處理的固體坯料加熱，或在液態(tài)金屬凝固過程中加以攪拌等處理而得到的具有非枝晶結(jié)構(gòu)的固相、液相組織共存的半固態(tài)坯料進(jìn)行成形加工，得到所需形狀和性能的制品的加工

13、方法。它主要包括半固態(tài)鍛造、半固態(tài)擠壓、半固態(tài)軋制、半固態(tài)壓鑄等工藝類型，在汽車、通訊、航空、航天、國防等領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用，被稱為21世紀(jì)新興的金屬制造關(guān)鍵技術(shù)之一。從半固態(tài)自身發(fā)展看，研究不同制漿方法下的形核和長大機(jī)理、制漿過程的精確控制以及發(fā)展適合半固態(tài)成形的新型合金是該技術(shù)的主要發(fā)展方向；從拓展半固態(tài)研究領(lǐng)域看，在近液相附近實現(xiàn)成分場和溫度場的精確控制，將推動該項技術(shù)向高合金化金屬的近終成形以及純金屬的晶粒細(xì)化的研究與應(yīng)用方向發(fā)展。74 結(jié)束語隨著現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展，塑性成形將逐漸發(fā)展為高性能材料新材料與復(fù)雜結(jié)構(gòu)特殊性的有機(jī)結(jié)合。21世紀(jì)最缺什么？技術(shù)創(chuàng)新。由于新技術(shù)的應(yīng)用和引導(dǎo),塑性成形技術(shù)在國民經(jīng)濟(jì)中的作用愈來愈大，在一定程度上決定了我國機(jī)械制造業(yè)在21世紀(jì)的市場競爭能力，為此我們要有足夠的認(rèn)識并采取得力的措施。抓住機(jī)遇和挑戰(zhàn)，推進(jìn)新新技術(shù)的發(fā)展。參考文獻(xiàn)：1李德群.塑性加工技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r及趨勢j.航空制造技術(shù)，2000.