材料成型與加工技術(shù)

1、第一章  緒 論  制造業(yè)是提高國(guó)家工業(yè)生產(chǎn)率、經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)、國(guó)家安全及生活質(zhì)量的基礎(chǔ)，是國(guó)家綜合實(shí)力的重要標(biāo)志?，F(xiàn)如今我國(guó)制造業(yè)面臨巨大挑戰(zhàn)，因而加強(qiáng)材料成形加工技術(shù)與科學(xué)基礎(chǔ)研究，大力采用先進(jìn)制造技術(shù)，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要意義。 材料成形加工技術(shù)與科學(xué)既是制造業(yè)的重要組成部分，又是材料科學(xué)與工程的四要素之一，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及國(guó)防力量的增強(qiáng)均有重要作用?！靶乱淮牧暇_成形加工技術(shù)”與“多學(xué)科多尺度模擬仿真”是現(xiàn)代兩個(gè)重要學(xué)科研究前沿領(lǐng)域。高新技術(shù)材料的出現(xiàn)，將加速發(fā)展以“精確成形”及“短流程”為代表的材料加工工藝，包括：全新的成

2、形加工方法與工藝，及傳統(tǒng)成形加工方法的改進(jìn)與工序綜合?！澳M仿真”是產(chǎn)品計(jì)算機(jī)集成制造、敏捷制造的主要內(nèi)容，是實(shí)現(xiàn)制造業(yè)信息化的先進(jìn)方法。并行工程已成為產(chǎn)品及相關(guān)制造過(guò)程集成設(shè)計(jì)的系統(tǒng)方法，以計(jì)算機(jī)模擬仿真與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為手段的虛擬制造設(shè)計(jì)將是先進(jìn)制造技術(shù)的重要支撐環(huán)境。網(wǎng)絡(luò)化、智能化是現(xiàn)代產(chǎn)品與工藝過(guò)程設(shè)計(jì)的趨勢(shì)，綠色制造是現(xiàn)代材料加工技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展方向。 面對(duì)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)、參與全球競(jìng)爭(zhēng)，必須加強(qiáng)材料成形加工科學(xué)與技術(shù)的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究。只有使用先進(jìn)的材料加工技術(shù)，才能獲得高質(zhì)量產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和性能，這些高性能的先進(jìn)材料包括傳統(tǒng)材料和新材料。發(fā)展材料成形加工技術(shù)對(duì)我國(guó)制造業(yè)以高新技術(shù)生產(chǎn)高

3、附加值的優(yōu)質(zhì)零部件有積極作用，可擴(kuò)大材料及制造范圍、提高生產(chǎn)率、降低產(chǎn)品成本、增強(qiáng)企業(yè)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)能力。 制造業(yè)在過(guò)去的幾年中發(fā)生了巨大變化，而現(xiàn)代高科技及新材料的出現(xiàn)將導(dǎo)致材料成形加工技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展與變革，出現(xiàn)全新的成形加工方法與工藝，傳統(tǒng)加工方法不斷改進(jìn)并走向工藝綜合，材料成形加工技術(shù)則逐漸綜合化、多樣化、柔性化、多科學(xué)化。第二章 現(xiàn)代材料成形加工技術(shù)與科學(xué)2.1現(xiàn)代材料成形加工技術(shù)的作用與地位 我國(guó)已是制造大國(guó)，僅次于美、日、德，位居世界第四位。材料成形加工行業(yè)則是制造業(yè)的重要組成部分，材料成形加工技術(shù)也是先進(jìn)制造技術(shù)的重要內(nèi)容。鑄造、鍛造及焊接等材料加工技術(shù)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)

4、可持續(xù)發(fā)展的主體技術(shù)。目前，在汽車(chē)行業(yè)中汽車(chē)重量的65%以上仍由鋼鐵、鋁及鎂合金等材料通過(guò)鑄造、鍛壓、焊接等加工方法而成形。材料成形加工技術(shù)與科學(xué)又是材料科學(xué)與工程的四要素之一，它不僅賦予零部件以形狀，而且給予零部件以最終性能及使用特性。  制造業(yè)在過(guò)去的幾年中發(fā)生了巨大的變化，這種變化還會(huì)延續(xù)。高速發(fā)展的工業(yè)技術(shù)要求材料加工產(chǎn)品精密化、輕量化、集成化；國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)更加激烈的市場(chǎng)要求產(chǎn)品性能高、成本低、周期短；日益惡化的環(huán)境要求材料加工原料與能源消耗低、污染少；另外材料成形本身制造好、成品率高。為了生產(chǎn)高精度、高質(zhì)量的產(chǎn)品，材料正由單一的傳統(tǒng)型向復(fù)合型、多功能型發(fā)展；材料加工技

5、術(shù)逐漸綜合化、多樣化、柔性化、多科學(xué)化。 面對(duì)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)、參與全球競(jìng)爭(zhēng)，必須加強(qiáng)材料成形加工科學(xué)與技術(shù)的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究。只有使用新近的材料加工技術(shù)才能獲得高質(zhì)量產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和性能，這些高性能的先進(jìn)材料包括傳統(tǒng)材料和新材料。發(fā)展材料成形加工技術(shù)對(duì)我國(guó)制造業(yè)已高新技術(shù)生產(chǎn)高附加值的優(yōu)質(zhì)零部件有積極作用。 2.2材料成形加工技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 美國(guó)在“新一代制造計(jì)劃”中指出，未來(lái)的制造模式將是批量小、質(zhì)量高、成本低、交貨期短、生產(chǎn)柔性、環(huán)境友好；未來(lái)的制造企業(yè)要掌握十大關(guān)鍵技術(shù)，其中包括快速產(chǎn)品與工藝開(kāi)發(fā)系統(tǒng)、新一代制造工藝及裝備及模擬與仿真三項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。其中新一代工藝包括精確

6、成形加工制造或稱凈終成形加工工藝。凈終成形加工工藝要求材料成形加工制造向更輕、更薄、更強(qiáng)、更韌及成本低、周期短、質(zhì)量高的方向發(fā)展。 輕量化、精確化、高效化將是未來(lái)材料成形加工技術(shù)的重要發(fā)展方向。 近年來(lái)，隨著汽車(chē)工業(yè)的迅速發(fā)展，對(duì)通過(guò)降低產(chǎn)品的自重以降低能源消耗 和減少污染（包括汽車(chē)尾氣和廢舊塑料）提出了更迫切的要求，輕質(zhì)、高質(zhì)量的綠色環(huán)保材料將成為人們的首選。鎂合金就是被世界各國(guó)材料界看好的最具有開(kāi)發(fā)和應(yīng)用發(fā)展前途的金屬材料。 鎂合金壓鑄件廣泛應(yīng)用于交通工業(yè)（汽車(chē)、摩托車(chē)及飛機(jī)零件等）、IT行業(yè)（手機(jī)、筆記本等）、小型家電行業(yè)（攝像機(jī)、照相機(jī)及其它電子

7、產(chǎn)品外殼等）。汽車(chē)離合器和變速箱殼體采用鎂合金壓鑄件比鋁合金重量分別減輕2.6kg和2.5kg。同時(shí)，壓鑄鎂鋁合金產(chǎn)品在體育運(yùn)動(dòng)（自行車(chē)架與踏板、滑雪板等）、手工工具（鏈鋸、巖鉆等）、國(guó)防建設(shè)（輕型武器、步兵裝備）等領(lǐng)域亦有十分廣闊的應(yīng)用前景。 2.3材料成形加工過(guò)程的建模與仿真 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，技術(shù)材料科學(xué)已成為一門(mén)新興的交叉學(xué)科，成為材料研究的重要手段，是除實(shí)驗(yàn)和理論外解決材料科學(xué)中實(shí)際問(wèn)題的第三個(gè)重要研究方法。它可以比理論和實(shí)驗(yàn)做得更深刻、更全面、更細(xì)致，可以進(jìn)行一些理論和實(shí)驗(yàn)暫時(shí)還做不到的研究。因此，基于知識(shí)的材料成形工藝模擬仿真是材料科學(xué)與工程的前沿領(lǐng)域及研

8、究熱點(diǎn)，而高性能、高保真和高效率則是模擬仿真的努力目標(biāo)。根據(jù)美國(guó)科學(xué)研究院工程技術(shù)委員會(huì)的測(cè)算，模擬仿真可提高產(chǎn)品質(zhì)量515倍，增加材料出品率25%，降低工程技術(shù)成本13%30%，降低人工成本5%20%，增加投入設(shè)備的利用率30%60%，縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)和試制周期30%60%，增加分析問(wèn)題廣度和深度的能力33.5倍等。 2.4材料的快速成形與虛擬制造 我國(guó)制造業(yè)的主要問(wèn)題之一是缺乏創(chuàng)新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)能力，因而缺乏國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。隨著全球化市場(chǎng)的激烈競(jìng)爭(zhēng)，加快產(chǎn)品開(kāi)發(fā)速度已成為競(jìng)爭(zhēng)的重要手段之一。制造業(yè)要滿足日益變化的用戶要求，必須有較強(qiáng)的靈活性，以最快的速度提供高質(zhì)量產(chǎn)品。

9、60;虛擬制造是CAD、CAM和CAPP等軟件的集成技術(shù)，其關(guān)鍵是建立制造過(guò)程的計(jì)算模型，虛擬仿真制造過(guò)程。虛擬制造以并行方式進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)、加工和裝配，對(duì)各單元采用分布管理，而且不受時(shí)間、空間限制。虛擬制造的基礎(chǔ)是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。所謂“虛擬現(xiàn)實(shí)”技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)和外觀設(shè)備，生成與真實(shí)環(huán)境一致的三維虛擬環(huán)境，使用戶通過(guò)輔助設(shè)備從不同的“角度”和“視點(diǎn)”與環(huán)境中的“現(xiàn)實(shí)”交互。與智能制造、虛擬工廠、網(wǎng)絡(luò)化制造集成，材料加工過(guò)程建模與仿真將成為制造業(yè)新產(chǎn)品過(guò)程設(shè)計(jì)的非常有效的工具。第三章 新一代材料成形加工 3.1材料成形加工技術(shù)發(fā)展特征 材料成形加工技術(shù)在現(xiàn)代發(fā)展的過(guò)程中，形成“

10、精密”、“優(yōu)質(zhì)”、“快速”、“復(fù)合”、“綠色”、“信息化”的特征。 1. 材料成形加工技術(shù)的“精密”特征：成形精度向凈成形的方向發(fā)展 材料成形加工技術(shù)的重要特征是精密化，以制造技術(shù)而論，從尺度上看，精密制造技術(shù)已經(jīng)跨越了微米級(jí)技術(shù)，進(jìn)入了亞微米和納米技術(shù)領(lǐng)域。材料成形加工技術(shù)也在朝著精密化的方向發(fā)展，表現(xiàn)為零件成形的尺寸精度正在從近凈成形向凈成形，即近無(wú)余量成形方向發(fā)展?！懊鳌迸c“零件”的界限越來(lái)越小。 2. 材料成形加工技術(shù)的“優(yōu)質(zhì)”特征：成形質(zhì)量向近無(wú)缺陷、“零”缺陷的方向發(fā)展 如果說(shuō)凈成形技術(shù)主要反映的是成形加工技術(shù)的尺寸與形

11、狀精密的特征，反映了成形加工保證尺寸及形狀的精密程度，那么，反映成形加工優(yōu)質(zhì)特征的則是近無(wú)缺陷、“零”缺陷成形加工技術(shù)。這個(gè)“缺陷”是指不致引起早期失效的臨界缺陷的概念。采取的主要措施有：采用先進(jìn)工藝、凈化熔融金屬、增大合金組織的致密度，為得到健全的鑄件、鍛件奠定基礎(chǔ)；采用模擬技術(shù)、優(yōu)化工藝技術(shù)，實(shí)現(xiàn)一次成形及試模成功，保證質(zhì)量；加強(qiáng)工藝過(guò)程監(jiān)控及無(wú)損檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)超標(biāo)零件；通過(guò)零件安全可靠性能研究及評(píng)估，確定臨界缺陷量值等。 3. 材料成形加工技術(shù)的“快速”特征：成形過(guò)程向快速方向發(fā)展 為滿足現(xiàn)代消費(fèi)觀念的變革以及市場(chǎng)的劇烈競(jìng)爭(zhēng)化，“客戶化、小批量、快速交貨”的

12、要求不斷增加，需要材料成形加工技術(shù)的快速化。 成形加工技術(shù)的快速特征表現(xiàn)在各種新型高效成形工藝不斷涌現(xiàn)，星星鑄造、鍛造、焊接方法都從不同角度提高生產(chǎn)效率。3.2新一代材料成形加工技術(shù) 制造技術(shù)可分為加工制造和成形制造（以液態(tài)鑄造成形、固態(tài)塑性成形及連接成形等為代表）技術(shù)，其中成形制造不僅賦予零件以形狀，而且決定了零件的組成。 3.2.1精確成形加工技術(shù)近年來(lái)出現(xiàn)了很多新的精確成形加工制造技術(shù)。在轎車(chē)工業(yè)中還有很多材料精確成形新工藝，如用精確鍛造成形技術(shù)生產(chǎn)凸輪軸等零件，液壓脹形技術(shù)，半固態(tài)成形及三維擠壓發(fā)等。摩擦壓力焊接技術(shù)近來(lái)也備受人們關(guān)注。 以擠壓鑄

13、造及半固態(tài)鑄造為代表的精確成形技術(shù)由于熔體在壓力下充型、凝固，從而使零件具有好的表面及內(nèi)部質(zhì)量。半固態(tài)鑄造是一種生產(chǎn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、近凈成形、高品質(zhì)鑄件的材料半固態(tài)加工技術(shù)。半固態(tài)鑄造鋁合金零件在汽車(chē)上的應(yīng)用其區(qū)別于壓力鑄造和鍛壓的主要特征是：材料處于半固態(tài)時(shí)在較高壓力（約200MPa）下充型和凝固。材料在壓力作用下凝固可形成細(xì)小的球狀晶粒組織。3.2.2快速原型制造技術(shù) 隨著全球化及市場(chǎng)的激烈競(jìng)爭(zhēng)，加快產(chǎn)品開(kāi)發(fā)速度已成為競(jìng)爭(zhēng)的重要手段之一。制造業(yè)要滿足日益變化的用戶需求，制造技術(shù)必須具有較強(qiáng)的靈活性，能夠以小批量甚至單批量生產(chǎn)迎合市場(chǎng)。快速原型制造技術(shù)以離散和堆積原理為基礎(chǔ)和特征，將零件

14、的電子模型按一定方式離散成為可加工離散面、離散線和離散點(diǎn)，然后采用多種手段將這些離散的面、線和點(diǎn)堆積形成零件的整體形狀。有人因該技術(shù)高度的柔性而稱之為“自由成形制造”。近年來(lái)快速原型制造已發(fā)展為快速模具制造及快速制造，這些技術(shù)能大大縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)周期，解決單件或小批零件的制造問(wèn)題。 3.3新一代產(chǎn)品制造設(shè)計(jì)的研究 未來(lái)智能制造公司需要一系列核心智能，以便在集成設(shè)計(jì)、制造和商業(yè)服務(wù)系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行智能商務(wù)運(yùn)作。這一系列的智能核心即可預(yù)測(cè)性、可生產(chǎn)性和廉價(jià)性、污染防治、產(chǎn)品與工藝性能。 研究這些特點(diǎn)已使集成設(shè)計(jì)、制造和服務(wù)成為一個(gè)具有競(jìng)爭(zhēng)力的系統(tǒng)學(xué)科。如果將這種集成工程

15、系統(tǒng)理解成為一種科學(xué)，就可以將其歸為已經(jīng)成熟的分析方法，然后就可以確定基本參數(shù)及如何測(cè)量它們，從而可以預(yù)測(cè)期行為。下面是在材料加工和新一代產(chǎn)品制造設(shè)計(jì)中將建模與仿真用作智能核心的基本要點(diǎn)： 1. 數(shù)字產(chǎn)品和工藝建模的可預(yù)測(cè)性 隨著具有競(jìng)爭(zhēng)力的縮減產(chǎn)品發(fā)展與實(shí)現(xiàn)周期的蓬勃發(fā)展，在產(chǎn)品與工藝合成中的所有決策需要精度的建模與仿真工藝，以使物理基礎(chǔ)的或行為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)屬性生效。在動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)、理學(xué)、材料和行為系統(tǒng)中有效運(yùn)用建模工具是未來(lái)數(shù)字制造的先決條件。這些模型和知識(shí)要在網(wǎng)絡(luò)和協(xié)作環(huán)境下共享，最新的SGI（美國(guó)圖形工作站生產(chǎn)廠商）工作站可以在數(shù)分鐘至數(shù)小時(shí)內(nèi)解決極為復(fù)雜

16、的工程問(wèn)題。制造商可以使用高度工程化的仿真模型來(lái)幫助供貨商改變模型設(shè)計(jì)和運(yùn)送近于零缺陷的鑄件給消費(fèi)者，這樣會(huì)盡量減少返工和缺陷。 2. 材料的可生產(chǎn)性和廉價(jià)性 廉價(jià)的制造材料對(duì)制造業(yè)特別是航空業(yè)一直是一個(gè)挑戰(zhàn)。隨著對(duì)環(huán)境和性能的規(guī)范和限制越來(lái)越多，各公司正在尋找更好的超級(jí)合金高溫材料和類似網(wǎng)狀的工藝技術(shù)，以降低原材料和制造運(yùn)作過(guò)程的成本?，F(xiàn)在，研究機(jī)構(gòu)中的多數(shù)研究工具和工藝模型對(duì)公司在制造過(guò)程中預(yù)測(cè)并驗(yàn)證材料屬性是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。我們必須將著眼點(diǎn)從尺寸精確性擴(kuò)展到材料性能，以便獲得對(duì)工藝、機(jī)器和零件的品質(zhì)的全面了解。這將引導(dǎo)我們開(kāi)創(chuàng)集材料、制造、物理和計(jì)算學(xué)等交叉學(xué)科

17、的研究工作，以推進(jìn)我們對(duì)制造學(xué)的了解。 3. 綠色生產(chǎn)和工藝的污染防治 我們需要新的規(guī)范使傳感器和工藝控制這種技術(shù)更好的整合，以便更少的發(fā)展和安裝成本提供更高的能源效率并降低污染。綠色制造系統(tǒng)應(yīng)改進(jìn)以使工廠監(jiān)控工藝參數(shù)，并直接、精確和快速的獲得真實(shí)的工藝信息。另外，需要可代替的化學(xué)基礎(chǔ)的涂層技術(shù)來(lái)影響化學(xué)自由制造工藝，還需要新型的傳感器通過(guò)化學(xué)手段監(jiān)控和控制腐蝕環(huán)境。正在出現(xiàn)的技術(shù)，諸如微電子機(jī)械基礎(chǔ)的工藝傳感器和無(wú)線電通信，需要發(fā)展和工程化以滿足這些挑戰(zhàn)性的需求。4. 產(chǎn)品與工藝性能的先進(jìn)維護(hù)技術(shù) 服務(wù)和維護(hù)對(duì)于保持產(chǎn)品和工藝的質(zhì)量及客戶的滿

18、意度是非常重要的。確定系統(tǒng)失效原因的難點(diǎn)歸結(jié)為幾種因素，包括系統(tǒng)復(fù)雜性、不確定性和缺乏足夠的糾錯(cuò)工具。當(dāng)前，許多組織工業(yè)正實(shí)行的服務(wù)和維護(hù)就是基于響應(yīng)的方法。組織我們解決這些問(wèn)題的基本原因是對(duì)制造機(jī)器和設(shè)備每天的情況了解不足。我們只是不知道如何定量預(yù)測(cè)零件和機(jī)器的性能退化。我們?nèi)狈τ行У仡A(yù)測(cè)模型和工具，它們可以告訴我們給定工藝參數(shù)的具體值時(shí)會(huì)有什么情況發(fā)生。我們要進(jìn)行研究，以了解產(chǎn)品和機(jī)器故障生產(chǎn)的原因，開(kāi)發(fā)智能和可重復(fù)配置這些目標(biāo)，需要智能軟件和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備來(lái)提供預(yù)先維護(hù)能力，諸如性能退化測(cè)量、故障修復(fù)、自維護(hù)和遠(yuǎn)程診斷。這些特點(diǎn)允許制造和加工工業(yè)能發(fā)展預(yù)先維護(hù)策略，以保證產(chǎn)品和工藝性能，并最終

19、消除不必要的系統(tǒng)癱瘓。第4章 綠色再制造與材料成形加工的可持續(xù)發(fā)展  在當(dāng)今全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，對(duì)自然資源的任意開(kāi)發(fā)利用帶來(lái)了全球的生態(tài)破壞、資源短缺、環(huán)境污染等重大問(wèn)題。其中，機(jī)電產(chǎn)品制造業(yè)是最大的資源使用者，也是最大的環(huán)境污染資源之一。通過(guò)研究再制造工程理論和技術(shù)，可以為廢舊產(chǎn)品的科學(xué)利用提供依據(jù)，指導(dǎo)規(guī)范當(dāng)前的再制造市場(chǎng)。 再制造工程是以產(chǎn)品全壽命周期設(shè)計(jì)和管理為指導(dǎo)，以優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)能、環(huán)保為目標(biāo)，以先進(jìn)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化市場(chǎng)為手段，來(lái)恢復(fù)或改造廢舊產(chǎn)品的一系列技術(shù)措施或工程活動(dòng)的總稱。 通過(guò)再制造的研究，可形成閉環(huán)的產(chǎn)品物質(zhì)及信息流系統(tǒng)，實(shí)

20、現(xiàn)由產(chǎn)品的開(kāi)環(huán)處理和材料資源的閉環(huán)回收，發(fā)展到產(chǎn)品閉環(huán)使用的高級(jí)階段，實(shí)現(xiàn)高級(jí)資源物質(zhì)流的最優(yōu)化循環(huán)。4.1再制造過(guò)程的設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 針對(duì)失效的產(chǎn)品進(jìn)行再制造，首先要對(duì)其進(jìn)行再制造設(shè)計(jì)，再制造的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)包括產(chǎn)品的失效機(jī)理及壽命預(yù)測(cè)、再制造性的評(píng)價(jià)等內(nèi)容。 4.1.1產(chǎn)品失效機(jī)理及壽命預(yù)測(cè) 產(chǎn)品服役的環(huán)境行為及失效機(jī)理研究是實(shí)施再制造工程重要的基礎(chǔ)理論依據(jù)。從宏觀和微觀上研究零部件在復(fù)雜的環(huán)境中失效的機(jī)理和損傷的規(guī)律。主要研究復(fù)雜環(huán)境中多因素非線性耦合作用下的零部件失效機(jī)理，包括腐蝕介質(zhì)與力學(xué)因素聯(lián)合作用下的零件損傷機(jī)理，溫度場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)耦合作用下的零部件損傷行為，多軸載

21、荷作用下零部件的疲勞破壞行為，以及汽液固多相流環(huán)境中零部件的腐蝕、沖蝕、穴蝕交互損傷規(guī)律。 產(chǎn)品壽命預(yù)測(cè)與剩余壽命評(píng)估方法建立在零部件失效分析的基礎(chǔ)上，應(yīng)用力學(xué)理論建立失效行為的數(shù)學(xué)模型，并與加速試驗(yàn)結(jié)果相結(jié)合，以建立產(chǎn)品壽命的預(yù)測(cè)評(píng)估系統(tǒng)，評(píng)估新品、再制造產(chǎn)品的壽命及產(chǎn)品的剩余壽命。 4.1.2產(chǎn)品再制造性的評(píng)價(jià) 廢舊產(chǎn)品的再制造性是決定其能否進(jìn)行再制造的前提，是再制造基礎(chǔ)理論研究中的首要問(wèn)題。再制造性是指將技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境等因素綜合分析后，廢舊產(chǎn)品所具有的通過(guò)維修或改造后恢復(fù)或超過(guò)原產(chǎn)品性能的能力。     &

22、#160;          4.2再制造材料成形加工關(guān)鍵技術(shù) 廢舊產(chǎn)品經(jīng)過(guò)再制造論證后，要實(shí)施再制造必須依賴于先進(jìn)的材料成形加工技術(shù)。 4.2.1復(fù)合表面工程技術(shù) 零件的失效多起源于表面，因此表面工程技術(shù)是再制造過(guò)程中的核心技術(shù)。表面過(guò)程，是經(jīng)表面預(yù)處理后，通過(guò)表面涂覆、表面改性或多種表面工程技術(shù)復(fù)合處理，改變固體金屬表面或非金屬表面的形態(tài)、化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)和應(yīng)力狀態(tài)等，已獲得所需要表面性能的系統(tǒng)工程。表面工程是由多個(gè)學(xué)科交叉、綜合而發(fā)展起來(lái)的新興學(xué)科，它以“表

23、面”為研究核心，在有關(guān)學(xué)科理論的基礎(chǔ)上，根據(jù)零件表面的失效機(jī)制，以應(yīng)用各種表面工程技術(shù)及其復(fù)合為特色，逐步形成了與其他學(xué)科密切相關(guān)的表面工程基礎(chǔ)理論。表面工程的最大優(yōu)勢(shì)是能夠以多種方法制備出優(yōu)于本體材料性能的表面功能薄層，賦予零件耐高溫、防腐蝕、耐磨損、抗疲勞、防輻射等性能。表面工程的基本特征是綜合、交叉、復(fù)合、優(yōu)化。復(fù)合表面工程是先進(jìn)表面工程的重要基礎(chǔ)內(nèi)容。復(fù)合表面工程主要包括多種表面技術(shù)的復(fù)合和多種表面材料的復(fù)合兩種形式。國(guó)外稱之為第二代表面工程新技術(shù)。 1. 多種表面技術(shù)的復(fù)合 多種表面技術(shù)的復(fù)合能夠形成新的涂層體系，并建立表面工程新領(lǐng)域。單一的表面技術(shù)由于

24、其固有的局限性，往往不能滿足日益苛刻的工況條件的要求。綜合運(yùn)用多種表面技術(shù)的復(fù)合可以通過(guò)最佳協(xié)同效應(yīng)獲得了“1+1>2”的效果，解決了一系列高新技術(shù)發(fā)展中特殊的工程技術(shù)難題。  多種表面技術(shù)的復(fù)合主要研究?jī)?nèi)容包括：  研究可產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)的多種技術(shù)之間的復(fù)合和設(shè)計(jì)；表面復(fù)合涂層在惡劣工況下表面或界面之間的協(xié)同效應(yīng)機(jī)理。  研究表征功能梯度材料（FGM）性能與組成的梯度變化，應(yīng)用計(jì)算機(jī)逆向設(shè)計(jì)對(duì)FGM覆層的組成和結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化；開(kāi)發(fā)熱噴涂、電刷鍍、氣相沉積等工藝制備FGM覆層的技術(shù)；研究金屬、金屬間化合物、陶瓷等FGM涂層性能。

25、60; 應(yīng)用物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積和高能束輔助沉積在再制造毛坯上形成超硬膜。研究真空膜層成膜界面行為與膜層性能關(guān)系；形核及生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)；在晶格錯(cuò)配度較大條件基體強(qiáng)度與超硬膜結(jié)合強(qiáng)度的關(guān)系；復(fù)合膜組元之間的交互作用。 2. 多種表面材料的復(fù)合 多種表面材料形成的復(fù)合涂層不但具有單一結(jié)構(gòu)涂層所具有的性能，還因復(fù)合材料的不同而獲得特殊性能或具有多功能的性能涂層，復(fù)合涂層的研究和應(yīng)用日益增多。由各種材料復(fù)合獲得的復(fù)合涂層種類主要有：金屬基陶瓷復(fù)合涂層、陶瓷復(fù)合涂層、梯度功能復(fù)合涂層等。 4.2.2納米表面工程技術(shù)納米表面工程是以納米材料和其他低維非平

26、衡材料為基礎(chǔ)，通過(guò)特定的加工技術(shù)或手段，對(duì)固體表面進(jìn)行強(qiáng)化、改性、超精細(xì)加工或賦予表面新功能的系統(tǒng)工程。納米涂層及納米表面自修復(fù)材料和技術(shù)是以納米材料為基礎(chǔ)，通過(guò)特定的工藝手段，對(duì)固體的表面進(jìn)行強(qiáng)化、改性，或者賦予表面新功能，或者對(duì)損傷的表面進(jìn)行自修復(fù)。例如：  納米顆粒復(fù)合電鍍刷技術(shù)  納米顆粒復(fù)合原位動(dòng)態(tài)自修復(fù)技術(shù)  納米材料熱噴涂技術(shù)  金屬表面納米晶化技術(shù) 納米表面工程的主要技術(shù)基礎(chǔ)包括：  納米涂層的制備技術(shù)的基礎(chǔ)研究，特別是研究納米材料在介質(zhì)中的分散和穩(wěn)定等關(guān)鍵工藝；納米涂

27、層的高強(qiáng)度、高韌性及其他特殊優(yōu)異性能；納米涂層對(duì)熱疲勞及高溫磨損等苛刻條件下的微裂紋萌生、擴(kuò)展和損傷抑制機(jī)理；納米涂層抗氧化性和熱穩(wěn)定性的機(jī)理等。  研究非晶復(fù)合納米晶涂層形成的機(jī)理與影響因素，包括材料表面納米結(jié)構(gòu)和非晶納米晶復(fù)合涂層結(jié)構(gòu)和體相的物理化學(xué)現(xiàn)象；涂層顯微組織的形成與演化規(guī)律、缺陷與熱應(yīng)力的形成機(jī)理、界面結(jié)合情況等。研究非平衡條件下低維材料的結(jié)構(gòu)與行為以及宏觀與微觀的一體化，包括“尺度問(wèn)題”和“表面、界面問(wèn)題”，為開(kāi)發(fā)納米電刷鍍技術(shù)、納米熱噴涂技術(shù)、納米氣相沉積等及其復(fù)合技術(shù)提供技術(shù)基礎(chǔ)。  納米原位動(dòng)態(tài)減摩自修復(fù)技術(shù)的基礎(chǔ)研究。在不停機(jī)、不

28、解體的狀況下，應(yīng)用摩擦化學(xué)理論，利用納米顆粒的特性在摩擦微損傷表面原位動(dòng)態(tài)形成自修復(fù)膜層的方法及材料。研究?jī)?nèi)容包括：納米結(jié)構(gòu)的潤(rùn)滑膜、自修復(fù)薄膜等的生長(zhǎng)機(jī)理和服役特性；納米潤(rùn)滑添加劑對(duì)摩擦表面的強(qiáng)化和對(duì)初期磨損表面的原位動(dòng)態(tài)自修復(fù)等機(jī)制；納米添加劑的組成、形態(tài)、結(jié)構(gòu)、反映活性等與損傷動(dòng)態(tài)自修復(fù)功能的關(guān)系規(guī)律，開(kāi)發(fā)與摩擦表面結(jié)合良好、具有優(yōu)良抗磨損和承載能力的納米磨損動(dòng)態(tài)自修復(fù)技術(shù)及摩擦表面原位強(qiáng)化技術(shù)。 4.2.3特殊環(huán)境下的應(yīng)急再制造技術(shù) 我國(guó)有大量的設(shè)備服役在苛刻的環(huán)境條件下，如在野外環(huán)境下石油、天然氣設(shè)備；水電、公路鐵路施工設(shè)備等；在嚴(yán)重快速磨損的高原沙漠地區(qū)，在高溫

29、、高濕、高煙霧海洋環(huán)境下的嚴(yán)重腐蝕或磨損等。特殊環(huán)境下的裝備應(yīng)急再制造關(guān)鍵技術(shù)以恢復(fù)服役性能為重點(diǎn)，對(duì)再制造的時(shí)間、空間、標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)條件等有特殊要求，具有現(xiàn)場(chǎng)性、應(yīng)急性、易噪性等特點(diǎn)。研究?jī)?nèi)容主要包括： 1.  應(yīng)急快速維修技術(shù)高科技條件下的局部戰(zhàn)爭(zhēng)及生產(chǎn)線協(xié)同運(yùn)行等作業(yè)方式縮短了損傷裝備修理的時(shí)間和空間，因此應(yīng)急快速維修的地位和作用也變得更為重要。采用先進(jìn)技術(shù)快速修復(fù)損傷的裝備，使其迅速恢復(fù)戰(zhàn)斗力和生產(chǎn)力，是高科技條件下的作戰(zhàn)與生產(chǎn)對(duì)應(yīng)急維修技術(shù)的要求，也是裝備再制造的重要研究方向。主要技術(shù)基礎(chǔ)：  研究軍用裝備的戰(zhàn)傷特點(diǎn)及裝備突發(fā)故障規(guī)律，建立應(yīng)急維

30、修技術(shù)專家系統(tǒng)。  開(kāi)發(fā)適應(yīng)于高低溫、高負(fù)荷、強(qiáng)輻射等苛刻條件下使用的耐磨、防腐化學(xué)粘涂材料（復(fù)合型膠粘劑、納米膠粘劑、特種功能膠粘劑）；研究粘結(jié)粘涂層的衰變性能；研究快速固化機(jī)理和技術(shù)，如紫外線固化、微波固化技術(shù)等；重點(diǎn)開(kāi)發(fā)適用于戰(zhàn)傷及突發(fā)損傷的粘接、冷焊、扣合、堵漏等應(yīng)急快速搶修技術(shù)。  研究提高部隊(duì)作戰(zhàn)和野外施工作業(yè)應(yīng)急機(jī)動(dòng)保障能力的關(guān)鍵技術(shù)，開(kāi)發(fā)通用化、小型化、標(biāo)準(zhǔn)化、智能化、數(shù)字化的靠前搶修配套工具和儀器，開(kāi)發(fā)多種現(xiàn)場(chǎng)搶修車(chē)及方艙等。 2. 再制造毛坯快速成形技術(shù) 再制造毛坯快速成形技術(shù)，是利用原有廢舊的零件作為再制造零件毛坯原料，根據(jù)離散和堆積成形原理，利用CAD零件模型所確定的幾何信息，采用積分原理和先進(jìn)熔覆技術(shù)進(jìn)行金屬的熔融堆積，快速成形。主要技術(shù)基礎(chǔ)：  建立產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、零部件及表面涂層體系的再制造計(jì)算機(jī)輔助工程系統(tǒng)（RCAE），研究零件受損檢測(cè)和幾