范文一:现代塑性加工新技术及发展趋势
现代塑性加工新技术及发展趋势
文章编号:1672—0121(2010)04—0010—04 现代塑性~jn-r-新技术及发展趋势
刘华,闰洁.刘斌
(华侨大学模具技术中心,福建厦f)】362o21) 摘要:文章着重分析了当前塑性加工的各种新技术,并对其进行了归类和分析整理.
同时,通过分析从中
总结了现代塑性加工技术的发展趋势.这些对了解塑性加工新技术及研究,推广和
应用高新技术,推动塑性
加工技术的持续发展有一定的指导意义. 关键词:机械制造;新技术;塑性加工;发展;综述 中图分类号:TG306文献标识码:A
1育订言
塑性加工技术是指包括锻造,冲压,挤压,轧制 及其他以材料发生永久变形为特点的材料加工技 术.从某种意义上来讲,塑性加工过程是在一定外力 (载荷)和边界条件诸如加载方式,加载速度,约束条 件,几何形状,接触摩擦条件,温度场等作用下对材 料进行"力"处理和"热处理"的过程,从而使材料发 生所希望的几何形状的变化(成形)与组织性能的变 化.现代塑性加工是介于原材料生产与最终产品制 造之间的零部件生产的主要行业之一,是制造业的 一
个重要组成部分.随着国民经济的持续发展,塑性 加工技术迎来了空前的发展机遇,同时也面临诸多 挑战【".
塑性加工具有高产,优质,低耗等显着特点,己
成为当今先进制造技术的重要发展方向.根据专家 预测,到21世纪,产品零件粗加工的75%和精加工 的50%将采用塑性成形的方式实现.212业部门的广 泛需求为塑性加工新工艺和新设备的发展提供了强 大的原动力团.
2塑~jn-r新技术
新世纪,科学技术面临着巨大的变革.通过与计 算机的紧密结合,数控加工,激光成形,人工智能,材 料科学和集成制造等一系列与塑性加工相关联的技 速度之快,学科领域交叉之广是过去任何时 法比拟的.目前,塑性加工新工艺和新设备如 笋般地涌现,把握塑性加工技术的现状和发 :2010—03—26
:刘华(1977一),男,博士在读,从事金属塑性成形工艺及 数值模拟研究
展前景,有助于及时研究,推广和应用高新技术,推 动塑性加工技术的持续发展.
2.1基于新能源的塑性成形新技术
激光,电磁场,超声波和微波等新能源的应用为 塑性加工提供了新的方法.
激光热应力成形利用激光扫描金属薄板时,在 热作用区域内产生强烈的温度梯度,引起超过材料 屈服极限的热应力,使板N-实现热塑性变形.激光冲 压成形是在激光冲击强化基础上发展起来一种全新 的板料成形技术,其基本原理是利用高功率密度,短 脉冲的强激光作用于覆盖在金属板料表面上的能量 转换体,使其汽化电离形成等离子体,产生向金属内 部传播的强冲击波.由于冲击波压力远远大于材料 的动态屈服强度,从而使材料产生屈服和冷塑性变
形_3l.
电磁成形工艺是利用金属材料在交变电磁场中 产生感生电流(涡流),而感生电流又受到电磁场的 作用力,在电磁力的作用下坯料发生高速运动而与 单面凹模贴模产生塑性变形.适用于薄板材的成形, 不同管材间的快速连接,管板连接等加工过程,是一 种高速成形工艺.
超声塑性成形是对变形体或工装模具施加高频 振动,坯料与工装模具之问的摩擦力可以显着降低, 结果引起坯料变形阻力和设备载荷显着降低,并且 还能大幅度提高产品的质量和材料成形极限,因.ttt;,
成为一些特殊新材料的最有效加工途径.管材,线材 和棒材的拉拔成形,板材拉深成形都可以采用超声 塑性成形技术『5l.'
有些金属在常温或低温下不易轧制结合,而采 用高温轧制坯料前处理复杂,成品率低,或金属间易 发生反应而形成脆性化合物等缺陷.若采用爆炸成 形复合后,再采用.g-规轧制法加工,则可解决上述问 题,称为爆炸焊接一轧制成形法【617】. 2.2基于新介质的塑性成形新技术
传统的塑性加工都是利用锤头,模具等刚性物 体对坯料施加外部载荷.而液体,气体等新介质在塑 性加工中的使用产生了新的成形技术. 液压成形技术通过液体压力的直接作用使材料 变形,分为板材液压成形技术,管件液压成形技术与 流体引伸技术.由于其成形的构件质量轻,质量好, 加上产品设计灵活,工艺过程简捷,同时又具有近净 成形与绿色制造等特点,因此,在汽车轻量化领域中 获得了广泛的应用罔.
气压成形技术主要有热态金属气压成形
(HMGF)和快速塑性成形(Qr'F)技术.HMGF主要是 针对管状结构件气压成形;而QPF是针对板料的高 温气压成形.新工艺主要通过热活41=J~形过程,改善 材料的成形性能和变形机制,并可获得优化的热处 理后力学性能l9l.
喷丸成形是利用高速弹丸撞击金属板料表面, 使受撞击表面及其下一层金属产生塑性变形,导致 面内产生残余应力,在此应力作用下,逐步使板料达 到要求外形的一种成形方法.目前,波音和空中客车 等飞机制造公司在其现代客机的生产中,都已采用 了该技术.其工艺方法有弯曲喷丸,延伸喷丸和预应 力喷丸三种.
2.3基于不同加载方式的塑性成形新技术 传统的塑性成形加载方式为采用模具对整个坯 料施加变形载荷,这样的加载方式对于厚大零件成 形较困难,而改变塑性加工的加载方式可得到新的 加工工艺.例如旋压,摆动辗压,辊锻,楔横轧等技术 都是典型的采用局部连续加载方式成形的.近些年. 新提出的无模多点成形和数控渐进成形,则更是将 这种加载方式的变革提高到了新的阶段Il1]. 无模多点成形借助于高度可调整的基本体群构 成离散的上,下工具表面,替代传统的上,下模具进 行板材的曲面成形.其实质就是将通常整体模具离 散化,并结合现代控制技术,实现板材三维曲面的无 模化生产与柔性制造.该技术也属连续局部塑性加 工,而且是近年来才开始研究的一个新的方向[12-13】. 数控渐进成形是将零件复杂的三维形状沿Z-轴 方向离散化,即分解成一系列二维断面层,并用工具
头在这些二维断面层上局部进行等高线塑性加工, 达到所要求的形状,实现了板料设计制造一体化的 柔性快速制造.
2.4基于提高材料塑性的塑性成形新技术 针对金属材料在常温下塑性较差,成形困难的 问题,出现了基于提高材N-塑性的新技术.金属等温 塑性成形方法是最具代表性的一种新技术,它是通 过模具和坯料在变形过程中保持同一温度来实现 的,从而避免了坯料在变形过程中温度降低和表面 激冷问题.目前,我国对金属等温塑性成形工艺的 研究也得到了迅速发展,并已进入实用化阶段.如铝 合金叶片,钛合金整体涡轮,薄壁铝合金,镁合金舵 翼等的等温模锻[]6-19】.
2.5基于复合方式的塑性成形新技术
在高新技术突飞猛进的今天,技术融合是塑性 加工技术进步的强大推动力.基于复合方式的塑性 成形新技术是技术融合的产物.
比如塑性加工技术与其他材料加工技术融合而 产生的新技术,比较有代表性的有连续挤压,连续铸 挤,连续铸轧等技术.目前取得广泛应用的Conform 连续挤压,巧妙地将在压力加工中通常做无用功的 摩擦力转化为变形的驱动力和使坯料升温的热源, J,A而连续挤出制品,因此,使其成为一种高效,节能 的加工新技术『铡.连续铸挤是在连续挤压技术的基 础上发展起来的,是将连续铸造与Conform连续挤 压结合成一体的新型连续成形方法『2lJ.连续铸轧直 接将金属熔体"轧制"成半成品带坯或成品带材的工 艺,其实质上是将薄锭坯铸造与热轧连续进行,连续 铸轧取得应用的有铝板连续铸轧,薄板坯液芯压下,
双辊薄带钢铸轧.
各种塑性加工技术的融合也产生了新的成形技 术.复合锻造是将不同种类的锻造技术(热,温,冷 锻)组合起来使用,合理利用金属在不同温度下的流 动和变形的特点,得到所需形状,尺寸和性能制品的 加工方法.如热锻一冷锻技术,温锻一冷锻技术,热 锻一温锻技术等.
随着模具向精密化和大型化等方向发展,超精
,激光等技术综 加工,微细加工和集电,化学,超声波
合在一起的复合加工将得到发展.比如近年来,精冲 技术与挤压,精锻,压形等其他立体成形工艺复合产 生的新技术,即精冲复合成形技术I.另外,激光,精 密加
技术
2.6
条件
标的
了多
气压
等12~-z7].
金属半固态加工SSM技术是20世纪7O年代 由美国麻省理工学院Flemimgs教授提出的新技术, 包括流变成形(Rheoforming),触变成形(Thixoform— ing)t2sl.金属半固态加工综合了液态凝固加工和固态 塑性加工的长处,具有节省材料,降低能耗,提高模 具寿命,改善制件性能等一系列优点,并可成形复合 材料的产品.因此,被誉为21世纪新兴金属塑性加 工的关键技术.
2.7基于特殊材料的塑性成形新技术
粉末冶金塑性成形新技术,具有少无切削,容易 实现多种材料的复合,可生产具有特殊结构和性能 的材料和制品,减少组织不均匀,可有效进行材料再 生和综合利用.目前,发展的粉末冶金塑性成形技术 有金属粉末锻造成形,金属粉末超塑性成形,粉末喷 射,喷涂成形,粉末轧制,粉末注射成形,温压成形, 粉末增塑挤压,热等静压,计算机辅助激光快速成形 技术等【.
复合材料塑性成形新技术因复合材料种类不同 其制备与加工方法各异.对于金属基复合材料,可以 直接利用塑性加工的方法进行成形,然后烧结固化, 或者采用铸造,粉末冶金等方法制坯,继而采用锻 造,轧制,挤压等方法进行二次加工;轧制复合可生 产双金属复合板,减震钢板,铝塑复合板;挤压复合 可生产双金属管挤压,包覆材料挤压,其他层状复合 材料挤压;拉拔复合法可应用在生产拉拔复合管材, 包覆材的拉拔加工【38】.
3发展趋势
从上述对金属塑性成形技术的分析可将其总体 发展趋势总结概括为以下几点:
(1)过程综合
过程综合主要包括两个方面的含义:其一是指 材料设计,制备,成形与加工的一体化,各个环节的 关联越来越紧密;其二是指多个过程(如凝固与成 形)的综合化.多种工艺技术的综合常可导致新的 制造原理或制造技术的突破,如精冲复合成形技术, 发展的方向将更加突出"精,省,净"的需求.如激光 成形,电磁成形,超声塑性成形,爆炸成形,液压成 形,气压成形,数控渐进成形等.
(3)学科综合
,
学科综合则体现为传统三级学科(铸造,塑性加 工,热处理和焊接)之间的综合,与材料物理与化学, 材料学等学科的综合,与计算机科学,信息T程,环 境工程等材料科学与工程学科以外的其他学科的综 合.各学科间的界限越来越不明显,学科渗透与相互 依赖性越来越强.如金属半固态加工,连续铸挤,连 续铸轧,粉末冶金塑性成形新技术,爆炸焊接或扩散 焊接后进行塑性加工,复合材料塑性成形新技术, 等.
4结束语
21世纪,中国的汽车工业,机械装备工业,航 空,航天工业等支柱产业将有大的发展.材料科学, 计算机技术,信息控制技术等的快速发展,将为塑性 成形技术提供更多更新的发展基础.当前工业部门 的广泛需求,为塑性成形新工艺新设备的发展提供 了强大的原动力和空前的机遇.因此,塑性加工技术 的发展需要加快从经验向科学化转化的进程,做到 更精,更省,更净.中国的塑性加工领域,将在科技, 工业,经济发展全球化,信息化,网络化的大趋势下, 加强力量的联合,加强技术的综合与集成,提高塑性 加工技术队伍和工业界的整体素质和综合水平,加 强自主创新能力,努力使中国的塑性加工业早日进 入世界制造强国之林.
【参考文献】
【l1王玉.塑性加工技术前沿综述[J】.塑性工程,2003,(6):4—7.
【2】李德群.塑性加工技术发展状况及趋势[J】.航空制造技术,2000,
(3):21—22.
[3]3张莹,周建忠,吉维民,等.金属板料的几种无模成形技术的研 究现状【J】.中国制造业信息化,2003,(2):78—80. [4】4李春峰,于海平,赵志衡.塑性加工新技术——电磁成型啊.机械 工程师,2004,(2):7—11.
【5】张士宏,金属材料的超声塑性加工[J】.金属成形工艺,1994,(3):
7—11.
[6】郑哲敏,等.爆炸加工【M].北京:国防工业出版社,1981. 【7]陈勇富,陈岗,熊少非.铜一锅爆炸焊接一轧制复合板及其应用 [J].轻合金加工技术,1996,(11):37-40. [8】周贤宾,严致和.中国冲压成形行业的发展[J].锻压装备与制造技 术,2005,40(1):14—2O.
[9】袁清华,黄重国,吴听.轻质高强度汽车结构件热态金属气压成 形工艺【J】_新技术新工艺,2007,(8):6—7.
【1O】康小明,马泽恩,何涛,等.机翼整体壁板喷丸成形CAD/CAM /CAE系统【J】.航空制造工程,1998,(6):35—36.
宋玉泉.连续局部塑性成形的发展前景[J】.中国机械工程,2000, (zt):74—76.
李明哲,刘纯国,陈庆敏.大型三维板类件无模多点成形的研究 删.电加工与模具,2000,(2):42—44.
付文智,李明哲,李东平,陈雪.多点成形压力机及成形工艺 的最新进展『J].机械科学与技术,2004,(12):115—118. 周六如.金属板料数控渐进成形机理及工艺的研究[D].博士学 位论文,2004.
谢建新.材料加工新技术与新工艺【M】.北京:冶金工业出版社. 20o6.
胡亚民,夏华,孙智富.合金的塑性加工技术【JJ.锻压装备与制 造技术.2004,39(5):65—70.
姜海峰,陆政,杨洪涛,等.超高强铝合金等温模锻工艺『J】.航 空制造技术,2002,(1):5l一53.
张李骊.钛合金盘件等温成形工艺优化与过程控制[D].西北工 业大学出版社,2004.
周建华,庞克昌,王晓英.航天用钛合金等温锻件的研制[J1.上海 航天,2003,(6):56—60.
彭颖红,阮雪榆,左铁镛.CONFORM连续挤压变形过程的实验 研究与数值模拟[JJ.上海交通大学,1994,(6):45—51. 严量力.有色金属加工[M],1991,(3):29—34.
刘辉.连铸连轧法取代传统上引法生产高速电气化铁路用铜 银合金接触线的研究[D].昆明理工大学出版社,2005. 蒋鹏,卢晴.使用复合锻造技术实现精密塑性成形[J].机械 工人(热加工),2002,(3):6l一62.
洪慎章,曾振鹏.超塑性模锻工艺的应用及发展【J]_锻压技术, 2000,(1):4J4—46.
张丽华.金属的超塑性在生产中的应用[J].机械管理开发,2003, (2):66—67.
熊爱明,张志清,李淼泉.TC6钛合金的超塑性变形研究航空 ,2003,(5):94—97.
施连杰,刘延山,许晓静.钢的超塑性与超塑性成形IJJ新技术新 工艺,2003,(5):25—28.
SpencerDB,MehrabianR,FlamingsMC.Rheologicalbehaviourof
Sn一15%Pbinthecrystallizationrange.MetTrans,1972,(3):
1925—1932.
李明茂,杨斌,王智祥.金属半固态加工技术【J】_轻金属,2004, (11):43—46.
海锦涛.塑性成形技术的新思路fJ1.中国机械工程,2000,(Z1): 189-191.
康福伟,孙剑飞,沈军,李庆春.喷射成形工艺的发展及应用 [J1.稀有金属,2004,(2):I14-119. 员文杰,沈强,张联盟.粉末轧制法制备Fe一6.5%Si硅钢片的
研究【JJ.粉末冶金技术.2007,(1):33—35.
戴亚春,王匀,董芳,马欣涛,胡增荣.用超细粉末注射成型
金属微细结构的方法『JJ.模具工业,2006,(2):53-57.
周继承,黄伯云.增塑粉末挤压成形新技术【JJ.中国有色金属学
报,2002,(1):6—18.
韩凤麟.热等静压(HIP)工艺模型化进展叫.粉末冶金工业,
2005,(1):14—27.
欧阳鸿武,余文焘,唐勇,陈欣.特种粉末选择性激光烧结
10. 快速成形技术IJJ.粉末冶金材料科学与工程,2007,(1):4—
吴伟辉,杨永强.选区激光熔化快速成形系统的关键技术『J】.机
械工程,2007,(8):179—184.
孙友松,刘艳.材料加工技术创新与汽车轻量化[Jj.锻压技术.
2007.(5):7—13.
NewTechnologyandDevelopingTrendofModernPlasticFormingforMetal LIUHHa,YANJie,LIUBin
(ResearchCenterofMould&DieTechnology,HuaqiaoUniversity,Xiamen362021,Fu
jianChina)
Abstract:Variousnewtechniquesofmetalplasticformingprocesshavebeenmainlyanalyze
dandclassifiedin
thetext.Meanwhile,thedevelopingtrendhasbeensummarized.Alloftheseprovidereferenc
eforresearch,
application,andimprovementofthenewplasticprocessingtechnology. Keywords:Newtechnology;Plasticforming;Development;Overview ''++++"++.++"+
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范文二:金属塑性加工新技术与发展趋势
模具工业2010年第36卷第9期 5
金属塑性加工新技术与发展趋势 刘华,江开勇,刘斌
(华侨大学模具技术中心,福建厦门362021)
摘要:分析了当前金属塑性加工的各种新技术,并对其进行了归类和分析,预测了金属塑性加工技术的 发展趋势,对了解当前塑性加工新技术及研究、推广和应用高新技术,推动塑性加工技术的持续发展有 一定的指导意义。
关键词:塑性加工:新技术;发展趋势
中图分类号:TGNll 文献标识码:A 文章编号:1001—2168(2010)09—0005—05
New metal working technology and iIs development trend
uU Hua,JIANG Kai-yong,删BiIl
(1he Research Center of MDuld Technology,Huaqiao吼versity,Ⅺamen,Fujian 3锄21,China) Abstract:Various new techniques for existing metal working were analyzed and classified;and the
development trend was predicted.which will help to improve the research and application of the technology.
Key words:plastic processing;new technology;development trend
1引言
塑性加工技术是指包括锻造、冲压、挤压、轧制 及其他以材料发生永久变形为特点的材料加工技 术。塑性加工过程是在一定外力(载荷)和边界条件 诸如加载方式、加载速度、约束条件、几何形状、接 触摩擦条件、温度场等作用下对材料进行“力”处理 和“热处理”的过程,从而使材料发生所希望的几何
收稿日期:2()10—04—16。
基金项目:福建省科技计划重点项目(200蹦0085)。
作者简介:刘华(19r77一),男.河南许昌人,讲师.主要从事金 属塑性成形工艺及数值模拟方向的研究,地址:福建厦门市集美 大道668号华侨大学机电学院,(电话)18965169233,(电子信箱) liuhm@hqu.edu.a1。 形状的变化(成形)与组织性能的变化。现代塑性加 工业是制造业的一个重要组成部分。随着国民经济 的健康持续发展,塑性加工技术迎来了空前的发展 机遇,同时也面临诸多挑战【llo
塑性加工具有高产、优质、低耗等特点,已成为 当今先进制造技术的重要发展方向。根据专家预 测,21世纪,产品零件粗加工的75%和精加工的 50%将采用塑性加工的方式实现。工业部门的广泛 需求为塑性加工新工艺和新设备的发展提供了强大 的原动力和空前的机遇121。
2塑性加工新技术
目前科学技术面临着巨大的变革。通过与计算
【9】GRⅢG(承E9a,A E.10rill lines and spaces written in H9Q,using ek℃tron beam liflrgmphy[J】.^伍croelecnc畦c Engineering。2007.84(5—8):822—824.
【10】王海容,蒋庄德,刘俊明,等.MMI微压印模板的设计 与研究[J】.压电与声光,2008,30(1):36~38.
【11】悯ⅡS.Litlrgraphy approach h 100rln fabrication
by focused ion beam[J】.Vac.Sci.Techn01.,1986,134:845. 【12]RA^舱ⅢA№)R州S.Depositim and patterning of dia mondlike ca出xl as anti、^】e;ar rmoknprint templates[J】. vac.Sci.Techr01..2()06,B24(6):2993.
[131(HX r S Y,KRAI磷P R,R日嗵汀砥M P J.Nanoimprint
litfiogaphy[J】.V犯.Sci.Techn01.,1996,B14(6):4129. 【141S(,衄H C.Pmblerm of the mnoimprinting technique for n缸m婀scale pattern definition[J】.Vac.Sci.Techn01., 1998.B16(6):3917.
【15]殂舱G w,啾l y S Y.I恤ltilevel imprinting lid'x:gmphy 诚th suh'nicam alj蜘n脚over 4in siWafers[J】.Appl.n帕 Lett..2001。79(6):8‘45.
【16]m琳H.Current starts of m粼nanoknprint solutions [J】.g,匹,2004,5374:213—221.
[17】崔铮.微纳米加工技术及其应用[M】.北京:高等教 育出版社,2009.
万方数据
6模具工业2010年第36卷第9期
机的紧密结合,数控加工、激光成型、人工智能、材 料科学和集成制造等一系列与塑性加工相关联的 技术发展速度之快,学科领域交叉之广是过去任何 时代所无法比拟的。塑性加工新工艺和新设备如雨 后春笋般地涌现,把握塑性加工技术的现状和发展 前景,有助于及时研究、推广和应用高新技术,推动 塑性加工技术的持续发展。
2.1基于新能源的塑性成形新技术
激光、电磁场、超声波和微波等新能源的应用 为塑性加工提供了新的方法。
激光热应力成形是利用激光扫描金属薄板。在 热作用区域内产生强烈的温度梯度,引起超过材料 屈服极限的热应力,使板料实现热塑性变形。激光 冲压成形是在激光冲击强化基础上发展起来一种 全新的板料成形技术,其基本原理是利用高功率密 度、短脉冲的强激光作用于覆盖在金属板料表面上 的能量转换体,使其汽化电离形成等离子体,产生 向金属内部传播的强冲击波。由于冲击波压力远远 大于材料的动态屈服强度,从而使材料产生屈服和 冷塑性变形口】o
电磁成形工艺是利用金属材料在交变电磁场 中产生感生电流(涡流),而感生电流又受到电磁场 的作用力,在电磁力的作用下坯料发生高速运动而 与单面凹模贴模产生塑性变形。电磁成形适用于薄 壁板料的成形、不同管材间的快速连接、管板连接 等加工过程,是一种高速成形工艺降】o
超声塑性成形是对变形体或工装模具旋加高 频振动,坯料与工装模具之间的摩擦力可以显著降 低,引起坯料变形阻力和设备载荷显著降低,并且 还能大幅度提高产品的质量和材料成形极限,因此 成为一些特殊新材料的最有效加工途径。管材、线 材和棒材的拉拔成形、板料拉深成形都可以采用超 声塑性成形技术加工【s】o
有些金属在常温或低温下不易轧制成形,而采 用高温轧制则存在坯料前处理工艺复杂、成品率 低,或金属间易发生反应而形成脆性化合物等缺 陷。若采用爆炸成形复合后再用常规轧制法加工则 可解决上述问题,称为爆炸焊接一轧制成形法【6’7】o
2.2基于新介质的塑性成形新技术
传统的翅性加工都是利用锤头、模具等刚性物 体对坯料施加外部载荷,而液体、气体、黏性物质等 新介质在塑性加工中的使用产生了新的成形技术。 液压成形技术通过液体压力的直接作用使材料 变形,分为板料液压成形技术、管件液压成形技术与 流体引伸技术。由于其成形的构件重量轻、质量好, 加上产品设计灵活,工艺过程简捷,同时又具有近净 成形与绿色制造等特点,在汽车轻量化领域中获得 了广泛的应用隅】o
气压成形技术主要有热态金属气压成形 (}№F)和快速塑性成形(q下)技术。I--IVF,F主要是 针对管状结构件气压成形,而a下是针对板料的高 温气压成形。新工艺主要通过热活化成形过程。改 善材料的成形性能和变形机制,并可获得优化的热 处理后力学性能睁】o
黏性介质压力成形是近年来新出现的一种金属 成形工艺。利用黏性介质不能向各个方向传递均匀 压力这个特点实现不均匀的压力加载。从而实现坯 料各处分阶段、分部位变形,显著提高坯料的成形极 限,对于某些难成形材料如脆性铝合金可以得到表 面质量优良的高变形量板料零件。
喷丸成形是利用高速弹丸撞击金属板料表面, 使受撞击表面及其下一层金属产生塑性变形,导致 表面内产生残留应力,在此应力作用下逐步使板料 达到要求外形的一种成形方法。目前波音和空中客 车等飞机制造公司在其现代客机的生产中都已采用 了该技术。其工艺方法有弯曲喷丸、延伸喷丸和预 应力喷丸3种n0】o
2.3基于不同加载方式的塑性成形新技术
传统的塑性成形加载方式为采用模具对整个坯 料施加变形载荷,这样的加载方式成形零件时会遇 到设备吨位大、生产效率低、能源利用率低等问题, 而改变塑性加工的加载方式可得到新的加工工艺。 例如旋压、摆动辗压、辊锻、楔横轧等技术都是典型 的采用局部连续加载方式成形的。近些年新提出的 无模多点成形和数控渐进成形则更是将这种加载方 式的变革带到了新的阶段【11】o
无模多点成形借助于高度可调整的基本体群构 成离散的上、下工具表面,替代传统的上、下模具进 行板料的曲面成形。其实质就是将通常整体凸模离 散化,并结合现代控制技术,实现板料三维曲面的 无模化生产与柔性制造。该技术也属连续局部塑性 加工范畴,而且是近年来才开始研究的一个新的方 向[12tD]o
万方数据
模具工业2010年第36卷第9期 7
数控渐进成形是将零件复杂的三维形状沿Z 轴方向离散化,即分解成一系列二维断面层,并用 工具头在这些二维断面层上局部进行等高线塑性 加工,达到所要求的形状,实现板料设计制造一体 化的柔性快速制造u4】o
2.4基于提高材料塑性的塑性成形新技术
针对金属材料在常温下塑性较差、成形困难的 问题,出现了基于提高材料塑性的新技术。金属等 温塑性成形方法是最具代表性的一种新技术,它是 通过模具和坯料在变形过程中保持同一温度来实 现的,避免了坯料在变形过程中温度降低和表面激 冷问题f15Jo目前,我国对金属等温坦性成形工艺的 研究也得到了迅速发展,并已进入实用化阶段。如 铝合金叶片、钛合金整体涡轮、薄壁铝合金、镁合金 舵翼等的等温模锻[16~19lo
除此之外,还可以通过改变材料所受应力状态 提高金属塑性。径向锻造是在坯料周围对称分布多 个锤头,对锻坯沿轴向进行多频率同步锻打。这种 加载方式,使被锻坯料截面处于三向压应力状态, 从而提高金属的塑性。
2.5基于复合方式的塑性成形新技术
在高新技术突飞猛进的今天,技术融合是塑性 加工技术进步的强大推动力。基于复合方式的塑性 成形新技术是技术融合的产物。
塑性加工技术与其他材料加工技术融合而产 生的新技术比较有代表性的有连续挤压、连续铸 挤、连续铸轧等技术。目前取得广泛应用的CA3nfOnTI 连续挤压工艺,它巧妙地将在压力加工中通常做无 用功的摩擦力转化为变形的驱动力和使坯料升温 的热源,从而连续挤出制品。该工艺已成为一种高 效、节能的加工新技术啪】o连续铸挤是在连续挤压 技术基础上发展起来的,是将连续铸造与CcKlfolln 连续挤压结合成一体的新型连续成形方法m lo连续 铸轧工艺是直接将金属熔体“轧制”成半成品带坯 或成品带材的工艺,其实质是将薄锭坯铸造与热轧 连续进行,连续铸轧工艺取得应用的有铝板连续铸 轧、薄板坯液芯压下、双辊薄带钢铸轧[22Jo
各种塑性加工技术的融合也产生了新的成形 技术。复合锻造是将不同种类的锻造技术(热、温、 冷锻)组合起来使用,合理利用金属在不同温度下 的流动和变形特点,得到所需形状、尺寸和性能制 件的加工方法,如热锻—冷锻技术、温锻一冷锻技 术、热锻一温锻技术等∞】o此外,还有在板料冲压和 冷锻基础上开发出来的冲压冷锻技术。
随着模具向精密化和大型化方向发展,超精加 工、微细加工和集电、化学、超声波、激光等技术综合 在一起的复合加工将得到发展。如近年来精冲技术 与挤压、精锻、压形等其他立体成形工艺复合产生的 新技术,即精冲复合成形技术[25】o另外激光、精密加 工技术等在微塑性加工中的应用也产生了新的技 术。除了上述复合加工方法外,现在还有一种新的 复合施力成形法,该方法成形时作用在工件上的是 2个或多个力。
2.6基于金属超塑性的成形新技术
金属的“超靼性”是指材料在特定的内在与外在 条件下显示出的异常高的翅性,即超出一般塑性指 标的金属特性。随着人们对金属超塑性的深入了 解,先后形成了多种新的工艺,如深拉深成形法、真 空成形法、气压成形法、软压成形加工法、无模拉拔、 超塑性模锻等[26,2v 1。
金属半固态加工(SSM)技术是20世纪70年代 美国麻省理工学院Flmm-gs教授提出的新技术,包 括流变成形(rh“ommg)、触变成形(d】im妇ming)嘟】o 金属半固态加工综合了液态凝固加工和固态塑性加 工的长处,具有节省材料、降低能耗、提高模具寿命、 改善制件性能等一系列优点,并可成形复合材料的 产品。因此。被誉为21世纪新兴金属塑性加工的关 键技术∞】o
2.7基于特殊材料的塑性成形新技术
粉末冶金塑性成形新技术具有少无切削、容易 实现多种材料的复合、可生产具有特殊结构和性能 的材料和制件,可减少组织不均匀、有效进行材料再 生和综合利用等特点。目前粉末冶金塑性成形技术 有金属粉末锻造成形、金属粉末超塑性成形、粉末喷 射、喷涂成形、粉末轧制、粉末注射成型、温压成形、 粉末增塑挤压、热等静压、计算机辅助激光快速成形 等啪qlo
复合材料塑性成形新技术因复合材料种类不 同,其制备与加工方法各异。对于金属基复合材料, 可以直接利用塑性加工的方法进行成形,然后烧结 固化,或者采用铸造、粉末冶金等方法制坯,继而采 用锻造、轧制、挤压等方法进行二次加工。轧制复合
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加工可生产双金属复合板、减震钢板、铝塑复合 板。挤压复合加工可进行双金属管挤压、包覆材料 挤压、其他层状复合材料挤压加工。拉拔复合加工 法可应用在生产拉拔复合管材、包覆材的拉拔加工 中∞】o
3金属塑性加工技术的发展趋势
从以上对金属塑性加工技术的分析可以看出, 塑性加工技术的发展趋势为:
(1)过程综合。过程综合主要包括2个方面的含 义,其一是指材料设计、制备、成形与加工的一体 化,各个环节的关联越来越紧密;其二是指多个过 程(如凝固与成形)的综合化。多种工艺技术的综 合常可导致新的制造原理或制造技术的突破,如精 冲复合成形技术、半固态加工技术和连续铸轧技术 等。
(2)技术综合。技术综合是指塑性成形技术越 来越发展成为一门多种技术相结合的应用技术科 学。21世纪的塑性成形技术将以新材料、新能源、新 介质以及计算机、信息、电子、控制技术等为依托, 尤其体现为制备、成形、加工技术与计算机技术和 信息技术的综合以及与各种先进控制技术的综合, 以更快的速度持续发展,发展的方向将更加突出 “精、省、净”的需求。如激光成形、电磁成形、超声塑 性成形、爆炸成形、液压成形、气压成形、数控渐进 成形等充分体现了其他技术与塑性成形技术综合 的这一特点。
(3)学科综合。学科综合不仅体现为传统三级 学科(铸造、塑性加工、热处理和连接)之间的综合, 还体现在与材料物理与化学、材料学等学科的综合 以及与计算机科学、信息工程、环境工程等材料科 学与工程学科以外的其他学科的综合。各学科之间 的界限越来越不明显,学科渗透与相互依赖性越来 越强。如金属半固态加工、连续铸挤、连续铸轧、粉 末冶金塑性成形新技术、爆炸焊接或扩散焊接后进 行塑性加工、复合材料塑性成形新技术等都体现了 学科综合的特点。
4结束语
21世纪我国的汽车工业、机械装备工业、航空、 航天工业等支柱产业将有大的发展。材料科学、计 算机技术、信息控制技术等的快速发展,将为翅性 成形技术提供更多更新的发展基础。当前工业部门 的广泛需求为塑性成形新工艺新设备的发展提供了 强大的原动力和空前的机遇。因此,塑性加工技术 的发展需要加快从经验向科学化转化的进程,做到 更精、更省、更净。我国的塑性加工领域,将在科技、 工业、经济发展全球化、信息化、网络化的大趋势下, 加强各方力量的联合,加强技术的综合与集成,提高 塑性加工技术队伍和工业界的整体素质和综合水 平,加强自主创新能力,努力使我国的塑性加工业早 日进入世界制造强国之林。
参考文献:
【1】王玉.塑性加工技术前沿综述【J】.塑性工程学报, 2003(6):4—7.
【2】李德群.塑性加工技术发展状况及趋势….航空制造 技术,2000(3):21—22.
[3】张莹,周建忠,吉维民,等.金属板料的几种无模成形 技术的研究现状【J】.中国制造业信息化,2003(2): 78—80.
【4】李春峰,于海平,赵志衡.塑性加工新技术——电磁成 型[J】.机械工程师,20()4(2):7—11.
【5】张士宏.金属材料的超声塑性加工….金属成形工 艺,1994(3):7—11.
[6】郑哲敏.爆炸由II[M】.北京:国防工业出版社,1981. [7】陈勇富,陈岗,熊少非.铜一锅爆炸焊接一轧制复合 板及其应用【J】.轻合金加工技术,1996(11):37—40. [8】周贤宾,严致和.中国冲压成形行业的发展[J1.锻压装 备与制造技术,2005(1):14-20.
[9】袁清华,黄重国,吴听.轻质高强度汽车结构件热态 金属气压成形工艺【J】.新技术新工艺,2007(8):6-7. [10]康小明,马泽恩,何涛,等.机翼整体壁板喷丸成形 CAD/CAM/CAE系统【J】.航空制造工程,1998(6):35— 36.
[11]宋玉泉.连续局部塑性成形的发展前景….中国机械 工程,2000。(增刊1):74—76.
【12]李明哲,刘纯国,陈庆敏.大型三维板类件无模多点成 形的研究[J】.电加工与模具,2000(2):42—44.
【13】付文智,李明哲,李东平,等.多点成形压力机及成形 工艺的最新进展【J】.机械科学与技术,2004(12): 115—118.
【14】周六如.金属板料数控渐进成形机理及工艺的研究 [D】.武汉:华中科技大学,2004.
[15】谢建新.材料加工新技术与新工艺[M】.北京:冶金工 业出版社,2006.
万方数据
模具工业2010年第36卷第9期 9
【161胡亚民,夏华,孙智富.合金的塑性加工技术[J】.锻 压装备与制造技术,2004(5):65~70.
[17】姜海峰,陆政,杨洪涛,等.超高强铝合金等温模锻 工艺【J】.航空制造技术,2002(1):51—53.
【18】张李骊.钛合金盘件等温成形工艺优化与过程控制 【D】.西安:西北工业大学,2004.
[19】周建华,庞克昌,王晓英.航天用钛合金等温锻件的研 制[J】.上海航天,2003(6):56—60.
[20]彭颖红,阮雪榆,左铁镛.0[]卜H鄹4连续挤压变形过 程的实验研究与数值模拟[J】.上海交通大学学报, 1994(6):45—51.
【211严量力.Ca鼬ex技术【J】.有色金属加工,1991(3):29— 34.
[22】刘辉.连铸连轧法取代传统上引法生产高速电气化 铁路用铜银合金接触线的研究[D】.昆明:昆明理工大 学.2005.
【23】蒋鹏,卢晴.使用复合锻造技术实现精密塑性成 形【J】.机械工人,20()2(3):6l一62.
[24】洪慎章。曾振鹏.超塑性模锻工艺的应用及发展[J】. 锻压技术,2000(1):44—46.
[25]张丽华.金属的超塑性在生产中的应用[J】.机械管 理开发,2003(2):66—67.
[26]熊爱明,张志清,李淼泉.
[27】施连杰,刘延山,许晓静.钢的超塑性与超塑性成形
….新技术新工艺,2003(5):25—28.
【28】g砌i D B,M哪iABIAN R,FI AMⅡ屺S M C.Rheo-
lagical behaviour of Sn-15%Pb in the crystallizatim range[J】.Mh Trar坞,1972(3):1925—1932.
[29】李明茂,杨斌,王智祥.金属半固态加工技术【J】.轻 金属,2x『)04(11):43—46.
【30]海锦涛.塑性成形技术的新思路[J】.中国机械工程, 2000(1):189—191.
[311康福伟,孙剑飞,沈军,等.喷射成形工艺的发展及 应用[J】.稀有金属.2004(2):114—119.
[32】员文杰,沈强,张联盟.粉末轧制法制备Fe-6.5% Si硅钢片的研究【J】.粉末冶金技术,2007(1):33—35. 【33】戴亚春,王匀,董芳,等.用超细粉末注射成型金 属微细结构的方法….模具工业,2006,32(2):53—57. 【34]周继承,黄伯云.增塑粉末挤压成形新技术[J】.中国 有色金属学报,2002(1):6—18.
【35】韩凤麟.热等静压(HP)工艺模型化进展【J】.粉末冶 金工业,2005(1):14—27.
[36]欧阳鸿武,余文焘,唐勇,等.特种粉末选择性激光 烧结快速成形技术….粉末冶金材料科学与工程, 20107(1):4—10.
【371吴伟辉,杨永强.选区激光熔化快速成形系统的关键 技术[J】.机械工程学报,2007(8):179—184.
[38】孙友松,刘艳.材料加工技术创新与汽车轻量化…. 锻压技术,2007(5):7—13.
专利名称:模具温度控制装鼍及其使用方法专利申请号:CN200810303764.2
公开号:刚101650573申请日:2008—08—14公开日:2010—02—17
申请人:鸿富锦精密工业(深圳)有限公司;鸿海精密工业股份有限公司
本发明提供一种模具温度控制装置,其用于控制型芯的温度。该模具温度控制装置包括一模块, 该模块具有一用于收容该型芯的空间,该收容窄间的周围设有竹个通孔,以为大于等于1的整数,该竹 个通孔用于运输液体从而使该竹个通孑L附近的温度改变,每一通孔具有第一端口和第二端口,该第一 端口和该第二端口用于外接管道。本发明还提供一种使用该模具温度控制装置的方法。
专利名称:一种自动绘制冲压模具修边线的方法专利申请号:(2q200910145035.3
公开号:CNlol655884申请日:2009—09—21公开日:2010—02—24
申请人:奇瑞汽车股份有限公司
本发明涉及一种CA'HA环境下自动绘制冲压模具修边线的方法,运用自动化对象编程(V5Au-tcmation)进行开发,通过函数调用和用户交互操作来实现修边线的自动绘制功能,使用时只需以调用 CATIA宏命令的方式来实现。本发明的优点是:完全在CATIA环境下操作,操作流程简单易懂,通过代 码对绘制修边线所需的辅助元素做了合理的归类,在很短的时间内就能绘制出精确的修边线,大大提 高了工作效率。
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范文三:金属塑性加工新技术与发展趋势_刘华
金 属 塑 性 加 工 新 技 术 与 发 展 趋 势 刘 华 , 江开勇 , 刘 斌
(华侨大学 模具技术中心 , 福建 厦门 362021)
摘要 :分析了当前金属塑性加工的各种新技术 , 并对其进行了归类和分析 , 预测了金属塑性加工技术的 发展趋势 , 对了解当前塑性加工新技术及研究 、 推广和应用高新技术 , 推动塑性加工技术的持续发展有 一定的指导意义 。
关键词 :塑性加工 ; 新技术 ; 发展趋势
中图分类号 :TG301文献标识码 :A 文章编号 :1001-2168(2010) 09-0005-05
New metal workin g technolo gy and its develo p ment trend LI U Hua, JIA NG Kai _y on g , LIU Bin
(The Research Center of Mould Technology, Huaqiao University, Xiamen, Fujian 362021, China) Abstract :Various new techni q ues fo r existin g metal workin g were anal y zed and classified; and the develo p ment trend was p redicted, which will h el p to im p ro ve the research and a pp lication of the technology.
Key wor ds :p lastic processin g; new techno logy; d evelopment trend
1引 言
塑性加工技术是指包括锻造、 冲压、 挤压、 轧制 及其他以材料发生永久变形为特点的材料加工技 术。塑性加工过程是在一定外力 (载荷 ) 和边界条件 诸如加载方式、 加载速度、 约束条件、 几何形状、 接 触摩擦条件、 温度场等作用下对材料进行 力 处理 和 热处理 的过程 , 从而使材料发生所希望的几何 形状的变化 (成形 ) 与组织性能的变化。现代塑性加 工业是制造业的一个重要组成部分。随着国民经济 的健康持续发展 , 塑性加工技术迎来了空前的发展 机遇 , 同时也面临诸多挑战 [1]。
塑性加工具有高产、 优质、 低耗等特点 , 已成为 当今先进制造技术的重要发展方向。根据专家预 测 , 21世纪 , 产品零件粗加工的 75%和精加工的 50%将采用塑性加工的方式实现。工业部门的广泛 需求为塑性加工新工艺和新设备的发展提供了强大 的原动力和空前的机遇 [2]。
2塑性加工新技术
目前科学技术面临着巨大的变革。通过与计算
收稿日期 :2010-04-16。
基金项目 :福建省科技计划重点项目 (2008H0085) 。
作者简介 :刘 华 (1977-) , 男 , 河南许昌人 , 讲师 , 主要从事金 属塑性成形工艺及数值模拟方向的研究 , 地址 :福建厦门市集美 大道 668号华侨大学机电学院 , (电话 ) 18965169233, (电子信箱 ) liuhua@hq u. edu. cn 。
[9]GRIGOR ESCU A E. 10nm lines and s p aces written in HSQ, using electron beam lithography[J]. Microelectronic Engineering, 2007, 84(5-8) :822-824.
[10]王海容 , 蒋庄德 , 刘俊明 , 等 . MMI 微压印模板的设计 与研究 [J]. 压电与声光 , 2008, 30(1) :36-38.
[11]MAT SUI S. Lithography approach for 100nm fabrication b y focused ion beam[J].V ac. Sci. T echnol. , 1986, B4:845. [12]RAM ACHANDR AN S. De p osition and p atternin g of dia mondlike carbon as antiwear nanoimprint templates[J]. Vac. Sci. Technol. , 2006, B24(6) :2993.
[13]CHO U S Y, KR AUSS P R , RENSTR OM P J. Nanoim p rint
litho g ra p h y [J].Vac. Sci. Technol., 1996, B14(6) :4129. [14]SCHEER H C. Problems of the nanoimprinting technique for nanometer scale pattern definition[J].Vac. Sci. Technol., 1998, B16(6) :3917.
[15]Z HANG W , CHOU S Y. Multilevel im p rintin g litho g ra p h y with submicron alignment over 4in siwafers[J].Appl. Phys. Lett., 2001, 79(6) :845.
[16]T AN H. Current status of nanonex nanoim p rint solutions [J].SPIE, 2004, 5374:213-221.
[17]崔 铮 . 微纳米加工技术及其应用 [M]. 北京 :高等教 育出版社 , 2009.
机的紧密结合 , 数控加工、 激光成型、 人工智能、 材 料科学和集成制造等一系列与塑性加工相关联的 技术发展速度之快 , 学科领域交叉之广是过去任何 时代所无法比拟的。 塑性加工新工艺和新设备如雨 后春笋般地涌现 , 把握塑性加工技术的现状和发展 前景 , 有助于及时研究、 推广和应用高新技术 , 推动 塑性加工技术的持续发展。
2. 1基于新能源的塑性成形新技术
激光、电磁场、超声波和微波等新能源的应用 为塑性加工提供了新的方法。
激光热应力成形是利用激光扫描金属薄板 , 在 热作用区域内产生强烈的温度梯度 , 引起超过材料 屈服极限的热应力 , 使板料实现热塑性变形。激光 冲压成形是在激光冲击强化基础上发展起来一种 全新的板料成形技术 , 其基本原理是利用高功率密 度、短脉冲的强激光作用于覆盖在金属板料表面上 的能量转换体 , 使其汽化电离形成等离子体 , 产生 向金属内部传播的强冲击波。 由于冲击波压力远远 大于材料的动态屈服强度 , 从而使材料产生屈服和 冷塑性变形 [3]。
电磁成形工艺是利用金属材料在交变电磁场 中产生感生电流 (涡流 ) , 而感生电流又受到电磁场 的作用力 , 在电磁力的作用下坯料发生高速运动而 与单面凹模贴模产生塑性变形。 电磁成形适用于薄 壁板料的成形、不同管材间的快速连接、管板连接 等加工过程 , 是一种高速成形工艺 [4]。
超声塑性成形是对变形体或工装模具施加高 频振动 , 坯料与工装模具之间的摩擦力可以显著降 低 , 引起坯料变形阻力和设备载荷显著降低 , 并且 还能大幅度提高产品的质量和材料成形极限 , 因此 成为一些特殊新材料的最有效加工途径。管材、线 材和棒材的拉拔成形、 板料拉深成形都可以采用超 声塑性成形技术加工 [5]。
有些金属在常温或低温下不易轧制成形 , 而采 用高温轧制则存在坯料前处理工艺复杂、成品率 低 , 或金属间易发生反应而形成脆性化合物等缺 陷。若采用爆炸成形复合后再用常规轧制法加工则 可解决上述问题 , 称为爆炸焊接 轧制成形法 [6,7]。
2. 2基于新介质的塑性成形新技术
传统的塑性加工都是利用锤头、 模具等刚性物 体对坯料施加外部载荷 , 而液体、 气体、 黏性物质等 新介质在塑性加工中的使用产生了新的成形技术。 液压成形技术通过液体压力的直接作用使材料 变形 , 分为板料液压成形技术、 管件液压成形技术与 流体引伸技术。由于其成形的构件重量轻、 质量好 , 加上产品设计灵活 , 工艺过程简捷 , 同时又具有近净 成形与绿色制造等特点 , 在汽车轻量化领域中获得 了广泛的应用 [8]。
气 压 成 形 技 术 主 要 有 热 态 金 属 气 压 成 形 (HMGF) 和快速塑性成形 (QPF) 技术。 HMGF 主要是 针对管状结构件气压成形 , 而 QPF 是针对板料的高 温气压成形。新工艺主要通过热活化成形过程 , 改 善材料的成形性能和变形机制 , 并可获得优化的热 处理后力学性能 [9]。
黏性介质压力成形是近年来新出现的一种金属 成形工艺。利用黏性介质不能向各个方向传递均匀 压力这个特点实现不均匀的压力加载 , 从而实现坯 料各处分阶段、 分部位变形 , 显著提高坯料的成形极 限 , 对于某些难成形材料如脆性铝合金可以得到表 面质量优良的高变形量板料零件。
喷丸成形是利用高速弹丸撞击金属板料表面 , 使受撞击表面及其下一层金属产生塑性变形 , 导致 表面内产生残留应力 , 在此应力作用下逐步使板料 达到要求外形的一种成形方法。目前波音和空中客 车等飞机制造公司在其现代客机的生产中都已采用 了该技术。其工艺方法有弯曲喷丸、延伸喷丸和预 应力喷丸 3种 [10]。
2. 3基于不同加载方式的塑性成形新技术
传统的塑性成形加载方式为采用模具对整个坯 料施加变形载荷 , 这样的加载方式成形零件时会遇 到设备吨位大、 生产效率低、 能源利用率低等问题 , 而改变塑性加工的加载方式可得到新的加工工艺。 例如旋压、 摆动辗压、 辊锻、 楔横轧等技术都是典型 的采用局部连续加载方式成形的。近些年新提出的 无模多点成形和数控渐进成形则更是将这种加载方 式的变革带到了新的阶段 [11]。
无模多点成形借助于高度可调整的基本体群构 成离散的上、 下工具表面 , 替代传统的上、 下模具进 行板料的曲面成形。其实质就是将通常整体凸模离 散化 , 并结合现代控制技术 , 实现板料三维曲面的 无模化生产与柔性制造。该技术也属连续局部塑性 加工范畴 , 而且是近年来才开始研究的一个新的方 向 [12,13]。
数控渐进成形是将零件复杂的三维形状沿 Z 轴方向离散化 , 即分解成一系列二维断面层 , 并用 工具头在这些二维断面层上局部进行等高线塑性 加工 , 达到所要求的形状 , 实现板料设计制造一体 化的柔性快速制造 [14]。
2. 4基于提高材料塑性的塑性成形新技术
针对金属材料在常温下塑性较差、成形困难的 问题 , 出现了基于提高材料塑性的新技术。金属等 温塑性成形方法是最具代表性的一种新技术 , 它是 通过模具和坯料在变形过程中保持同一温度来实 现的 , 避免了坯料在变形过程中温度降低和表面激 冷问题 [15]。目前 , 我国对金属等温塑性成形工艺的 研究也得到了迅速发展 , 并已进入实用化阶段。如 铝合金叶片、 钛合金整体涡轮、 薄壁铝合金、 镁合金 舵翼等的等温模锻 [16~19]。
除此之外 , 还可以通过改变材料所受应力状态 提高金属塑性。 径向锻造是在坯料周围对称分布多 个锤头 , 对锻坯沿轴向进行多频率同步锻打。这种 加载方式 , 使被锻坯料截面处于三向压应力状态 , 从而提高金属的塑性。
2. 5基于复合方式的塑性成形新技术
在高新技术突飞猛进的今天 , 技术融合是塑性 加工技术进步的强大推动力。 基于复合方式的塑性 成形新技术是技术融合的产物。
塑性加工技术与其他材料加工技术融合而产 生的新技术比较有代表性的有连续挤压、连续铸 挤、 连续铸轧等技术。目前取得广泛应用的 Conform 连续挤压工艺 , 它巧妙地将在压力加工中通常做无 用功的摩擦力转化为变形的驱动力和使坯料升温 的热源 , 从而连续挤出制品。该工艺已成为一种高 效、 节能的加工新技术 [20]。连续铸挤是在连续挤压 技术基础上发展起来的 , 是将连续铸造与 Conform 连续挤压结合成一体的新型连续成形方法 [21]。 连续 铸轧工艺是直接将金属熔体 轧制 成半成品带坯 或成品带材的工艺 , 其实质是将薄锭坯铸造与热轧 连续进行 , 连续铸轧工艺取得应用的有铝板连续铸 轧、 薄板坯液芯压下、 双辊薄带钢铸轧 [22]。
各种塑性加工技术的融合也产生了新的成形 技术。复合锻造是将不同种类的锻造技术 (热、 温、 冷锻 ) 组合起来使用 , 合理利用金属在不同温度下 的流动和变形特点 , 得到所需形状、尺寸和性能制 件的加工方法 , 如热锻 冷锻技术、温锻 冷锻技 术、 热锻 温锻技术等 [23]。此外 , 还有在板料冲压和 冷锻基础上开发出来的冲压冷锻技术。
随着模具向精密化和大型化方向发展 , 超精加 工、 微细加工和集电、 化学、 超声波、 激光等技术综合 在一起的复合加工将得到发展。如近年来精冲技术 与挤压、 精锻、 压形等其他立体成形工艺复合产生的 新技术 , 即精冲复合成形技术 [25]。 另外激光、 精密加 工技术等在微塑性加工中的应用也产生了新的技 术。除了上述复合加工方法外 , 现在还有一种新的 复合施力成形法 , 该方法成形时作用在工件上的是 2个或多个力。
2. 6基于金属超塑性的成形新技术
金属的 超塑性 是指材料在特定的内在与外在 条件下显示出的异常高的塑性 , 即超出一般塑性指 标的金属特性。随着人们对金属超塑性的深入了 解 , 先后形成了多种新的工艺 , 如深拉深成形法、 真 空成形法、 气压成形法、 软压成形加工法、 无模拉拔、 超塑性模锻等 [26,27]。
金属半固态加工 (SSM) 技术是 20世纪 70年代 美国麻省理工学院 Flemim g s 教授提出的新技术 , 包 括流变成形 (rheoformin g ) 、 触变成形 (thixoformin g ) [28]。 金属半固态加工综合了液态凝固加工和固态塑性加 工的长处 , 具有节省材料、 降低能耗、 提高模具寿命、 改善制件性能等一系列优点 , 并可成形复合材料的 产品 , 因此 , 被誉为 21世纪新兴金属塑性加工的关 键技术 [29]。
2. 7基于特殊材料的塑性成形新技术
粉末冶金塑性成形新技术具有少无切削、容易 实现多种材料的复合、可生产具有特殊结构和性能 的材料和制件 , 可减少组织不均匀、 有效进行材料再 生和综合利用等特点。目前粉末冶金塑性成形技术 有金属粉末锻造成形、 金属粉末超塑性成形、 粉末喷 射、 喷涂成形、 粉末轧制、 粉末注射成型、 温压成形、 粉末增塑挤压、 热等静压、 计算机辅助激光快速成形 等 [30~37]。
复合材料塑性成形新技术因复合材料种类不 同 , 其制备与加工方法各异。对于金属基复合材料 , 可以直接利用塑性加工的方法进行成形 , 然后烧结 固化 , 或者采用铸造、 粉末冶金等方法制坯 , 继而采 用锻造、 轧制、 挤压等方法进行二次加工。轧制复合
加工可生产双金属复合板、减震钢板、铝塑复合 板。挤压复合加工可进行双金属管挤压、 包覆材料 挤压、 其他层状复合材料挤压加工。拉拔复合加工 法可应用在生产拉拔复合管材、 包覆材的拉拔加工 中 [38]。
3金属塑性加工技术的发展趋势
从以上对金属塑性加工技术的分析可以看出 , 塑性加工技术的发展趋势为 :
(1) 过程综合。 过程综合主要包括 2个方面的含 义 , 其一是指材料设计、制备、成形与加工的一体 化 , 各个环节的关联越来越紧密 ; 其二是指多个过 程 (如凝固与成形 ) 的综合化。多种工艺技术的综 合常可导致新的制造原理或制造技术的突破 , 如精 冲复合成形技术、半固态加工技术和连续铸轧技术 等。
(2) 技术综合。技术综合是指塑性成形技术越 来越发展成为一门多种技术相结合的应用技术科 学。 21世纪的塑性成形技术将以新材料、 新能源、 新 介质以及计算机、 信息、 电子、 控制技术等为依托 , 尤其体现为制备、成形、加工技术与计算机技术和 信息技术的综合以及与各种先进控制技术的综合 , 以更快的速度持续发展 , 发展的方向将更加突出 精、 省、 净 的需求。 如激光成形、 电磁成形、 超声塑 性成形、 爆炸成形、 液压成形、 气压成形、 数控渐进 成形等充分体现了其他技术与塑性成形技术综合 的这一特点。
(3) 学科综合。学科综合不仅体现为传统三级 学科 (铸造、 塑性加工、 热处理和连接 ) 之间的综合 , 还体现在与材料物理与化学、 材料学等学科的综合 以及与计算机科学、 信息工程、环境工程等材料科 学与工程学科以外的其他学科的综合。各学科之间 的界限越来越不明显 , 学科渗透与相互依赖性越来 越强。如金属半固态加工、 连续铸挤、 连续铸轧、 粉 末冶金塑性成形新技术、 爆炸焊接或扩散焊接后进 行塑性加工、复合材料塑性成形新技术等都体现了 学科综合的特点。
4结束语
21世纪我国的汽车工业、 机械装备工业、 航空、 航天工业等支柱产业将有大的发展。材料科学、计 算机技术、信息控制技术等的快速发展 , 将为塑性 成形技术提供更多更新的发展基础。 当前工业部门 的广泛需求为塑性成形新工艺新设备的发展提供了 强大的原动力和空前的机遇。因此 , 塑性加工技术 的发展需要加快从经验向科学化转化的进程 , 做到 更精、 更省、 更净。我国的塑性加工领域 , 将在科技、 工业、 经济发展全球化、 信息化、 网络化的大趋势下 , 加强各方力量的联合 , 加强技术的综合与集成 , 提高 塑性加工技术队伍和工业界的整体素质和综合水 平 , 加强自主创新能力 , 努力使我国的塑性加工业早 日进入世界制造强国之林。
参考文献 :
[1]王 玉 . 塑性加工技术前沿综述 [J]. 塑性工程学报 , 2003(6) :4-7.
[2]李德群 . 塑性加工技术发展状况及趋势 [J]. 航空制造 技术 , 2000(3) :21-22.
[3]张 莹 , 周建忠 , 吉维民 , 等 . 金属板料的几种无模成形 技术的研究现状 [J]. 中国制造业信息化 , 2003(2) : 78-80.
[4]李春峰 , 于海平 , 赵志衡 . 塑性加工新技术 电磁成 型 [J]. 机械工程师 , 2004(2) :7-11.
[5]张士宏 . 金属材料的超声塑性加工 [J].金属成形工 艺 , 1994(3) :7-11.
[6]郑哲敏 . 爆炸加工 [M].北京 :国防工业出版社 , 1981. [7]陈勇富 , 陈 岗 , 熊少非 . 铜 -锅爆炸焊接 -轧制复合 板及其应用 [J].轻合金加工技术 , 1996(11) :37-40. [8]周贤宾 , 严致和 . 中国冲压成形行业的发展 [J].锻压装 备与制造技术 , 2005(1) :14-20.
[9]袁清华 , 黄重国 , 吴 听 . 轻质高强度汽车结构件热态 金属气压成形工艺 [J].新技术新工艺 , 2007(8) :6-7. [10]康小明 , 马泽恩 , 何 涛 , 等 . 机翼整体壁板喷丸成形 CAD/CAM/CAE 系统 [J]. 航空制造工程 , 1998(6) :35-36.
[11]宋玉泉 . 连续局部塑性成形的发展前景 [J]. 中国机械 工程 , 2000, (增刊 1) :74-76.
[12]李明哲 , 刘纯国 , 陈庆敏 . 大型三维板类件无模多点成 形的研究 [J]. 电加工与模具 , 2000(2) :42-44.
[13]付文智 , 李明哲 , 李东平 , 等 . 多点成形压力机及成形 工艺的最新进展 [J].机械科学与技术 , 2004(12) :
115-118.
[14]周六如 . 金属板料数控渐进成形机理及工艺的研究 [D].武汉 :华中科技大学 , 2004.
[15]谢建新 . 材料加工新技术与新工艺 [M]. 北京 :冶金工 业出版社 , 2006.
专利名称 :模具温度控制装置及其使用方法 专利申请号 :CN200810303764. 2
公开号 :CN101650573申请日 :2008-08-14公开日 :2010-02-17申请人 :鸿富锦精密工业 (深圳 ) 有限公司 ; 鸿海精密工业股份有限公司
本发明提供一种模具温度控制装置 , 其用于控制型芯的温度。该模具温度控制装置包括一模块 , 该模块具有一用于收容该型芯的空间 , 该收容空间的周围设有 n 个通孔 , n 为大于等于 1的整数 , 该 n 个通孔用于运输液体从而使该 n 个通孔附近的温度改变 , 每一通孔具有第一端口和第二端口 , 该第一 端口和该第二端口用于外接管道。本发明还提供一种使用该模具温度控制装置的方法。 专利名称 :一种自动绘制冲压模具修边线的方法 专利申请号 :CN200910145035. 3公开号 :CN101655884申请日 :2009-09-21公开日 :2010-02-24申请人 :奇瑞汽车股份有限公司
本发明涉及一种 CATIA 环境下自动绘制冲压模具修边线的方法 , 运用自动化对象编程 (V5Au tomation) 进行开发 , 通过函数调用和用户交互操作来实现修边线的自动绘制功能 , 使用时只需以调用 CATIA 宏命令的方式来实现。 本发明的优点是 :完全在 CATIA 环境下操作 , 操作流程简单易懂 , 通过代 码对绘制修边线所需的辅助元素做了合理的归类 , 在很短的时间内就能绘制出精确的修边线 , 大大提 高了工作效率。
[16]胡亚民 , 夏 华 , 孙智富 . 合金的塑性加工技术 [J].锻
压装备与制造技术 , 2004(5) :65-70.
[17]姜海峰 , 陆 政 , 杨洪涛 , 等 . 超高强铝合金等温模锻
工艺 [J]. 航空制造技术 , 2002(1) :51-53.
[18]张李骊 . 钛合金盘件等温成形工艺优化与过程控制
[D]. 西安 :西北工业大学 , 2004.
[19]周建华 , 庞克昌 , 王晓英 . 航天用钛合金等温锻件的研
制 [J]. 上海航天 , 2003(6) :56-60.
[20]彭颖红 , 阮雪榆 , 左铁镛 . CONFO RM 连续挤压变形过
程的实验研究与数值模拟 [J]. 上海交通大学学报 , 1994(6) :45-51.
[21]严量力 . Castex 技术 [J].有色金属加工 , 1991(3) :29-34. [22]刘
辉 . 连铸连轧法取代传统上引法生产高速电气化 铁路用铜银合金接触线的研究 [D]. 昆明 :昆明理工大 学 , 2005. [23]蒋
鹏 , 卢
晴 . 使用复合锻造技术实现精密塑性成
形 [J]. 机械工人 , 2002(3) :61-62.
[24]洪慎章 , 曾振鹏 . 超塑性模锻工艺的应用及发展 [J].
锻压技术 , 2000(1) :44-46.
[25]张丽华 . 金属的超塑性在生产中的应用 [J].机械管
理开发 , 2003(2) :66-67.
[26]熊爱明 , 张志清 , 李淼泉 . TC6钛合金的超塑性变形研
究 [J]. 航空学报 , 2003(5) :94-97.
[27]施连杰 , 刘延山 , 许晓静 . 钢的超塑性与超塑性成形
[J]. 新技术新工艺 , 2003(5) :25-28.
[28]SPENCER D B, ME HRA BIAN R , FL AMIN GS M C. Rheo_
logical
behaviour of Sn _15%P b in the crystallization
ran g e[J].Met Trans, 1972(3) :1925-1932.
[29]李明茂 , 杨 斌 , 王智祥 . 金属半固态加工技术 [J].轻
金属 , 2004(11) :43-46.
[30]海锦涛 . 塑性成形技术的新思路 [J].中国机械工程 ,
2000(1) :189-191. [31]康福伟 , 孙剑飞 , 沈
军 , 等 . 喷射成形工艺的发展及
应用 [J].稀有金属 , 2004(2) :114-119.
[32]员文杰 , 沈 强 , 张联盟 . 粉末轧制法制备 F e_6.5%
Si 硅钢片的研究 [J].粉末冶金技术 , 2007(1) :33-35. [33]戴亚春 , 王 匀 , 董 芳 , 等 . 用超细粉末注射成型金
属微细结构的方法 [J]. 模具工业 , 2006, 32(2) :53-57. [34]周继承 , 黄伯云 . 增塑粉末挤压成形新技术 [J]. 中国
有色金属学报 , 2002(1) :6-18.
[35]韩凤麟 . 热等静压 (HIP) 工艺模型化进展 [J].粉末冶
金工业 , 2005(1) :14-27. [36]欧阳鸿武 , 余文焘 , 唐
勇 , 等 . 特种粉末选择性激光
烧结快速成形技术 [J]. 粉末冶金材料科学与工程 ,
2007(1) :4-10.
[37]吴伟辉 , 杨永强 . 选区激光熔化快速成形系统的关键
技术 [J].机械工程学报 , 2007(8) :179-184.
[38]孙友松 , 刘 艳 . 材料加工技术 创新与汽车轻量化 [J].
锻压技术 , 2007(5) :7-13.
范文四:热塑性复合材料的加工技术现状、应用及发展趋势
热塑性复合材料的加工技术现状、应用及发展趋势
摘要:热塑性复合材料(FRT)具有密度低、强度高、加工快、可回收等突出特点,属于高性能、低成本、绿色环保的新型复合材料,已部分替代价格昂贵的工程塑料、热固性复合材料(FRP)以及轻质金属材料(铝镁合金),在飞机、汽车、火车、医疗、体育等方面有广阔应用前景。本文概述了热塑性复合材料(FRT)的种类、结构和性能特点,并详细介绍了国内外最新加工技术、应用及发展趋势,以及未来面临的障碍和挑战。
复合材料(Composite Material)分为两种主要类型:热固性(聚合物树脂基)复合材料(FRP)和热塑性(聚合物树脂基)复合材料(FRT),其中,FRT(如GFRT 和CFRT, Fiber Weight%:40-85wt%)具有密度低(1.1-1.6g/cm)、强度高、抗冲击好、抗疲劳好、可回收、加工成型快、造价低等突出特点,属于高性能、低成本、绿色环保的新型复合材料。
通过选择原材料(纤维和树脂基体)的种类、配比、加工成型方法、纤维(GF,CF)含量和纤维(单丝和编织物)铺层方式进行多组份、多相态、多尺度的宏观与(亚)微观的复合过程(含物理过程和化学过程)可以制备FRT,并根据要求进行复合材料结构与性能的设计和制造,达到不同物理、化学、机械力学和特殊的功能,最终使各种制品具有设计自由度大、尺寸稳定、翘曲度低、抗疲劳、耐蠕变等显著优点,部分替代价格昂贵的工程塑料、非环保F RP 和轻质金属材料(如铝镁合金)。目前,FRT 广泛应用在电子、电器、飞机、汽车、火车、能源、船舶、医疗器械、体育运动器材、建筑、军工等工业产品,近年,更随着全球各国对节能减排、环保、可再生循环使用等要求的不断提高,FRT获得更快速发展,相关新材料、新技术、新设备不断涌现。
基本种类
根据制品中的最大纤维保留尺寸大小,FRP(GFRT和CFRT)可分为:(1)非连续纤维增强热塑性复合材料(N-CFT),包括短切纤维增强工程塑料(SFT,最大纤维保留尺寸0.2-0.6mm);
(2)长纤维增强热塑性复合材料(LFT-G,LFT-D,最大纤维保留尺寸5-20mm);(3)连续纤维增强热塑性复合材料(Continuous Fiber Reinforced Thermoplastics, CFT,最大纤维保留尺寸>20mm;包括:玻纤毡增强型热塑性复合材料GMT)。
传统成型工艺——注塑及模压,可以实现N-CFT 非结构件或半结构部件的制造(如汽车工程塑料部件),尽管与CFT 相比,机械力学性能相差较大,但是能够满足一般民用工业产品的性价比使用要求,因此市场容量巨大,发展速度快,制造技术与应用相对成熟。美国R TP、美国泰科纳(Ticona)、日本川畸(Kawasaki)、沙伯基础工业(Sabic)等国外公司己经实现LFT 碳纤维复合材料工业化生产,并应用在需求高强度、轻量化的汽车非结构零部件,用以替代部分铝合金材料零部件,同时还具有导电、导热、耐磨、电磁屏蔽等特殊功能,这也已成为国内外改性塑料公司争先开发与应用的新领域。2012年北京纳盛通公司(NST)采用3
自主创新的专利技术在国内实现LFT 碳纤维复合材料(粒材)的产业化生产,并应用在风电叶片、LED显示模块支架、电动汽车轮毂等产品中。
CFT(主要包括GFRT 和CFRT)是一种具有更高性能的轻量化新材料,也是近年来新技术发展最快的复合材料之一,可分为四种类型:1)连续单丝纤维单向排列的CFT(又称单向连续纤维增强热塑性复合材料预浸带)。美国欧文斯科宁(OCV)公司开发的连续单丝玻纤增强热塑性浸淆PP 带,可用于制备热塑性复合输送管道和模压厚度可控的热塑性片材或型材,具有突出的机械力学性能和加工成形性;2)玻璃纤维毡增强热塑性复合材料(GMT)。天津工业大学董卫国发明了更轻质的针刺玻纤毡增强PP 热塑性复合材料(S-GMT),通过不同长纤维尺寸(15-25mm)的短切针刺毡作为纤维缠绕骨架结构来实现增强作用;3)连续纤维编织布增强热塑性复合材料(2D-CFT),包括前浸溃和后浸渍、原应聚合浸渍、混合纤维纱浸渍等各种先进浸渍工艺技术与复合制备方法,提高了两相界面结合强度与力学性能;4)多角度、多相复合结构的连续纤维编织布增强热塑性复合材料(3D-CFT),包括编织物(带、布、毡)结构、三明治夹层实心结构与三明治夹心发泡结构、Z 型多层立柱结构等新型CFT 复合材料结构设计,以及热塑性树脂基体(Resin)的“原位”和“离位”增强增韧、结构/功能一体化的设计与全自动化智能制造技术发展,从而提高高性能的连续碳纤维增强热塑性复合材料(CFRT)的综合性能。
新加工技术
1)注射浸渍成型技术(In situ T-RTM)
根据不同CFT(GFRT和CFRT)的特性,熔融、预浸、成形等成型阶段对设备和加工工艺都有其特定的技术要求。热塑性树脂基体(Resin)粘度高、浸润纤维难,因此热塑性预浸料制备是CFT 与相关产品制备技术的关键技术与难点。
2013年,注塑机制造商恩格尔(Engel)成功研发原位聚合反应的注射浸渍成型技术(In situ thermoplastic reaction injection molding, 简称In situ T-RTM),使用注塑工艺技术将单体原位聚合与连续纤维的热熔浸渍过程同步完成,实现自动化、可控化、高效率的融熔浸渍过程与复合成形过程一体化,从而减少工艺流程、提高产品性能。其原理是将低粘度系数的单体ε-己内酰胺(或CBT,环氧烷)在高速低压下注射到连续纤维(GF、CF)周围,然后在模具中单体原位聚合反应生成PA-6,随后注塑进入模具中成为产品或制件,成形时间为60-120秒。因类似热固性聚合物树脂(FRP)成形过程的RTM 工艺技术原理,故又称为热塑性聚合物树脂(Resin)成形的RTM 工艺技术(即T-RTM)。与热固性HP-RTM 相比,优势在于:
(1)原材料和制造成本低;(2)部件的抗冲击韧性更优越;(3)产品易于回收再利用,且具有可焊接性;(4)树脂基体(Resin)粘度低似水,更容易连续纤维(带、布、毡)的浸渍过程与提高效率。早在德国K 2010展会中,恩格尔(Engel)和克劳斯玛菲(Krauss Maffei)分别第一次在两个复杂结构部件的成型单元中现场展示,再次证明了这项技术的可行性。 nnect type="rect" gradientshapeok="t" o:extrusionok="f">
图1.原位聚合反应的注射浸渍成型技术(In situ T-RTM)
图2.In situ TRM工艺技术制作的两种FRT 制件,(a)左为GFRT 复合材料(连续
GF 布)制作的汽车制动踏板,(b)右为CFRT 复合材料(连续CF 布)制作的运动护腿板。
2)间隙浸渍技术(GIT)
2014年
3月德国
C.Hopmann 教授发明的反应注射加压间隙浸渍成型技术(Gap impregnation technology, GIT)获得德国国家塑料工业大奖。这种工艺技术具有通用性好,适合热固性/热塑性树脂基体(Resin)复合体系,成型时间快(2-5分钟)、成型温度低(120-150℃)、模具加压压力大(>25bar),同时操作相对简易、可控性好、稳定性好,设备投资成本低,易于制件实现大批量自动化生产,生产效率高,较适用于制造光滑曲面要求,又是非复杂3D 结构的汽车结构零部件。
图3.反应注射加压浸渍成型技术(GIT)示意图
GIT 技术也可适用于热固性树脂HP-RTM 工艺,在真空模腔内可调节较高的模压压力和成形温度,以及经过两个注射RTM 工艺过程用于制备大型汽车零部件,故又称为高压注射R TM-HP-RTM 工艺技术。2012年德国大众汽车公司用GIT 技术生产制造轿车CFRP 引擎盖。
图4.德国大众汽车公司用GIT 技术生产的轿车引擎盖(CFRP)
3)连续运行双带滚轮等静压技术(DBP)
全自动运行铺带是一种更快速的自动化生产CFT 复合材料预浸带的新技术与新装备。连续
运行双带滚轮等静压技术(DBP)可实现高速的热塑性预浸带和半成品片材的加工成型。DBP 恒温压力机可对两种或两种以上的单层编织物(布)与两种或多种热塑性树脂基体薄膜(0.01-2mm)进行热熔融复合,并施以均匀的等静压力,同时加热塑化、冷却,在各个点上的抗拉伸和扭曲强度等可以保持基本一致。在入口、高温加热、冷却区温度通过加热和冷却板来控制温度高低变化,可以满足不同CFT 热塑性片材生产。DBP技术优势:1)高温、高压和高速运行—体化完成;2)根据CFT 所需的具体温度变化,分别对上部和底部的每一个单独区域进行温度变化自动实时的精确控制;3)加压区在维持等静压力的同时,分别进行加热和冷却过程处理,消除内应力。
图5.德国Held 公司DBP 压力机的CFT 热塑性预浸料(片材)生产线装置
4)热塑性预浸料(片材)的深加工技术
CFT 热塑性预浸料(片材)常见成型方法:注塑成型,工艺简单,连续批量生产;水辅注射成型,比气体辅助注射成型周期更短;热压成型,在高压、高温下用于制件低应变率的制备方法,可以形成高密度和紧密实的CFT;真空加热成型,需要用CFT 热塑性预浸料片材经过真空加热模具、保温保压,再冷却后脱模成型,在由压缩空气产生的压力下单层薄膜成型工艺过程,加热温度可控,并且可以在保持指定的温度再冷却到室温,以达到更好的消除内应力效果;冷膜模压成型(CDF),是基于加热模压成型技术发展的一种新技术,可提高CF T 量产能力和产品质量,CFT热塑性预浸料固定在一个凹陷的内模,并放置在红外加热室,聚合物背衬料固定在预浸料表面加热到需要的成形温度,并加压和通惰性气体或真空下成型,温度下降后再从模具中取出。市场上已利用冷隔膜模压成型技术制作直升飞机CFRT 外壳,还有GFRT 热塑性预浸带(丝)缠绕成型和热挤出板材等工艺技术制造输送管道与建筑板材。
图6.冷膜模压CFT
热塑性预浸料(片材)成型过程的生产示意图
图7.用冷膜成型技术制造CFRT 的直升飞机机械护盖
5)纤维预浸带(丝)的全自动化铺放技术
自动纤维铺放技术是飞机复合材料构件自动化成型的关键制造技术之一,可分为:自动纤维预浸带(丝)铺放技术和自动纤维带铺放技术。前者适用于平面型或低曲率的曲面型,或者说准平面型复合材料构件的铺层制造;后者综合了自动纤维缠绕与自动纤维预浸带(丝)铺放技术的优点,可以实现复杂曲面型CFT 热塑性纤维预浸带(丝)的铺层与制造。
CFT 自动纤维预浸带(丝)铺放技术可以用于加工的原料通常为连续玻纤或碳纤维的单向增强热塑性复合材料预浸带(丝)。在自动纤维预浸带(丝)铺放过程中,以碳纤维增强热塑性树脂基预浸丝或预浸带为加工对象,结合原位固化技术来生产飞机复合材料构件,是飞机制造业一个重要发展趋势,据报道已应用到空客A380和A350中。除热塑性树脂(Resin)具有良好的可焊接性、抗冲击韧性高、可循环使用性、抗化学腐蚀性等优点外,原位固化新技术与常用的热压罐技术相比,还具有不受加工场地、零件尺寸大小和外观形状限制等优点,据文献报道,原位固化成型技术加工的纤维预浸带(丝)铺层层间强度为高压固化成型加工的89-97%。CFT 热塑性预浸料的纤维预浸带(丝)铺放技术是未来构件制造发展的一个重要方向。
发展的主要制约因素:(1)适合碳纤维单向增强热塑性复合材料(CFRT)预浸丝带(丝)的自动生产化的低粘度和超低粘度的树脂品种少。目前,少量这类CFRT 预浸丝或预浸带可通过实验室制作,但质量不稳定,不利于纤维预浸带(丝)铺放工艺与铺层特性研究;(2)自动化的CFT 热塑性纤维预浸带(丝)铺放设备缺乏。2014年,北京纳盛通领先研发成功国内自主开发的一条碳纤维单向排列增强热塑性复合材料(CFRT)预浸带生产线,并用于制造IT 电子、体育运动器材等产品。
6)3D打印制造技术
据报道,2012年美国橡树岭实验室已经成功研发出高强度CFRT 的3D 打印技术。该技术使用的基体为聚醚酰亚胺(PI)与及其它树脂材料,特别可以由3D打印CFRT汽车机械部件。在英国,3D打印的新型导电CFRT 部件成功研制出来,可以应用在IT 电子产品中,使产品的制造成本大大降低。
新应用及趋势
FRT(GFRT和CFRT)是当前最有发展前途的高性能汽车轻量化材料之一,相比传统非可再生的FRP 和铝镁金属材料,价格也更具有竞争力,同时又具有复合材料和制件的结构设计与成型制造一体化完成的突出优势,更加节能与环保。近期,国际知名市场咨询调研公司Lux Research 发布最新报告指出,从2015年至2025年,碳纤维复合材料(CFRT和CFRP)将有望成为全球汽车市场的主流使用关键材料,市场价值估算达到60亿美金。
FRT 不但是汽车工业优选的轻量化材料,近年来传统FRP 使用的航空工业也开始高度关注与研发CFRT 应用的可行性。空客公司在A350XW 问世之前,投入巨资研发CFRT 和部件制造技术,己经有超过1500个不同的飞机零部件采用CFRT 生产,如连续编织物CF/PPS复合材料舱门;美国隐身战斗机上也采用CF/PEEK复合材料制造非金属紧固件,起到很好的吸收电磁波,达到隐身效果。
FRT 也因具有环保、低成本、高性能的品质现己经成为建筑行业的新宠材料。GFRT 建筑模板、下水槽的GFRT 盖板、CFRT建筑柱加固等广泛应用。最近,Fiberlite公司采用连续玻璃纤维编织布GFRT 模压制造彩色井盖,并获得普遍欢使用。
连续纤维增强技术在汽车FRT 应用需求巨大,特别是CFRT 更加广泛应用。从德国K 2010和K 2013展会上可以看到,巴斯夫(BASF)、塞拉尼斯(Celanese)、RTP、普立万(Polyone)、Basic、Doput、帝斯曼(DSM)、艾曼斯(EMS)、米拉克龙(Milacron)、阿博格(Arburg)、恩格尔、克劳斯玛菲、Diffenbacher、Vision等国际化工、成型设备、模具、在线检测、产品设计公司等分别或联合推出FRT(GFRT和CFRT)汽车零部件、产品在线检测工具,并且形成一个完整的从技术研发、自动化生产与装备、在线测试、产品设计等系列配套的完整产业链。2012年,宝马(BMW)公司与西格里(SGL)碳纤维公司的合资公司推出的BMWi3和BMWi8纯电动汽车成功采用了大量的碳纤维复合材料(CFRP和CFRT),用以制造汽车内外饰关键承受力零部件,从而推动了碳纤维复合材料的在汽车工业中的应用。
2013年德国朗盛(Lanxess)公司收购CFT 国际领先的
Bond Laminates
公司,正式进入汽车轻量化的复合材料生产;2014年德国拜耳(Bayer)公司收购Thermoplast Composite GmbH 公司,从而进入高性能的连续纤维增强PC 热塑性复合材料(片材)生产,制造具有密度小、超薄化、轻量化的连续纤维热塑性预浸料(CFT);2014年日本东丽碳纤维公司(Toray)与美国通用汽车公司(GM)合作开发了CFRT 汽车部件,正在投入量产前的最终测试。
2014年9月,全球领先的CFRP 制造商-西格里集团(SGL Group-The Carbon Company)近日宣布,为适合新型CFRT 的一种相容性碳纤维,专门研究开发出了一种新的上浆系统,并且在苏格兰Muir of Ord生产基地正式投产,全部产品应用在汽车行业。
图8.(a)与(b)为大型运输汽车结构框架中可以用热塑性复合材料(CFT)替代的部件;(c)为玻纤增强热塑性复合材料(GFRT)作为汽车部件;(d)为碳纤维增强热塑性材料(CFRT)汽车结构框架。
图9.图中(a)指示大型运输汽车的电池箱外门位置;(b)演示热塑性复合材料(GFRT)电池箱门代替钢制门安装更换功能
可见,FRT(GFRT和CFRT)己经成为国际上热门的前沿技术发展方向。未来发展趋势将呈现如下特点:1)多专业、跨行业、上下游全产业链一体化的联合开发己经成为一种有效的、快速的、互惠共利的协同发展模式;2)新技术、新工艺、新设备趋向更加成熟与广泛应用;
3)FRT 材料数据库建立、产品结构设计与计算机仿真CAE 技术的广泛应用;4)轻质、高强、环保、低成本的连续碳纤维热塑性复合材料(CFRT)在新能源电动汽车上将优先获得应用。
FRT 虽然具有上述种种突出优势,但是在生产和应用中仍存在许多问题:(1)纤维编织物(丝、带、毡)中的纤维各向异性分布与有效控制差,将导致制品不同位置的力学性能不一致;(2)低粘度、高流动的热塑性树脂基体(Resin)开发与改性技术缺少,品种单一,价格偏高;(3)树脂基体(Resin)与纤维(GF,CF)的界面粘合强度仍需要进一步提高,以及加强界面(相)结构设计与控制技术;(4)FRT制件与金属材料(构件)的各种连结技术与综合疲劳性能评价缺少;(5)低成本、低能耗、高效率、自动化的FRT 生产装备技术开发与工程应用缺少;
(6)没有建立FRT 与制件(如汽车零部件)的行业(国家)测试标准与评价标准。就国内而言,F RT 企业的制备技术水平与欧美国家相比仍然还有较大的差距,缺少专业人才,协同研发创新不足,特别是在制备工艺技术和生产装备制造技术上还需要下大功夫提高与改进。
范文五:切削加工技术的发展趋势
机械 2008年第 5期 总第 35卷 综述 ·1·
——————————————— 收稿日期:2008-01-28
作者简介:杨德一(1976-) ,男,汉族,四川苍溪人,工学硕士,工程师,主要研究方向为机械制造。
切削加工技术的发展趋势
杨德一,张孝华,孙志建
(中国工程物理研究院,四川 绵阳 621900)
摘要:随着激烈市场竞争和以机械制造技术为先导的先进制造技术以前所未有的速度和广度向前发展, 使得高生产率和 高质量成为先进制造技术追求的两大目标。论述了干式切削、高速切削、低温切削、超精密切削、硬切削以及切削仿真 等加工技术,这些切削加工技术是当前切削技术的重要发展方向,也必将成为切削加工的主流技术。 关键词:切削加工;干式切削;高速切削;低温切削;超精密切削;硬切削;切削仿真
中图分类号:TH16 文献标识码:A 文章编号:1006-0316(2008) 05-0001-03
The trend of development of cutting
YANG De-yi, ZHANG Xiao-hua, SUN Zhi-jian
(China Academe of Engineering Physics, Mianyang 621900, China )
Abstract: With the increasingly fierce competition of market and the high speed and span development of advanced manufacturing technology which is forerunner of machine manufacture, two goal which were high-productivity and high-quality are pursued by machine manufacture. Dry cutting, high speed cutting, low temperature cutting, precision cutting, hard turning and cutting simulation are particular introduced in the paper. Currently these technologies are importance development of cutting and will become mostly technology of cutting.
Key words:cutting ; dry cutting; high speed cutting; low temperature cutting; precision cutting; hard turning; cutting simulation
切削加工作为制造技术的主要基础工艺,随着 制造技术的发展,在 20世纪末已取得了很大的进 步,进入了以发展高速切削、开发新的切削工艺和 加工方法、提供成套技术为特征的发展新阶段。它 是制造业中重要工业部门,如汽车工业、航空航天 工业、能源工业、军事工业和新兴的模具工业、电 子工业等部门主要的加工技术,也是这些工业部门 迅速发展的重要因素。因此,在制造业发达的美、 德、日等国家保持着快速发展的势头。
随着航天航空工业、核工业、兵器工业、化学 工业、电子工业以及现代化机械工业的发展,对产 品零部件材料的性能有着各种各样的特殊要求,因 而不断有各种新工程材料地应用。而这些材料一般 具有以下特性:
(1)高硬度; (2)高强度;
(3)高塑性和高韧性; (4)低塑性和高脆性; (5)低导热性;
(6)有微观的硬质点或硬夹杂物; (7)化学性质活泼。
新工程材料的这些特性,一般都能使切削过程 中的切削力加大, 切削温度升高, 刀具耐用度下降, 有时还将使已加工表面质量恶化,切屑难以控制, 最终则使加工效率和加工质量降低 [1~5]。
针对这些难加工材料的加工特点,以及以机械 制造技术为先导的先进制造技术以前所未有的速度 和广度发展,使得高生产率和高质量成为先进制造 技术追求的两大目标。高速切削、精密和超精密等 切削加工技术是当前切削技术的重要发展方向,也 必将成为切削加工的主流技术。
·2·综述 机械 2008年第 5期 总第 35卷
1切削技术的发展方向
1.1干式切削加工技术
干式切削是指在机械加工中为了保护环境和降 低成本而有意识地减少使用或不使用切削液的加工 方法。干式切削分为两种,一种为完全不使用切削 液的干式切削,另一种为用气体混合微量润滑剂代 替切削液的准干式切削,其使用的是最小量润滑 (Minimal Quantity Lubrication, MQL )技术。采用 MQL 技术的准干式切削适用于无法完全实现干切 削的情况,如磨削加工及难加工材料的切削加工。 采用准干切削加工后,刀具、工件和切屑都保持干 燥,切屑无需处理便可回收利用 [1]。
干式切削技术现已成熟应用于有色金属及其合 金和铸铁的加工中,但在钢材尤其是高强度钢的干 切削应用方面仍存在问题,主要表现为刀具磨损严 重,对刀具的材料和结构要求较高,成本较大。同 时,在于切削中还普遍存在粉尘和切屑处理比较困 难、机床易生锈等问题。
1.2低温切削加工技术
低温切削是利用低温流体如液态氮、液态二氧 化碳和冷风等喷向加工系统的切削区域,造成切削 区的局部低温或超低温状态,利用工件在低温条件 下产生的低温脆性,提高工件的切削加工性、刀具 寿命和工件表面质量。根据冷却介质的不同,低温 切削可分为冷风切削和液氮冷却切削。
低温冷风切削法是通过向刀尖的加工部位喷 -20℃ ~-30℃ (甚至更低) 的低温气流, 并混入微量 的植物性润滑剂(每小时 10~20 ml) ,从而起到降 温、 排屑、润滑的作用。低温冷风切削与传统切削 相比,能够提高加工效率,改善工件表面质量,而 且对环境几乎无污染。日本安田工业公司的加工中 心采用在电机轴、 刀杆轴的中心插入绝热风管的结 构,使用 -30℃ 的低温冷风直接通向刀刃。该结构大 大改善了切削条件,有利于低温冷风切削加工工艺 的实施。横川和彦对车削和铣削中的冷风冷却进行 了研究。在铣削试验中,分别采用水基切削液、常 温风(+10℃ )和冷风(-30℃ )三种条件进行比较, 结果表明,采用冷风切削时刀具耐用度显著提高。 在车削试验中,冷风(-20℃ )切削时刀具磨损率比 常温风(+20℃ )切削时显著下降 [2,3]。
目前,低温切削仅用于钛合金、高锰钢、淬硬 钢等一些难加工材料的加工中。相对于传统的切削 方法,低温切削的成本较高,因此降低成本成为低 温切削推广应用的前提。同时,切屑粉尘、切屑处 理以及机床的防锈也是应考虑的问题。
1.3高速加工技术
高速加工技术是指采用超硬材料的刃具,通过 极大地提高切削速度和进给速度来提高材料切除 率、加工精度和加工质量的现代加工技术。 工业发达国家对高速加工的研究起步早,水平 高。在此项技术中,处于领先地位的国家主要有德 国、日本、美国、意大利等。高速机床也从单一的 超高速铣床发展成为超高速车铣床、钻铣床乃至各 种高速加工中心等。 日本日立精机的 HG400III 型加 工中心主轴最高转速达 36000~40000 r/min,工作台 快速移动速度为 36~40 m/min。采用直线电机的美 国 Ingersoll 公司的 HVM800型高速加工中心进给移 动速度为 60 m/min[4]。
高速加工技术发展的趋势是:
(1)不同材料高速加工机理的研究;
(2)高速加工机床的研究;
(3) 高速加工刀具及相关技术; 针对高速加工 的 CAD/CAM技术等。
1.4超精密加工技术
超精密加工当前是指被加工零件的尺寸精度高 于 0.1 μm,表面粗糙度 Ra 小于 0.025 μm,以及所 用机床定位精度的分辨率和重复性高于 0.01 μm的 加工技术,亦称之为亚微米级加工技术,且正在向 纳米级加工技术发展。超精密加工技术主要包括:超精密加工的机理研究,超精密加工的设备制造技 术研究,超精密加工工具及刃磨技术研究,超精密 测量技术和误差补偿技术研究,超精密加工工作环 境条件研究。
在超精密加工技术领域,英国克兰菲尔德技术
机械 2008年第 5期 总第 35卷 综述 ·3·
学院所属的克兰菲尔德精密工程研究所(简称 CUPE ) 享有较高声誉, 它是当今世界上精密工程的 研究中心之一,是英国超精密加工技术水平的独特 代表。如 CUPE 生产的 Nanocentre (纳米加工中心) 既可进行超精密车削,又带有磨头,也可进行超精 密磨削, 加工工件的形状精度可达 0.1 μm , 表面粗 糙度 Ra <10>10>
超精密加工技术发展趋势是:
(1)向更高精度、更高效率方向发展;
(2)向大型化、微型化方向发展;
(3)向加工检测一体化方向发展;
(4)机床向多功能模块化方向发展;
(5) 不断探讨适合于超精密加工的新原理、 新 方法、新材料。
1.5硬切削加工技术
硬切削(Hard turning) 是指使用 CBN 实体刀 具、 CBN 刀头或陶瓷刀具来加工硬度超过 56HRC , 或者强度 R m >2000 N/mm2材料的工件。用这种新 工艺可以切削淬硬钢、灰铸铁、球墨铸铁、粉末冶 金和特殊材料。当然,也有一些材料如青铜等不适 合采用硬切削。用硬切削可进行车削、表面加工、 攻螺纹、铣削、开槽、靠模加工、车削锥面。现有 在表面粗糙度要求较高的镜面等加工重,硬切削已 经可以代替很昂贵的磨屑加工。
硬切削技术的广泛应用依赖以下技术的发展:
(1)硬态切削加工机理;
(2) 特种硬质合金基体材料制成的、 具有独特 的几何形状和相应涂层的刀具技术;
(3)硬态切削工艺稳定性;
(4)满足硬切削要求的机床及其相关技术等。 1.6切削加工仿真技术
随着科学技术的发展,切削加工仿真技术的发 展动向包括两个方面,其一是开发 NC 仿真软件, 借以显示刀具运动轨迹,并判断刀具、刀夹与工件 及其夹具是否产生干涉。其二是研究解析切削加工 过程中的物理现象,如被加工材料因塑性变形而产 生热量,被切除材料不断擦过刀具前刀面形成切屑 后被排出,以及由刀具切削刃切除不需要的材料而 在工件上形成已加工面等,并将这一系列切削过程 通过计算机模拟出来,目前能达到这种理想目标的 产 品 还 为 数 不 多 。 Third Wave Systems公 司 的 “Advant Edge” 是采用有限元法对切削加工进行特殊 优化解析的软件产品,与用于构造解析的有限元法 程序包比较,其最大优点是用户界面优良,机械加 工的技术人员能方便地进行解析。美国 Scientific Forming Technologies公司地 “DEFORM” 是锻造等塑 性变形加工用有限元法解析程序包,最近已被转用 于切削加工。
切削物理仿真要获得高精度解析结果,最为重 要地输入内容是反映被加工材料应力 /变形关系地 材料特性,而材料特性地获取是极为费力地工作。 今后,随着计算机运算速度的提高,这种切削过程 的物理仿真技术将会逐渐普及。其能否迅速普及的 关键在于能否及时向用户提供所需的被加工材料的 材料特性。
2结束语
随着产品多样化和个性化的趋势进一步加剧, 制造业的产品更新速度会大大加快。每一种新产品 的开发都意味着零件功能、 结构、 材料的重大变更, 也是对切削加工提出更高的要求。在这种背景下, 制造业对切削加工新技术、新产品的需求在现在将 达到空前的高度,这既是对切削技术的挑战,也是 对切削行业陈旧体制的挑战。同时也促进切削加工 技术向复合化方向发展,如:超高速干式切削加工 技术,超高速干式超精密切削加工技术等。
参考文献:
[1]刘志峰. 干切削加工技术与应用 [M]. 北京:机械工业出版社, 2005. [2]赵恒华, 蔡光起, 高航. 基于绿色磨削的冷气冷却实验研究 [J]. 制 造技术与机床, 2004, (4) :54-55.
[3]安庆龙,傅玉灿,等.低温气动喷雾射流冲击冷却技术-在钛合 金磨削中的应用 [J].中国机械工程, 2006, (11) :1117-1120. [4]杨德一, 张孝华, 孙志建. 高速切削加工技术及其发展趋势 [J]. 机 械, 2007, (8) :68-72.
[5]袁哲俊,王先逵.精密和超精密加工技术 [M].北京:机械工业出 版社, 1999.
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