摘要:論述了材料成形加工技術(shù)的作用及地位,介紹了快速產(chǎn)品與工藝開發(fā)系統(tǒng)、新一代制造工藝與裝備、模擬與仿真3項(xiàng)關(guān)鍵先進(jìn)制造技術(shù),指出輕量化、精確化、高效化將是未來材料成形加工技術(shù)的重要發(fā)展方向。
|)IS[:X 關(guān)鍵詞:先進(jìn)制造技術(shù) 材料成形加工 精確成形加工 模擬仿真 并行工程 綠色制造
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M`&$ *:hHlH* t1 1 材料成形加工技術(shù)的作用及地位
6[l{@*r" !;~6nYY 中國已是制造大國,僅次于美、日、德,居世界第4位。中國雖是制造大國,但與工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比,仍有很大差距,表現(xiàn)在:(1) 制造業(yè)的勞動(dòng)生產(chǎn)率低,不到美國的5%;(2)技術(shù)含量低,以CAD為例,仍停留在繪圖功能上;(3)重要關(guān)鍵產(chǎn)品基本上沒有自主創(chuàng)新開發(fā)能力。
c&n.JV 6;vfl* 材料成形加工行業(yè)是制造業(yè)的重要組成部分,材料成形加工技術(shù)是汽車、電力、石化、造船及機(jī)械等支柱產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)制造技術(shù),新一代材料加工技術(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)是國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的主體技術(shù)。據(jù)統(tǒng)計(jì),全世界75%的鋼材經(jīng)塑性加工成形,45%的金屬結(jié)構(gòu)用焊接得以成形。又如我國鑄件年產(chǎn)量已超過1400萬t,是世界鑄件生產(chǎn)第一大國。汽車結(jié)構(gòu)中65%以上仍由鋼材、鋁合金、鑄鐵等材料通過鑄造、鍛壓、焊接等加工方法成形。
|*-&x:p7O l8Ks{(wh 但是,我國的材料成形加工技術(shù)與工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比仍有很大差距。舉例說, 重大工程的關(guān)鍵鑄鍛件如長江三峽水輪機(jī)的第一個(gè)葉輪仍從國外進(jìn)口;航空工業(yè)發(fā)動(dòng)機(jī)及其他重要的動(dòng)力機(jī)械的核心成形制造技術(shù)尚有待突破。因此,在振興我國制造業(yè)的同時(shí),要加強(qiáng)和重視材料成形加工制造技術(shù)的發(fā)展。
Mo_(WSs ?5MOp 高速發(fā)展的工業(yè)技術(shù)要求加工制造的產(chǎn)品精密化、輕量化、集成化;國際競爭更加激烈的市場要求產(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。為了生產(chǎn)高精度、高質(zhì)量、高效率的產(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;材料成形加工制造技術(shù)逐漸綜合化、多樣化、柔性化、多學(xué)科化。因此, 面對市場經(jīng)濟(jì)、參與全球競爭,必須十分重視先進(jìn)制造技術(shù)及成形加工技術(shù)的技術(shù)進(jìn)步。
O6Jn$'os1# 1Wy0#?L 2 材料成形加工技術(shù)的發(fā)展趨勢
#gd`X|<Ch wJKP=$6n_ 美國在“新一代制造計(jì)劃(Next Generation Manufacturing)”中指出未來的制造模式將是:批量小、質(zhì)量高、成本低、交貨期短、生產(chǎn)柔性、環(huán)境友好。未來的制造企業(yè)將是:以人、技術(shù)和經(jīng)營三要素組成,而以人為本。未來的制造企業(yè)要掌握十大關(guān)鍵技術(shù),其中包括快速產(chǎn)品與工藝開發(fā)系統(tǒng)、新一代制造工藝及裝備、模擬與仿真3項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。其中下一代制造工藝包括精確成形加工制造或稱凈成形加工工藝(Net Shape Process)。凈成形加工工藝要求材料成形加工制造向更輕、更薄、更精、更強(qiáng)、更韌、成本低、周期短、質(zhì)量高的方向發(fā)展。輕量化、精確化、高效化將是未來材料成形加工技術(shù)的重要發(fā)展方向。以汽車制造為例,美國新一代汽車研究計(jì)劃(Partnership of Next Generation Vehicle)的目標(biāo)是在2003年汽車重量減輕10%,汽車每100km油耗要減少到3L,并減少10%的污染。為了達(dá)到這一目標(biāo), 要求整車重量減輕40%~50%, 其中車體和車架的重量要求減輕50%,動(dòng)力及傳動(dòng)系統(tǒng)減輕10%。例如,美國福特汽車公司新車型中使用的狀況就反映了這種變化。新一代汽車中黑色金屬用量將大幅度減少,而鋁及鎂合金用量將顯著增加,鋁合金將從129kg增加到333kg,鎂合金將從5kg增加到39kg。
@ob4y |Wzdu2T 近年來,隨著汽車工業(yè)和電子工業(yè)的迅速發(fā)展,對通過降低產(chǎn)品的自重以降低能源消耗和減少污染(包括汽車尾氣和廢舊塑料)提出了更迫切的要求,而輕量化的綠色環(huán)保材料將作為人們的首選。鎂合金就是被世界各國材料界看好的最具有開發(fā)和發(fā)展前途的金屬材料。
f=/IwMpn f hS4Gb_ 鎂合金產(chǎn)品具有以下優(yōu)勢:(1)輕量化,密度ρ≈1.8g/cm 3,是鋼鐵的1/4,鋁的2/3,與塑料相近。(2)比強(qiáng)度高,剛性好,優(yōu)于鋼和鋁。(3)具有極佳的防震性,耐沖擊,耐磨性良好。(4)具有優(yōu)良的熱傳導(dǎo)性,可改善電子產(chǎn)品散熱性能。(5)是非磁性金屬,抗電磁波干擾能力強(qiáng),電磁屏蔽性好。(6)加工成形性能好,成品外觀美麗,質(zhì)感佳,無可燃性(相對于塑料)。(7)材料回收率高,符合環(huán)保法。(8)尺寸穩(wěn)定,收縮率小,不易因環(huán)境溫度變化而改變(相對于塑料)。
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*aT\V64 鎂合金壓鑄件廣泛應(yīng)用于交通工具(如汽車、摩托車及飛機(jī)零件等)、信息(如手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)及手提電腦殼體等)及小型家電(如攝像機(jī)、照相機(jī)和其他電子產(chǎn)品外殼)等行業(yè)。同時(shí),壓鑄鎂合金產(chǎn)品在國防建設(shè)等領(lǐng)域也有十分廣闊的應(yīng)用前景。
fkmN?CU{1% Y6r<+#V 3 新一代的材料成形加工技術(shù)
YdNmnB%J )T26cT$ 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織結(jié)構(gòu)與性能。
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