微塑性成形（共9篇）
微塑性成形 篇1
引言
微塑性成形技术主要是采用塑性变形的方式进行形成微型零件的工艺方法, 在多种复杂形状微小零件作用下能够达到微米量级, 所以在微型零件的制造上较为适用。微塑性成形技术并非是传统塑性成形工艺的简单等比例缩小, 其作为新的研究领域对实际的发展有着重要促进作用, 故此加强这一领域的理论研究就有着实质性意义。
1 精密微塑性成形原理特征及方法分析
1.1 精密微塑性成形原理特征分析
科技的发展带来了生产的效率提升, 在微塑性成形技术的发展过程中经历了不同时期的进步, 传统的成形工艺按照比例微缩到微观领域在参数上的适应性就失去了。而微塑性成形技术在现阶段已经成了多种学科交叉的边缘技术, 实际成形中的润滑以及摩擦也与此同时发生了一些变化, 所以宏观摩擦学当中的摩擦理论就不能有效适应。但由于微小尺度下秒面积与体积的增大, 所以在摩擦力就对成形造成的影响逐渐扩大, 那么润滑就是比较关键的因素[1]。
从实际的成形原理来看, 在工件进行微缩化的过程中, 此时在摩擦力上就会随之加大, 压力的加大那么封闭润滑包中的润滑油压强也随之加大, 这样就支持以及对成形的载荷实现了传递, 进而对摩擦也减小了。在工件的尺寸不断的微小化过程中, 开口润滑包面积减少幅度不是很大, 但在封闭润滑包的面积减少幅度就相对比较大, 采用固体润滑剂的过程中由于不存在润滑剂溢出的状况所以就对摩擦系数的影响也较小[2]。
1.2 精密微塑性成形方法分析
微塑性成形工艺及方法的相关研究主要是在微冲压以及微体积成形方面, 其中的微体积成形主要是进行的微连接器以及顶杆和叶片等微型的期间精密形成。以螺钉为例, 其最小的尺寸只有0.8微米, 而微成形胚料的最小直径是0.3微米, 在模压成形的微结构构建沟槽的最小宽度能够达到二百纳米。另外在微冲压成形这一方法上最为重要的就是进行的薄板微深拉伸以及增量成形等方法。微型器件的微塑性成形技术属于新兴的研究领域, 在成形的方法上主要就是实现毫米级的微型器件精密微成形, 在微塑性成形技术的不断发展下, 这一技术会进一步的优化。
2 精密微塑性成形技术工艺发展现状及发展趋势
2.1 精密微塑成形技术工艺发展现状分析
精密微塑成形技术在实际的发展过程中也面临着一些问题, 在尺寸效应问题上体现的较为显著。微塑性成形的发展领域中, 试样尺寸当达到亚毫米或者四微米尺寸的时候, 试样的物理特征及内部的结果就会发生变化, 所以在性能参数与成形工艺参数就会存在不相协调的状况, 这也就是尺寸效应。而造成这一问题的原因主要是材料的不均匀以及流动应力和延展性等, 从微塑性成形的不均匀性来看, 在成形件迟迅接近晶粒的尺寸过程中, 那么在材料的微观组织性能不均匀就对对胚料塑性变形产生影响[3]。
从其技术工艺发展的情况来看, 主要有微冲载以及微拉深和微弯曲、微挤压。从微拉深这一层面来看, 针对薄板成形主要是采取这一技术, 这样就能够成形各种形状杯体以及腔体零件, 这一过程中会伴随着摩擦以及各向异性等现象影响, 故此从工艺的复杂上来说相对加大。而在微弯曲这一技术工艺的发展上来看, 这一技术工艺成形的产品在外形尺寸和板料厚度上就相对比较接近, 在微弯曲件传输中比较容易发生变形, 所以这一工艺技术的制件过程中, 检测就成了一个问题。再者就是微冲载, 这一技术工艺主要是生产微小零件工艺之一, 实际技术实施过程中的晶粒尺度和局部尺度比率增加, 就会造成局部的变形, 微冲载当中的凸凹模间隙控制和工模具间的磨损问题也是解决的一个重要内容。
在微成形工艺的研究上主要集中在体积成形和冲压成形, 其中的薄板材料成形主要是在拉深工艺基础上进行实施的, 能够制作成筒形和阶梯形以及盒形等不规则形状薄壁零件。和其它的冲压成形工艺得到有效的配合还能够制造出更为复杂的零件, 故此微拉深的工艺技术在实际的应用中是相对比较突出的。而在微体积成形过程中, 主要是对微齿轮以及螺钉的微型零件精密微塑性成形进行的实际研究, 通过挤压以及局部锻造等体积成形的方法能够对多种微型零件加以实现[4]。精密微塑性成形技术对产品的精度以及缩短产品交货期限等效率提升都有着较好的作用, 从近些年这一层面的发展来看, 已经有着突出成果。
2.2 精密微塑成形技术工艺发展趋势分析
精密微塑性成形技术工艺在不断额发展中, 随着科技的进步将会上升到新的发展阶段, 在精度上将越来越高, 并在应用热流道技术上将会进一步的扩大。采取这一技术能够将制件的生产率及质量得到有效提升, 同时也能大幅度节约部件原材料, 而在技术的标准化层面也将会进一步的提升, 这样就能有效的降低制造的成本, 对质量最大化的进行提升。从我国的塑性成形技术和国外的相比较而言, 还有着一定的差距, 需要在多方面进行优化改进[5]。微机电系统的提出以及技术上的实现, 这对塑性微成形技术的发展就打开了大门, 由于精密微塑性成形技术和传统的理论有着一定的差异性, 所以要能结合实际进行改进处理, 这也是精密微塑性成形技术在当前需要解决的问题。
另外就是在新型的模具加工技术以及测量、分析方法等会使塑性微成形技术在未来发展的重要方向, 而成形件在尺寸上上更小化以及精度高等将会在新型的成形设备作用下进行实现, 这在自动控制设备以及高精度测量方法层面将会得到有效实现。微成形作为是新兴的多学科交叉工艺技术, 在当前人们对其的全面认识还相对比较缺乏, 这一问题在不断的发展过程中将会得到逐步的解决[6]。随着可持续发展观理念的深化, 无色热锻润滑剂以及拉深润滑剂等相关的环保技术在精密微塑性成形技术的结合上也会呈现新的发展局面。
3 结束语
总而言之, 微塑性成形技术的发展和研究的持续推进, 将会在技术上得到进一步的提升, 但要想将精密微塑性成形技术得到更好的应用, 就需要对技术应用中的一些实际性问题认真分析并解决。在材料的开发上进一步的加强, 通过实验进行对微成形技术的发展的一保障, 只有全面考虑才能促进微塑性成形技术的顺利发展。
参考文献
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微塑性成形 篇2
组织、性能好
塑性成形可使金属内部组织发生改变，如塑性成形中的锻造等成形工艺可使金属的晶粒细化，可以压合铸造组织内部的气孔等缺陷，使组织致密，从而提高工件的综合力学性能、经过塑性加工将使其结构致密,粗晶破碎细化和均匀,从而使性能提高.此外,塑性流动所产生的流线也能使其性能得到改善。 材料利用率高，节省材料
塑性成形方法的材料利用率可达60%-70%，有的达85%-90%。材料利用率不如铸件，但由于材料性能提高，零件的尺寸可缩小，零件寿命高，也可以节省原材料、金属塑性加工是金属整体性保持的前提下,依靠塑性变形发生物质转移来实现工件形状和尺寸变化的,不会产生切屑,因而材料的利用率高得多。 尺寸精度高，提高制件的强度
工件的尺寸精度高，不少塑性成形方法可达到少无切削加工的要求。如精密模锻锥齿轮的齿部可不经切削加工直接使用、塑性加工产品的尺寸精度和表面质量高。
塑性成型方法具有很高的生产率
除自由锻造外，其它塑性成形方法都有较高的劳动生产率，可大批量生产、塑性加工过程便于实现生产过程的连续化,自动化,适于大批量生产,如轧制,拉拔加工等,因而劳动生产率高。塑性成型的特点---缺点
投资大、经费多，制约新产品迅速投产的瓶颈
塑性成形多数方法的模具费高，成本高、设备较庞大,能耗较高，且成形件的形状和大小也受到一定限制，形状不能太复杂，坯料塑性要好。
塑性成形可制造小至几克，大至几百吨的重型锻件，所以需要大量投资，所需要的资本和经费大，而且由于所需都是固定零件所以新产品少，新产品不可能过快投入市场造成新产品迅速投产的瓶颈。塑性成形时，工件的固态流动比较困难，成形比较困难，工件形状的复杂程度不如铸件，体积特别大的工件成形也较困难。 一定程度的环境污染
需要消耗大量的资源，铸造过程中的粉尘，噪声污染等，同时也会产生工业三废——废水、废气、废渣。
微塑性成形 篇3
塑性成形技术由于具有高产、优质、低耗等显著工艺优点, 而成为当今先进制造技术的重要发展方向[1]。
塑性成形技术主要是通过施加力场或同时辅以温度场, 使材料产生塑性变形, 实现体积转移, 获得形状、尺寸和性能都满足要求的成形制造方法[2,3]。
在制造轴的方法中, 基于去除钢坯圆棒上层材料的加工方法较受欢迎。这项技术成功应用于小公司, 受车床加工范围局限, 常用数控加工操作。另外, 该方法可达到高精度和重复性生产。然而, 在实际生产阶段, 不仅要考虑加工制造时材料损失的余量, 还要考虑精加工工艺产品尺寸精度。例如, 粗车削余量在2mm到6mm内, 成形工艺范围在0.7mm到1.5mm, 这两种半成品直径的加工余量必须同时得到保障。
本文分析传统锻造模、旋转锻造模 (扣压) 、冷压模、烧结成形模式, 同时探析了拉丝模对阶梯轴和对称轴之类的产品成型工艺的局限性。
1 塑性成形技术[4,5,6]
1.1 拉丝模与锻造模
在机械零件成型工艺的方法中, 尤其需要注意金属内部组织结构[7]。通过对机械加工后的材料与金属成型后的材料进行对比发现, 经过“冷作”处理后的材料具有连续纤维体, 且该材料具有强的耐久性。具体而言, 对于具有轴对称金属零件成形方法中, 常考虑拉丝模、滚动挤压模、传统的锻造模、旋转锻造模 (扣压) 、冷压模、烧结成形模这几种成形模式。
经金属成形工艺加工后, 材料纤维分布相对均匀。上述技术需求的选择, 取决于经济规模和秩序稳定两方面。每一个制造方法都有其一定的局限性和优势。这些优势注定他们只能用在指定的应用程序。制造商认为, 所有制造成本的费用都起着潜在决定性的作用。此外, 制造可重复性也需着重考虑。考虑到全挖空元素主要用作高速轴, 要想保证薄壁墙厚度的许用公差及有限的形状尺寸公差是很难的, 且该成品轴的旋转速度高而尺寸公差小。为满足这些需求, 需要通过绘图技术来改善性能, 特别是高质量的外表面、抛光表面和小维公差。此外, 由于拉伸之前进行了适当的金属热处理, 便有可能获得高耐用性和能保持良好塑性性能的疲劳特性的产品。拉伸工艺过程建立在通过拉丝模 (如图1、图2所示) 得延伸产品的基础上。然而, 力并不作用在成形零部件上。
在形成产品时, 某部分的一段尺寸或形状会发生变化。同时, 钢坯会受到挤压, 导致作用力的大小受到一定的局限。因此, 这个力要比未成形的半成品的屈服点所需的力小, 而超过这个极限值时, 半成品就可能会发生变形。
拉丝技术的局限性不仅与工艺特点有关, 而且也可能与产品的制造形状有关。在拉丝过程中, 获得产品的形状一般不是非常复杂, 如类似于法兰产品外部的部分。为保持所形成的中空产品具有恒定的直径和壁厚, 必须使半成品零件能顺利通过。在拉伸工艺中, 除了会有非金属杂质扩展引起的重叠和缩孔的残渣, 还会由于不正确的拉伸出现材料裂开, 这可能是由于压力过大所引起的。另外, 也可能会由低温时过度滚动材料引起脆性断裂, 由拉丝模具损坏而导致表面划痕, 等等。
传统的锻造技术 (见图3) 只应用于重型机器中轴的形成。由于必须使用相当高精度的终加工技术, 因此从经济和定性的角度来看, 这种方法逐渐被更现代化的旋锻和扣压技术所取代。
相对壁厚较短产品而言, 冲压常被作为比锻造更有效的技术, 图5是厚壁套管打孔原理图。
使用打孔可以获得良好组织性能的结构材料。然而, 产品的壁厚公差 (横截面和纵截面) 却较大。随着成型力的增加, 迫使冲床的结构丧失稳定性;随着打孔的进一步加深, 产品壁厚的分布变得越来越不均匀。
为了能轻易从模具中摘下产品, 也考虑到推进器能自由推出成品, 必须使所成型零件的外表面与模具间有一定的技术聚合。如果不能设计一种能解决这类成形件深层加工与应用的方案, 就允许增大零件公差值的大小。为了完成该零件最终圆筒形状的目的, 必须采取机械加工或其他金属成形方式如拉长歪斜轧机来延伸。
增大壁厚的均匀性便可获得所需产品的直径。为消除纵切面上壁厚易变的问题, 可通过 (如图6所示) 亚哈哈德[8]等人设计的挤压套筒挤术的系统来应用。它能消除工具箱的合流点, 获得圆柱形状产品。
1.2 挤压成型与旋锻
目前, 挤压还应用于制造螺丝或螺钉 (地脚螺栓) 。经该操作后, 产品的部分直径会相应变化 (见图7) 。经挤压操作后的成形零件相比零件其余部分而言, 具有相当大的耐久性。但是, 由于该方法尚不可能获得长阶梯状的元件, 所以这种方法还不能广泛应用于汽车行业。
旋锻加工允许管材和棒料的直径缩小, 以获得大的弯曲值。在冷加工下所得的尺寸公差更精确, 一方面利于保留材料层的流动, 另一方面也利于增加材料的机械性能, 以增加其上层硬化的可能性。通过该方法能非常精确地得到产品的内部形貌 (圆柱孔和圆锥孔) 。在冷的 (热的) 成型条件下, 工艺过程如图9所示。
该工艺一般应用于环状的元件 (主要是汽车轮辋钢圈和铁路轮) 中。旋锻和旋转锻造两者的主要区别在于成形材料, 而不在于成形工具。通过计算所得尺寸公差值也非常接近, 这可能是为了符合市场需求而设。
冷挤压工艺似乎由于受冲头负荷力的影响, 更在意怎样使模具中的材料流动起来。在这个工艺过程中, 长度获得很大的增量 (甚至1000%铝) 。根据材料流动方向与冲头运动的区别, 可以分为以下几种不同类型:共挤压, 间接挤压, 前后两个方向 (或结合) 挤压。为了减少材料损失, 通过选用与之相关的摩擦焊接的方法而制造成挖空轴取代实心轴。图10为具管形状物的冷挤压工艺原理图。
1.3 触变成形
触变成形技术是一种把低熔点合金进行熔化, 以高速、高压把原料注入金属模具内进行成型的技术。它采用一体化成型方式, 将压铸和注射工艺合二为一。模具和成型材料与半固态压铸工艺相似, 工艺过程则接近注射成型。在室温条件下, 颗粒状的合金原料由料斗强制输入到料筒中, 料筒中旋转的螺旋体使合金颗粒向模具运动。当其通过料筒的加热部位时, 合金颗粒呈半固态。在螺旋体剪切作用下, 呈半固态的枝晶组织的合金转变成颗粒状初生相组织;当其累积到预定体积时, 以高速将其压入到抽真空的预热模具中成型。成型时, 加热系统采用电阻、感应复合加热工艺, 合金固相体积分数高达60%, 同时通入氩气保护。触变成型的工艺图如图11所示。
1.4 楔形滚压成形[9,10,11,12]
基于轴对称楔形滚压成形采用一体成形的楔形和两辊 (如图12所示) , 被轧制产品放置在驱动辊上, 以与楔相反方向运动及相同的速度旋转。辊可做成光滑或异形的, 该楔水平移动切入到材料中, 最后形成一定尺寸的缩颈。相比于交叉楔横轧而言, 楔形滚压成形除了较经济外, 也可减少轴向材料开裂的损失, 还可以增加产品的输出。
2 结束语
微塑性成形 篇4
摘要：本文叙述了塑性成形技术的研究现状，介绍了现代塑性成形技术的发展趋势，提出了当代塑性成形技术的研究方向。关键词：塑性成形模具技术研究现状发展趋势
1引言
塑性成形技术具有高产、优质、低耗等显著特点，已成为当今先进制造技术的重要发展方向。据国际生产技术协会预测，21世纪，机械制造工业零件粗加工的75%和精加工的50%都采用塑性成形的方式实现。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。金属及非金属材料的塑性成形过程都是在模具型腔中来完成的。因此，模具工业已成为国民经济的重要基础工业。
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、激光成型、人工智能、材料科学和集成制造等一系列与塑性成形相关联的技术发展速度之快，学科领域交叉之广泛是过去任何时代无法比拟的，塑性成形新工艺和新设备不断地涌现，掌握塑性成形技术的现状和发展趋势，有助于及时研究、推广和应用高新技术，推动塑性成形技术的持续发展。
实施塑性成形技术的最终形式就是模具产品，而模具工业发展的关键是模具技术进步，模具技术又涉及到多学科的交叉。模具作为一种高附加值产品和技术密集型产品，其技术水平的高低已成为衡量一个国家制造业水平的重要标志之一。
2塑性成形的现状
精密成形技术对于提高产品精度、缩短产品交货期、减少切削加工和降低生产成本均有着重要意义。近10年来，精密成形技术都取得了突飞猛进的发展。
精冲技术、冷挤压技术、无飞边热模锻技术、温锻技术、超塑性成形技术、成形轧制、液态模锻、多向模锻技术发展很快。例如电机定转子双回转叠片硬质合金级进模的步距精度可达2μm，寿命达到1亿次以上。集成电路引线框架的20~30工位的级进模，工位数最多已达160个。自动冲切、叠压、铆合、计数、分组、转子铁芯扭斜和安全保护等功能的铁芯精密自动叠片多功能模具。新型轿车的大尺寸覆盖件成形、大功率汽车的六拐曲轴成形。700mm轮机叶片精密辊锻和精整复合工艺，楔横轧汽车、拖拉机精密轴类锻件。除传统的锻造工艺外，近年来半固态金属成形技术也日趋成熟，引起工业界的普遍关注。所谓半固态成形，是指对液态金属合金在凝固过程中经搅拌等特殊处理后得到的具有非枝晶组织结构，固液相共存的半固态坯料进行各种成形加工。它具有节省材料、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，被
誉为21新兴金属塑性加工的关键技术。此外，在粉末冶金和塑料加工方面，金属粉末锻造成形，金属粉末超塑性成形，粉末注射成形、粉末喷射和喷涂成形以及塑料注射成形中热流道技术，气体辅助技术和高压注射的成功应用，大大扩充了现代精密塑性成形的应用范围。
3现代模具的发展趋势
模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志。本文详细介绍了国内模具技术的现状，探讨了我国模具技术今后的发展趋势。还比较了我国和国外模具技术的差距及产生差距的原因。因此，我国要想提高技术，必须做出相应的调整，要向大型、精密、复杂、高效、长寿命和多功能方向发展。只有模具技术向着更高方向的发展，才能提高产品的设计制造质量和效率。
3.1我国模具技术的现状
我国模具工业从起步到飞跃发展，历经了半个多世纪，近几年来，我国模具技术有了很大发展，模具水平有了较大提高。大型、精密、复杂、高效和长寿命模具又上了新台阶。模具标准件应用更加广泛，品种有所扩展。模具材料方面，由于对模具寿命的重视，优质模具钢的应用有较大进展。正由于模具行业的技术进步，模具水平得以提高，模具国产化取得了可喜的成就。历年来进口模具不断增长的势头有所控制，模具出口稳步增长。
20世纪80年代以来，国民经济的高速发展对模具工业提出了越来越高的要求，同时为模具的发展提供了巨大的动力。这些年来，中国模具发展十分迅速，模具工业一直以15% 左右的增长速度快速发展。振兴和发展中国的模具工业，日益受到人们的重视和关注。“模具是工业生产的基础工艺装备”已经取得了共识。目前，中国有17000多个模具生产厂点，从业人数约50多万。在模具工业的总产值中，冲压模具约占50%，塑料模具约占33%，压铸模具约占6%，其他各类模具约占11%。近年来，中国模具工业企业的所有制成分也发生了变化。除了国有专业厂家外，还有集体企业、合资企业、独资企业和私营企业，他们都得到了迅速的发展。许多模具企业十分重视技术发展。加大了用于技术进步的投入力度，将技术进步作为企业发展的重要动力。此外，许多研究机构和大专院校也开展了模具技术的研究与开发。
中国塑料模工业从起步到现在，历经半个多世纪，有了很大发展，模具水平有了较大提高。在大型模具方面已能生产48in大屏幕彩电塑壳注射模具、6.5kg大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具，精密塑料模具方面，已能生产照相机塑料件模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具。经过多年的努力，在模具CAD/ CAE/CAM技术、模具的电加工和数控加工技术、快速成型与快速制模技术、新型模具材料等方面取得了显著进步；在提高模具质量
和缩短模具设计制造周期等方面做出了贡献。
进入21世纪，在经济全球化的新形势下，随着资本、技术和劳动力市场的重新整合，中国装备制造业在加入WTO以后，将成为世界装备制造业的基地。而在现代制造业中，无论哪一行业的工程装备，都越来越多地采用由模具工业提供的产品。为了适应用户对模具制造的高精度、短交货期、低成本的迫切要求，模具工业正广泛应用现代先进制造技术来加速模具工业的技术进步，这是各行各业对模具这一基础工艺装备的迫切需求。
3.2我国模具技术与国外的差距
产需矛盾
工业发展水平的不断提高，工业产品更新速度加快，对模具的要求越来越高，尽管改革开放以来，模具工业有了较大发展，但无论是数量还是质量仍满足不了国内市场的需要，目前满足率只能达到70%左右。造成产需矛盾突出的原因，一是专业化、标准化程度低，除少量标准件外购外，大部分工作量均需模具厂去完成。加工企业管理的体制上的约束，造成模具制造周期长，不能适应市场要求。二是设计和工艺技术落后，如模具CAD/CAM技术采用不普遍，加工设备数控化率低等，亦造成模具生产效率不高、周期长。总之，是拖了机电、轻工等行业发展的后腿。
产品结构、企业结构等方面
模具按国家标准分为十大类，其中冲压模、塑料模占模具用量的主要部分。按产值统计，我国目前冲压占50%-60%，塑料模占25-30。国外先进国家对发展塑料模很重视，塑料模比例一般占30%-40%。国内模具中，大型、精密、复杂、长寿命模具比较低，约占20%左右，国外为50%以上。我国模具生产企业结构不合理，主要生产模具能力集中在各主机厂的模具分厂(或车间)内，模具商品化率低，模具自产自用比例高达70%以上。国外，70%以上是商品化的。 产品水平
衡量模具产品水平，主要有模具加工的制造精度和表面粗糙度，加工模具的复杂程度、模具的使用寿命和制造周期等。
4现代模具工业的发展趋势
具制造技术，主要是根据设计图纸，用仿型加工，成形磨削以及电火花加工方法来制造模具。而现代模具不同，它不仅形状与结构十分复杂，而且技术要求更高，用传统的模具制造方法显然难于制造，必须借助于现代科学技术的发展，采用先进制造技术，才能达到它的技术要求。当前，整个工业生产的发展特点是产品品种多、更新快、市场竞争剧烈。为了适应市场对模具制造的短交货期，高精度、低成本的迫切要求，模具将有如下发展趋势：
愈来愈高的模具精度；
日趋大型化模具：一方面是由于用模具成形的零件日渐大型化，另一方面也是由于高生产率要求的一模多腔所致。
扩大应用热流道技术：由于采用热流道技术的模具可提高制件的生产率和质量，并能大幅度节约制件的原材料，因此热流道技术的应用在国外发展较快，许多塑料模具厂所生产的塑料模具50%以上采用了热流道技术，甚至达到80%以上，效果十分明显。热流道模具在国内也已生产，有些企业使用率上升到20%~30%。
进一步发展多功能复合模具：一副多功能模具除了冲压成形零件外，还担负着叠压、攻丝、铆接和锁紧等组装任务，这种多功能复合模具生产出来的不再是单个零件，而是成批的组件，可大大缩短产品的生产及装配周期，对模具材料的性能要求也越来越高。 日益增多高挡次模具; 进一步增多气辅模具及高压注射成型模具：随着塑料成形工艺的不断改进和发展，为了提高注塑件质量，气辅模具及高压注射成型模具将随之发展。 增大塑料模具比例：随着塑料原材料的性能不断提高，各行业的零件将以塑代钢，以塑代木的进程进一步加快，使塑料模具的比例日趋增大。同时，由于机械零件的复杂程度和精度的逐渐提高，对塑料模具的制造要求也越来越高。
增多挤压模及粉末锻模：由于汽车、车辆和电机等产品向轻量化发展，如以铝代钢，非全密度成形，高分子材料、复合材料、工程陶瓷、超硬材料成形和加工。新型材料的采用，不仅改变产品结构和性能而且使生产工艺发生了根本变革，相应地出现了液态（半固态）挤压模具及粉末锻模。对这些模具的制造精度要求是高的。 日渐推广应用模具标准化； 大力发展快速制造模具。
上述的目标其实也是正是我国要努力发展的目标，是我国模具行业要改进与学习的地方，是不断缩小与国外水平的最好途径。
5塑性成形的新技术
5.1高速高能成形
一种在极短时间内释放高能量而使金属变形的成形方法。包括： 电液成形 电磁成形 少无切削成形
5.2精密模锻
在模锻设备上锻造出形状复杂、锻件精度高的模锻工艺。
5.3粉末锻造
该方法是粉末冶金成形和锻造相结合的一种加工方法。普通的粉末冶金件，其尺寸精度高，而塑性、韧度差。锻件的力学性能虽好，但精度低。将二者取长补短，便产生了粉末锻造方法。
5.4液态模锻
实质是把液态金属直接浇入金属型内，以一定压力作用于液态(或半液态)金属并保压，金属在压力下结晶并产生局部塑性变形。液态模锻实际上是铸造加锻造的组合工艺。它兼有铸造工艺简单、成本低，又有锻造产品性能好、质量可靠等优点。对于生产形状较复杂的工件，且在性能上又有一定要求时，液态模锻更能发挥其优越性。
5.5超塑性成形
超塑性成形指金属或合金在特定条件下。即低的变形速率(=10-2～10-4s-1)一定的变形温度(约为熔点的一半)和均匀的细晶粒度(平均直径为0.2～5μm)，其相对伸长率δ超过100％以上的特性。例如钢可超过500％、纯钛超过300％、锌铝合金超过1000％。
超塑性状态下的金属在拉伸变形过程中不产生缩颈现象，金属的变形应力可比常态下降低几倍至几十倍。因此，超塑性金属极易成形，可采用多种工艺方法制出复杂零件。
5.6微成形
微成形指以塑性加工的方式生产至少在二维方向上尺寸处于亚毫米量级的零件或结构的工艺技术。
5.7内高压成形
内高压成形是近10 多年来迅速发展起来的一种成形方法，它是结构轻量化的一种成形方法，是利用液体压力使工件成形的一种塑性加工工艺。作为生产支叉管等管路配件的一种方法，可追溯到30年前，但成形压力一般小于30MPa。近年来，由于超高压液压技术的成熟，德国和美国已将该成形技术用于机器零件的制造，其成形压力一般大于400MPa，有时超过1000MPa。目前，已用于汽车等机器制造领域的实际生产。
5.8可变轮廓模具成形
对于小批量多品种板料件成形，例如舰艇侧面的弧形板、航空风洞收缩体板、飞机的蒙皮都是三维曲面，但批量很小甚至是单件生产，由于工件尺寸大，这样模具成本很高，何况即使模具加工完成，也有一个需要修模与调节的过程，因此
用可变轮廓模具成形一直是塑性加工界及模具界的研究方向之一。
5.9半固态成形
半固态成形是20世纪70年代发展起来的金属成形新技术，指对经过特殊处理的固体坯料加热，或在液态金属凝固过程中加以搅拌等处理而得到的具有非枝晶结构的固相、液相组织共存的半固态坯料进行成形加工，得到所需形状和性能的制品的加工方法。它主要包括半固态锻造、半固态挤压、半固态轧制、半固态压铸等工艺类型，在汽车、通讯、航空、航天、国防等领域得到了越来越广泛的应用，被称为21世纪新兴的金属制造关键技术之一。
6当代塑性成形技术的研究方向
国内塑性成形技术与国外从上文可以看出还是有不小的差距，为了塑性成形技术逐步达到国际水平，不仅仅从理论分析，模具的设计、结构材料以及环保等方面来提升塑性成形技术的水平，随着现代数字化技术的迅猛发展，以上可以提升的方面在不久的将来就是拼的数字化的竞争力，所以我着重从数字化方面说一下数字化塑性成形的未来研究方向。
6.1设计数字化技术
为了提高设计质量，降低成本，缩短产品开发周期，近年来，学术界提出了并行设计、协同设计、大批量定制设计等新的设计理论与方法，其核心思想是：借助专家知识，采用并行工程方法和产品族的设计思想进行产品设计，以便能够有效地满足客户需求。实施这些设计理论与方法的基础是数字化技术，其中基于知识的工程技术（KBE）和反向设计技术是两项重要支撑技术。6.1.1反向设计
以实物模型为依据来生成数字化几何模型的设计方法即为反向设计。反向设计并不是一种创造性的设计思路，但是通过对多种方案的筛选和评估，有可能使其设计方案优于现有方案，并且缩短方案的设计时间，提高设计方案的可靠性。反向设计是产品数字化的重要手段之一，作为21世纪数字化塑性成形技术的重要环节，反向设计这种思想对于消化吸收国外模具设计的先进技术，提高我国的模具设计水平具有重要的意义。6.1.2基于知识的工程设计
众所周知，模具设计是一个知识驱动的创造性过程，它包含了对知识的继承、集成、创新和管理。随着世界制造业竞争的加剧，创新产品的开发已成为竞争的关键，而创新产品的竞争优势在于其所拥有的知识含量。随着智能技术的发展与完善，如何将人类知识作为改造传统产业的原动力已成为重要的研究课题。
6.2分析数字化技术
6.2.1数字化模拟
金属塑性成形过程的机理非常复杂，传统的模具设计也是基于经验的多反复性过程，从而导致了模具的开发周期长，开发成本高。面对激烈的市场竞争压力，模具行业迫切需要新技术来改造传统的产业，缩短模具的开发时间，从而更有效地支持相关产品的开发。塑性加工过程的数值模拟技术正是在这一背景下产生和发展的。6.2.2虚拟现实
虚拟现实技术是实际制造过程在计算机上的本质实现，即采用计算机仿真与虚拟现实技术，在计算机上群组协同工作，实现产品的设计、工艺规划、加工制造、性能分析、质量检验，以及企业各级过程的管理与控制等产品制造的本质过程，以增强制造过程各级的决策与控制能力。
6.3制造数字化技术
6.3.1高速制造
高速加工技术是自上个世纪80年代发展起来的一项高新技术，其研究应用的一个重要目标是缩短加工时的切削与非切削时间，对于复杂形状和难加工材料及高硬度材料减少加工工序，最大限度地实现产品的高精度和高质量。由于不同加工工艺和工件材料有不同的切削速度范围，因而很难就高速加工给出一个确切的定义。6.3.2快速原型
现代意义上的快速成型技术始于70 年代末期出现的立体光刻技术（SLA），它是汹涌而来的数字化浪潮在加工领域中不可避免的延拓：连续的曲面被离散成用STL文件表达的三角面片，零件在加工方向上被离散成若干层。这种离散化使得任意复杂的零件原型都可以加工出来，加工过程也大大简化了。
进入新世纪后，制造技术的发展将随着市场的全球化、竞争的激烈化、需求的个性化、生产的人性化而体现出制造技术的信息化、科学化和服务化的趋势。数字化以其柔性好、响应快、质量高、成本低，正在成为先进制造技术的核心。特别是近些年来研究提出和发展的很多先进制造理论和方法，如计算机集成制造、智能制造、敏捷制造、虚拟制造、网络化制造等等，无一不是受益于数字化计算机技术的发展和应用。因此，我们必须从战略的高度大力开展数字化制造技术的研究开发和加速用数字化制造技术改造传统制造业的发展规划。
7总结
经过将近一个世纪的衍生与发展，塑性成形技术与科学这一古老而年轻的领域中已经结出茂盛的果实，但同时，我们更应感到新世纪所赋予在肩的重任。为了保持和促进学科旺盛的生命力，为了塑性成形技术与科学的崭新辉煌，我们责
无旁贷，我们任重道远！
参考文献
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第一届塑性成形前沿与创新研讨会 篇5
2011年11月12～14日, 由华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室举办的第一届塑性成形前沿与创新研讨会在湖北省咸宁市举行。国家自然科学基金委员会工程与材料科学部机械与制造科学处王国彪教授基于国家自然科学基金的申报和资助情况, 对塑性成形领域基础研究的现状进行了详细的分析, 并指出大家应进一步深入思考中国成形制造研究在国际上的学术地位与影响力, 思考现代力学/数学/材料科学等在推动塑性成形基础研究方面的作用。西北工业大学杨合教授作了题为“高性能轻量化精确塑性成形的前沿问题”的研究报告, 上海交通大学彭颖红教授作了题为“微通道平行流换热管成形加工技术”的研究报告, 湖南大学李光耀教授作了题为“轻量化车身结构成形工艺设计中的若干问题”的研究报告, 山东大学赵国群教授作了题为“高速列车车体铝合金型材挤压制造关键技术及应用”的研究报告, 华中科技大学李建军教授作了题为“塑性成形技术的创新研究”的研究报告, 哈尔滨工业大学单德彬教授作了题为“微纳尺度材料塑性屈服行为”的研究报告, 武汉理工大学华林教授作了题为“塑性加工组织性能变化的若干问题”的研究报告, 中国科学院金属研究所张士宏教授作了题为“304不锈钢脉动加载的增塑机理及其应用”的研究报告, 北京科技大学王宝雨教授作了题为“非圆截面轴类零件楔横轧成形技术”的研究报告, 上海交通大学陈军教授作了题为“计算超高强度钢冲切韧性断裂准则阈值的新方法”的研究报告, 西安交通大学赵升吨教授作了题为“塑性成形的伺服直接驱动技术”的研究报告, 太原科技大学刘建生教授作了题为“我国大锻件成形技术的最新进展”的研究报告, 湖南大学李落星教授作了题为“汽车用铝镁合金先进挤压成形技术及应用”的研究报告。
与会代表一致认为, 本次研讨会从基础研究、技术创新等不同的角度, 充分展示了国内塑性成形领域的研究现状和发展水平, 对今后的研究工作具有重要的指导意义。
微塑性成形 篇6
1 金属塑性成形多尺度建模思路
金属材料在塑性变形过程中存在多尺度效应。多尺度建模仿真是系统深入研究该多尺度效应的有效方法。目前, 被学者们普遍采用的多尺度包括:宏观尺度 (>10-3 m) 、细观尺度 (10-6~10-3 m) 、微观尺度 (10-9~10-6 m) 以及纳观尺度 (10-14~10-9 m) 。各个尺度的模型特征及建模方法如表1所示[1]。基于其模型特征, 这些多尺度模型被应用于不同的研究方面。
目前文献中报道的多尺度模型可以归为以下3种情况: (1) 采用不同几何尺度和相应本构理论建立的多个尺度相对独立的模型; (2) 根据上一尺度提供的变形约束条件建立的下一尺度模型; (3) 采用内变量传递多尺度间信息的耦合模型 (也被称为多尺度模型) 。但是, 这些模型或多或少地割裂了多尺度响应间的物理关系, 模拟结果与反映多尺度变形机制这一目标还有较大的差距。
为此, 学者们提出了多尺度层阶模型 (Multiscale hierarchical model, MHM) [2]。MHM模型的建模思路如图1所示。该模型从最小尺度 (最本质的物理机制) 出发, 建立该尺度上的变形响应。通过对该变形响应的均匀化, 作为上一尺度材料点的变形响应。以此类推, 直到宏观尺度。因此, 该方法自下而上形成了材料多尺度变形机制分析方法, 而自上而下形成了材料多尺度设计方法。不过, 该方法是近几年国际上新提出的建模方法, 理论和方法都不够成熟, 尤其是多尺度之间的均匀化方法有待于后续大量的研究工作。
2 金属塑性成形的宏观建模方法
在对多尺度建模思路分析的基础上, 首先对金属塑性成形过程的宏观建模方法进行讨论。在宏观建模方面, 主要有经验模型、内变量模型和人工神经网络模型等。这些模型的特征、优/缺点见表2。经验模型是学者们在解决实际问题中应用最为广泛的模型, 它针对特定的成形过程, 基于大量实验数据拟合而来。但其属于纯粹的唯像型模型, 物理意义不明确, 通用性差。因此, 通过在经验模型中引入表征其物理量变化的内变量, 将经验模型改造为具有一定物理意义的内变量模型, 既保证了计算的高效率, 又扩大了模型的应用范围。但是, 内变量模型一般都参数众多, 其数值确定同样依赖于大量的试验数据, 比较困难。而人工神经网络模型基于对人脑神经学习能力的模仿, 建立起只对少量试验样本进行学习即可自组织、自适应的高精度预测模型。总体而言, 宏观模型均是基于试验数据的唯像模型, 对于解决实际成形问题具有针对性和直接性, 但其在理论深度和揭示成形物理机制方面尚有欠缺。
3 金属塑性成形的细观建模方法
为了研究宏观变形诱导的组织演化机制与规律, 并弄清组织演化反过来对宏观变形的影响规律, 细观建模仿真必不可少。不过, 对于细观尺度大小的定义, 学者们有不同的理解。普遍认为, 在晶粒、位错尺度范围内的模型为细观模型 (也有学者称之为介观模型) 。细观模型需要解决的是宏观变形条件下, 细观尺度上的晶粒形态变形、位错滑移、新晶粒的形核与长大、相转变等物理机制问题。因此, 细观模型被认为是细观几何尺度模型与细观物理机制模型的结合。由于钛合金等轻质高强材料在各行各业中的广泛应用, 对细观组织形态的研究显得格外重要。材料 (如钛合金) 不同的组织形态会导致不同服役性能。这使得只获得细观组织统计数据 (如晶粒尺寸、体积分数等) 的预测模型丧失了预测的先进性。目前报道的细观尺度模型比较多, 如几何法 (Geometry method, GM) [13]、顶点法 (Vertex method, VM) [14]、蒙特卡罗法 (Monte Carlo, MC) [15]、相场法 (Phase field, PF) 、元胞自动机法 (Cellular automata, CA) [16]以及晶体塑性模型 (Crystal plasticity, CP) [17]等。表3详细列举了MC、CA和CP的特征及优缺点。从表3中可以看出, MC模型和CA模型在模拟预测细观组织形态演化方面, 以及CP模型在预测细观变形响应和织构演化方面, 都有很明显的优势。但是, MC和CA模型最初是结合金属凝固过程提出来的, 对变形及其细观力学响应方面的计算能力较弱, 它们默认各个元胞的变形是均匀的, 这与实际的变形过程不相符。CP模型从位错滑移、孪生等的角度描述金属材料塑性变形的细观行为, 同时考虑晶粒的取向及其在变形过程中的演化 (即织构演化) , 对预测非均质材料及非均匀变形过程有较强的优势。不过其不包含组织形态演化信息, 难以预测塑性变形过程中的组织形态演化问题。因此, 一种新思路是将MC和CA模型以及CP模型的优缺点结合起来。这是近几年国际上提出的研究思路, 将在下一节着重论述。
4 金属塑性成形的宏细观耦合建模方法
金属塑性变形过程是伴随着细观组织形态演化的金属流动过程, 因此, 研究该过程中的细观组织形态演化和应力应变响应及其之间的同步耦合作用对于研究金属材料成形成性一体化理论与技术具有重要意义。而细观尺度的模型 (如CA、CP等) 往往不能兼顾该方面研究对变形规律研究和组织形态演化规律研究的双重要求。所以, 将两种 (或以上) 细观模型相结合, 进行耦合建模是目前国际上多尺度建模方面的研究热点。
2000年德国马普所Raabe教授等[28]率先建立了CA与CPFEM相结合的耦合模型, 用于计算材料的静态再结晶行为。虽然该工作没有涉及变形过程, 且其模型为顺序耦合模型, 没有涉及组织形态演化对变形过程的影响, 但该模型开创了组织形态演化模型 (CA) 与变形响应模型 (CPFEM) 相结合的先河, 为这个方向的建模工作提供了借鉴。鉴于该模型为顺序耦合模型, 没有实现变形过程与组织形态演化的同步耦合响应, Xiao等[29]提出了近似同步模型, 以反映组织形态演化对变形过程的影响。然而, 该模型同样没有实现真正意义上的组织演化与变形分析之间的同步耦合响应。
本文提出了一种同步耦合模型, 其建模思路如图2所示。建模过程为: (1) 采用CPFEM计算变形响应, 通过在CPFEM中设置输出, 输出各个单元节点的变形信息; (2) 建立与CPFEM几何尺寸一致的CA模型, 并将其网格与CPFEM网格一一对应起来; (3) 将CPFEM计算的每一步节点变形信息映射到CA模型中, 以反映真实变形过程; (4) 采用CA方法计算变形过程中的组织形态演化, 并将每个元胞 (单元) 的组织信息输出; (5) 将输出的组织信息反馈给CPFEM中的单元, 使得有限元的下一步计算建立在更新组织信息的网格基础上。通过这5个步骤可以实现完全耦合的组织形态演化与变形响应同步预测。然而, 该方法中存在以下问题: (1) 计算的每一步都输出节点变形信息和单元组织信息, 计算量太大, 计算效率很低; (2) CPFEM与CA相比计算效率较低, 与CA一样多的网格导致有限元计算效率太低。针对这两个问题, 我们提出的解决思路是: (1) 设置较长的时间间隔 (如大于0.01s) 进行一次变形与组织更新; (2) 在CPFEM中划分较少的网格, 用其一个单元的变形信息来描述CA模型中的一组元胞的变形情况。这虽然是一种近似的方法, 可能会导致计算误差, 但是该方法可有效提高耦合模型的计算效率。
5 结语
微塑性成形 篇7
许多汽车零件是经过塑性成形制成的,例如汽车的车身、底盘结构件、油箱和散热器片等。出于对汽车零件尺寸精确度、表面光洁度、内部组织均匀度等方面的追求,对塑性成形技术也提出了更高的要求。高性能润滑剂可保护金属在成形过程中出现断裂、压裂或被焊接到模具上等情况。 好的润滑剂还能减少摩擦热量,使金属流动不间断并能控制起皱或断裂。随着汽车用钢板迅速向高强度化和轻量化方向发展,高强度钢板的应用日益广泛,随之而来的问题是钢板的强度越高,成形越困难,成形质量越差[1]。摩擦是除正边力外, 主要影响成形质量的因素[2]。在汽车车身承力梁高强钢板的热成形工艺等严酷工况条件下,存在高温、高负荷和高压等摩擦界面,传统的油脂已不能实现有效润滑甚至失去润滑能力。一些学者提出了粉末颗粒润滑[3]。粉末颗粒润滑具有耐高温、 高压、承载稳定以及不污染环境等特点,其通过承载、减摩、绝热、抗氧化来适应摩擦副接触表面的速度差,进而减少两表面的摩擦磨损现象。
粉末润滑已经得到国内、外很多学者的关注, 学者们从微观和宏观角度来研究粉末润滑的物理性质。一些微观物理量,如颗粒粒径,会影响粉末流动[4];颗粒物质原子结构也是影响粉末润滑的重要因素[5];同时宏观工况以及摩擦界面设计同样在粉末润滑中起到至关重要的作用。Wang[6,7]等在粉末种类、摩擦副结构和工况条件等方面对润滑效果的影响做了大量研究。针对苛刻条件下的塑性成形摩擦界面,考虑不同试件表面结构(实际中就是模具的表面结构)条件对摩擦因数、温度以及表面微观形貌等的影响,从而探索其对粉末润滑特性的影响机理,以期望对生产过程进行指导。
2试验装置
图1为试验装置的试件装夹示意图。图中右侧是试验机试验过程图片;中间为试件装夹示意图; 左侧是上、下试样实物图。由图可知,下试件夹具放置在关节轴承上,起到调心作用,下试件固定在夹具内,并在其上铺设一定质量的石墨粉末,上试件连接在电机输出轴端。每次试验前,用相同型号的砂纸打磨上试件,将下试样装夹在夹具内,并用丙酮清洗上、下试件,再将夹具放置在关节轴承上, 在夹具侧边插入温度和摩擦力传感器,通过液压泵推动夹具向上运动,使上、下试件在夹具内形成一定的载荷压力。试验中,注意观察和记录计算机显示屏中温度及摩擦因数这两个主要参数的变化情况。试验后,利用数码相机和扫描电子显微镜(JSM-6490LV)对试件摩擦表面进行观察。
3摩擦因数和温度变化规律
为探究试样表面结构对粉末边界层形成的影响,用开有三种槽口的上试件表面进行试验。上试件开槽口对粉末颗粒的进入与挤出都有着至关重要的作用。为便于研究,试验中用试件表面不同数量的槽口代表试件表面结构的改变,位置为均布。三种上试件表面结构示意图如图2所示。
图3为在不同上试件表面结构下摩擦因数和温度随时间变化的曲线。试验条件为载荷2 MPa,速度0.4 m/s,石墨粉量0.8 g,试验时间10 min。图3(a)可知,六槽口上试件对界面润滑效果最好;无槽口最差。在开始阶段,在无槽口结构上试件试验中,摩擦因数最小;两槽口次之;六槽口最大。槽口越少保证了粉末与表面接触压力均匀且密封性好, 有利于形成稳定的边界层,减小摩擦因数;而随着摩擦时间的进行,边界层粉末逐渐耗散,无槽口表面得不到粉末补充,边界层开始变薄,如图4(a)所示。从图3(b)温度曲线可以看出,槽口越多,温度越低,说明槽口对散热起到了很好的作用。
4边界层表面微观形貌分析
图4是利用数码相机和激光扫描电子显微镜观察的下试件边界层表面状态图。图4(a)是无槽口下的边界层表面,边界层局部未被覆盖,试样表面边界层不完整,有成片的黄色铜基体裸露,边界层较薄, 润滑效果较差;图4(b)是两槽口下的边界层表面状态,可以看出边界层覆盖范围明显好于图4(a),只有少量的基体表面未被粉末覆盖,边界层较完整;图4(c)则是六槽口下的表面,由于摩擦过程中,石墨粉末补充及时,在下试件表面有较厚实的润滑层, 形成了完整的边界层,润滑减磨效果最好。
5结论
在塑性冲压成形过程中,模具与零件之间的摩擦严重影响零件的成形质量和精度。通过上试件表面结构的改变来探索润滑界面演化情况,得到以下结论:总体上看,槽口多的上试件对界面润滑效果最好,无槽口的最差,槽口越多对于散热越有力;含有较少槽口的表面更有利于颗粒介质快速进入微凸体的凹坑,形成薄而光滑的边界层表面,但易损耗破坏,摩擦条件越来越差,而多槽口表面,则有利于粉末持续进入摩擦副,进入界面的粉末越多,边界层表面粗糙度越大,易形成完整的边界层,摩擦因数较小,润滑减磨效果好。
参考文献
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微塑性成形 篇8
一、铝合金旋压塑性成形的有限元模拟分析
(一)铝合金旋压塑性成形的有限元模拟现状
随着科学技术的飞速发展,对于有限元模拟数值的计算以及精确度在不断的完善。通过有限元计算结果与实验的结果进行对比,不断提升有限元模拟的精确度。但是在铝合金旋压塑性成形的过程中,尽管有限元模拟计算的结果相对精确,但是由于实验场所的温度的不可测性,特别是铝合金在温度有10摄氏度的变化的时候,使得铝合金的流动场的分布就会形成极大的反差。除了有限元模拟的计算结果不能够完全套用到实验场所之外,对于铝合金旋压塑性成形的过程中还会引起铝合金模具发生起皱、断裂的现象,在有限元模拟的过程中对于起皱、断裂的现象是可以进行预测和规避的。在实验完成之后还会出现铝合金成形之后由于卸载的工序而出现的回弹的现象,有限元模拟也可以使得回弹现象趋减到最小。在铝合金旋压塑性成形的有限元模拟的过程尽管有些误差是不可避免的,但是通过对有限元模拟仿真技术的使用,可以有效避免可控失误的发生,从而达到缩短制作周期,节省人力物力的效果,对实际的生产活动中起着举足轻重的作用。
(二)旋压成形加工工艺
铝合金旋压就是利用了铝合金能够在高温、高压下能够进行塑性流动,进而锻造成所需要的产品。对铝合金旋压成形首先需要建立有限元模拟模型,根据金属材料的特性、产品的要求,利用物理、数学等知识建立一种有限元模拟计算进而能够很好的对试验现场作业进行调控。在铝合金旋压塑性成形的生产过程中所采用的旋压工艺是将强力旋压与普通旋压相结合,对铝合金进行可塑性和流动性的塑性重塑。由于铝合金与其他的钢材相比,铝合金的塑性较差的特点,所以在对铝合金进行旋压是要特别注意对旋轮与模具之间的间隙要合理,如果旋轮与模具之间的间隙过小,那么会致使产品的壁厚变薄,而旋轮与模具之间的间隙过大时,又会导致产品壁出现断裂的情况,无论过小还是过大都会对成品的壁厚的均匀性也会产生不利影响。除此之外,还要注意对模具的表面的粗糙程度进行控制。旋压成形加工工艺需要对铝合金的特性进行分析,在使用旋压技术过程,需要对每个环节都要谨慎行之,才能获得符合标准的成品。
(三)采用有限元模拟的优势
科学技术的研发和使用都在便利着人们的生活、生产方式。有限元模拟在生产中的应用可以通过对比有限元模拟数值与实际作业差别,不断对有限元模拟的设计功能进行全方位的完善,通过不断的完善,可以减少设计成本,能够缩短设计时长。通过模拟各种试验方案,在产品正式大规模生产之前预先发现潜在的问题,并不断完善设计方案,进而达到预期的效果。在生产成品的作业中,采用优化设计不仅可以降低对材料的浪费,还可以减少对试验时间以及经费的浪费,节约生产成本,增强企业的社会竞争力。
二、铝合金旋压塑性成形的有限元模拟应用
(一)有限元模拟的应用
有限元模拟仿真技术在信息时代的实用性极为广泛,有限元模拟可以使用有限的、相互关联的单元对无限复杂的物体进行模拟,通多建模分析并计算出相应的结果,使得复杂工程问题简单化。而且由于在有限元模拟的过程中采用了计算机编制的软件,这样还可以使得工程问题得到规范化的解决,有利于生产者在生产的过程中实现资源的共享化,也可以促使生产者在相互合作的过程中实现对产品的升级换代。有限元模拟的应用由于采用了科技手段得以更好的实现推广和更新。
(二)铝合金旋压塑性成形的有限元模拟应用范围广
随着科技不断应用到生产领域,极大的推动了生产的高效率化。铝合金旋压塑性成形只是有限元仿真技术领域的重要组成部分,除此之外,有限元分析在冶金、航空领域、国防军工、能源等各个领域都发挥着中重要的作用。在一些传统实验方法难以实现对产品的把控,这时对有限元模拟仿真技术的应用会更加注重。有限元技术并不是完美无缺的,但是其优势也是显而易见的,在信息时代,可以促使企业在对有限元模拟运用技术方面实现资源共享,不断推进企业朝着知识化、技术化的方向发展,突破传统实验瓶颈,不断实现质的突破,生产出高质量的产品。
三、小结
本文结合个人多年的工作和实践经验,主要从铝合金旋压塑性成形的有限元模拟现状、旋压成形加工工艺以及采用有限元模拟仿真技术的优势等三个方面对铝合金旋压塑性成形的有限元模拟进行了分析,并对有限元模拟的应用展开了简要的论述。目前,有限元仿真技术在生产过程中虽然不能做到完美,但是能够极大的为企业的生产节约成本,提高企业效益。由于个人所学知识和阅历的局限性,未能够做到面面俱到,但是希望通过本文能够引起广大学者及企业对有限元仿真技术的进一步关注,不断促进有限元技术的进一步完善,促进社会资源的合理分配。
参考文献
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微塑性成形 篇9
2010年是我国“十一五”计划的完成年, 是国家科技计划重大专项“高档数控机床与基础制造装备”的执行年。“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项子课题中有多个塑性精密成形技术的项目和重型、大型锻压装备的项目。为了共同探讨中国塑性加工 (锻压) 业对制造装备和工艺的需求, 以及精密成形技术和设备的自主创新, 将于2010年9月25日在湖北省宜昌市举办“高档数控机床与制造工艺创新技术——精密塑性成形技术论坛”。针对塑性成形技术中塑性精密成形技术的发展, 总结“十一五”, 展望“十二五”, 开创精密成形技术的新篇章。
1.论坛主题:
面向塑性成形技术与装备、近净成形技术需求, 发展自主创新的制造装备和先进塑性成形装备与工艺。
2.主要议题
(征文内容) :①塑性成形先进技术与装备 (高速数控冲床、大型锻压设备、精密锻压技术) ;②航空航天、汽车、船舶、电站对塑性成形技术的工艺需求及新型装备;③精密塑性成形技术的产、学、研结合和发展途径;④企业自主创新能力的培育;⑤如何推动国产化装备和工艺技术在行业中的应用。
3.论坛日程
(2010年9月25日～26日) :①邀请主管部门负责人和直接参与“高档数控机床与基础制造装备”项目的负责人作论坛报告;②来自锻压骨干企业、参与国家重大研究的典型装备制造企业、研究机构的高管、专家和学者进行论坛发言 (可自愿申请报名演讲) 。③选择本次会议的征文进行专题交流。
4.联系方式:
北京市海淀区学清路18号 塑性工程学会秘书处 邮编:100083 电话:010-62920654, 82415084 传真:010-62920654 E-mail:duanya@cmes.联系人:张倩生 刘竹楠