金屬塑性成形的產(chǎn)品主要集中在運(yùn)載、能源、化工及國防工業(yè)的各種重大裝備中,往往是重要承力件、關(guān)鍵傳動(dòng)件和安全保障件。例如汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子、葉片、葉輪,航空器起落架、渦輪盤,機(jī)車車軸、連桿,載重汽車的前軸、轉(zhuǎn)向節(jié)、轎車等速萬向節(jié)、覆蓋件等。在家用電器、計(jì)算機(jī)、辦公用品和其他民用產(chǎn)品中、電子電器產(chǎn)品中也大量采用各種鍛壓成形件。這些行業(yè)近年來的發(fā)展對金屬塑性成形技術(shù)提出了新的要求和發(fā)展方向,即精密化、數(shù)字化、高效化、輕量化和低能耗。
金屬塑性成形的產(chǎn)品主要集中在運(yùn)載、能源、化工及國防工業(yè)的各種重大裝備中,往往是重要承力件、關(guān)鍵傳動(dòng)件和安全保障件。例如汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子、葉片、葉輪,航空器起落架、渦輪盤,機(jī)車車軸、連桿,載重汽車的前軸、轉(zhuǎn)向節(jié)、轎車等速萬向節(jié)、覆蓋件等。在家用電器、計(jì)算機(jī)、辦公用品和其他民用產(chǎn)品中、電子電器產(chǎn)品中也大量采用各種鍛壓成形件。這些行業(yè)近年來的發(fā)展對金屬塑性成形技術(shù)提出了新的要求和發(fā)展方向,即精密化、數(shù)字化、高效化、輕量化和低能耗。
精密化趨勢
我國鍛壓生產(chǎn)長期以來處于一種粗放狀態(tài),以能源消耗高、材料利用率低、環(huán)境影響嚴(yán)重為主要特點(diǎn)。為適應(yīng)科學(xué)發(fā)展觀和可持續(xù)發(fā)展的理念,對精密成形技術(shù)提出了更高的要求,如:當(dāng)前國際造船業(yè)現(xiàn)狀是“船等機(jī)(即中、低速柴油發(fā)動(dòng)機(jī)),機(jī)等軸(即柴油機(jī)曲軸),一軸難求”。說明船用柴油機(jī)曲軸制造技術(shù)是當(dāng)今造船業(yè)的核心技術(shù)。船用曲軸鍛造成形難度極大,材料利用率低,廢品率高。長期以來國際上只有日本、韓國和西班牙可以提供船用曲軸商品鍛件和成品。其重量達(dá)幾十噸的船用曲軸鍛件的料凈比(鍛件重量/成品重量)達(dá)到1.2比1,真正實(shí)現(xiàn)全纖維近凈成形。而我國船用曲軸鍛件料凈比只能達(dá)到1.8比1,曲柄單面加工余量達(dá)60~80mm,金屬纖維都被切斷,影響了機(jī)械性能。又如:轎車發(fā)動(dòng)機(jī)連桿的重量公差由2.5%降到1.0%,沖壓覆蓋件車身裝配幾何尺寸標(biāo)準(zhǔn)差(6σ)在1990~1993年間,從6mm降到了3mm;1993~1995年又從3mm降到2mm。今天轎車工業(yè)已進(jìn)入要求實(shí)現(xiàn)“近零沖壓”的階段,要求尺寸偏差進(jìn)一步降到1mm以下,力求實(shí)現(xiàn)“亞毫米”公差水平,“近零沖壓技術(shù)”是當(dāng)前企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。
十字軸、交叉軸、萬向節(jié)行星輪等幾十種轎車精密零件,材料利用率要從40%提高到80%~90%,齒輪精鍛尺寸精度提高到無需機(jī)械加工的程度。迅速發(fā)展大量優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)能、省力的塑性成形新技術(shù),實(shí)現(xiàn)工業(yè)界夢寐以求的“凈成形”(無余量的完全零件形狀-Net shape)的奮斗目標(biāo)是當(dāng)前的主要發(fā)展方向,尤其是冷溫?zé)峋艹尚渭夹g(shù)、精密沖裁技術(shù)與裝備的進(jìn)步將成為精密化的核心。
冷鍛成形是一種優(yōu)質(zhì)、高效、低消耗的先進(jìn)制造技術(shù),被廣泛地用于汽車零件的大批量生產(chǎn)中。當(dāng)前國外一臺(tái)普通轎車采用的冷鍛件總量40~45kg,其中齒形類零件總量達(dá)10kg以上。冷鍛成形的齒輪單件重量可達(dá)1kg以上,齒形精度可達(dá)IT7級。閉塞冷鍛是在封閉凹模內(nèi)通過一個(gè)或兩個(gè)沖頭單向或?qū)ο驍D壓金屬一次成形,獲得無飛邊的近凈形精鍛件。一些轎車精密零件如行星齒輪、半軸齒輪、星形套、十字軸等如果采用切削加工方法,不僅材料利用率很低(平均不到40%),而且耗費(fèi)工時(shí)多,生產(chǎn)成本極高。國外采用閉塞鍛造技術(shù)生產(chǎn)這些凈形鍛件,省去絕大部分切削加工,制件性能優(yōu)異,成本大幅度降低。冷擠傳動(dòng)軸花鍵技術(shù),已經(jīng)在輕型載貨車上應(yīng)用。冷鍛技術(shù)成形精度比溫鍛和熱鍛都要高,在精密成形領(lǐng)域有著其獨(dú)特的優(yōu)勢。
冷鍛技術(shù)在我國的起步雖然不算太晚,但發(fā)展速度與發(fā)達(dá)國家有很大的差距。到目前為止,我國生產(chǎn)的轎車上的冷鍛件重量不足15kg,相當(dāng)于發(fā)達(dá)國家的三分之一,開發(fā)潛力很大,加強(qiáng)冷鍛技術(shù)開發(fā)與大公稱壓力長行程冷鍛壓力機(jī)開發(fā)是實(shí)現(xiàn)精密化的有效技術(shù)路線。
激光加工隨著光、機(jī)電、材料、計(jì)算機(jī)、控制技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)逐步發(fā)展成為一項(xiàng)新的加工技術(shù)。具有加工對象廣,熱變形及熱影響區(qū)小,加工精度高、節(jié)約能源、非接觸式加工、自動(dòng)化加工等顯著的優(yōu)點(diǎn),對提高產(chǎn)品質(zhì)量和勞動(dòng)生產(chǎn)率、實(shí)現(xiàn)加工過程自動(dòng)化、消除污染、減少材料消耗等的作用愈來愈重要。激光加工系統(tǒng)的應(yīng)用比例大致如下。激光切割設(shè)備約占60%,激光焊接設(shè)備約占20%,激光熱處理、熔覆設(shè)備約占15%,激光快速制造等約占5%,主要用于航空零部件及其它高端產(chǎn)品的直接制造等。
數(shù)字化趨勢
近幾年由于市場需求的多樣化,加以機(jī)械和控制技術(shù)的進(jìn)步,促使金屬板料無模成形有了新發(fā)展。目前典型的板料無模成形方法有旋壓成形、成形錘漸進(jìn)成形、多點(diǎn)成形和數(shù)字化漸進(jìn)成形。汽車覆蓋件的樣件試制數(shù)字化成形是多點(diǎn)成形技術(shù)的重要發(fā)展方向,實(shí)現(xiàn)汽車覆蓋件的多點(diǎn)成形,將使板料數(shù)字化多點(diǎn)成形技術(shù)推進(jìn)到一個(gè)更為廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。另外,飛機(jī)的數(shù)字化制造正日益成為一個(gè)緊迫的課題。數(shù)字化漸進(jìn)成形技術(shù)可以直接應(yīng)用于汽車工業(yè)、航空航天飛行器、醫(yī)療器械等產(chǎn)品的制造上。利用漸進(jìn)成形的方法相比一次拉伸成形的傳統(tǒng)工藝能加工出曲面更復(fù)雜、延伸率更高的成形件。數(shù)字化漸進(jìn)成形作為一種新的無模、柔性成形新工藝,是一項(xiàng)多學(xué)科交叉的工藝技術(shù),它的發(fā)展可推動(dòng)相關(guān)學(xué)科尤其是快速成形技術(shù)和塑性加工理論的發(fā)展,具有重要的理論意義,初步的工業(yè)應(yīng)用也顯示出該技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景和巨大的開發(fā)潛力。
持續(xù)、穩(wěn)定、準(zhǔn)時(shí)生產(chǎn)出合格產(chǎn)品是企業(yè)的目標(biāo),而信息化建設(shè)是企業(yè)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的快捷手段,通過數(shù)字化技術(shù)實(shí)現(xiàn):對生產(chǎn)過程,質(zhì)量狀態(tài)一目了然; 引入條碼掃描和無線視頻數(shù)據(jù)采集,可將產(chǎn)品信息快速錄入; 快速形成生產(chǎn)管理的各類統(tǒng)計(jì)分析報(bào)表,提高工作效率;動(dòng)態(tài)的質(zhì)量分析報(bào)表可以準(zhǔn)確評估質(zhì)量水平,提高競爭能力,對管理決策進(jìn)行數(shù)據(jù)支持; 建立完整的產(chǎn)品質(zhì)量電子檔案,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量可追溯; 動(dòng)態(tài)監(jiān)控庫存量,減少資金占用,對企業(yè)運(yùn)營成本及效益了如指掌,通過企業(yè)信息化建設(shè)推動(dòng)企業(yè)自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)。