金属塑性成形的产品主要集中在运载、能源、化工及国防工业的各种重大装备中,往往是重要承力件、关键传动件和安全保障件。例如汽轮机发电机的转子、叶片、叶轮,航空器起落架、涡轮盘,机车车轴、连杆,载重汽车的前轴、转向节、轿车等速万向节、覆盖件等。在家用电器、计算机、办公用品和其他民用产品中、电子电器产品中也大量采用各种锻压成形件。这些行业近年来的发展对金属塑性成形技术提出了新的要求和发展方向,即精密化、数字化、高效化、轻量化和低能耗。
金属塑性成形的产品主要集中在运载、能源、化工及国防工业的各种重大装备中,往往是重要承力件、关键传动件和安全保障件。例如汽轮机发电机的转子、叶片、叶轮,航空器起落架、涡轮盘,机车车轴、连杆,载重汽车的前轴、转向节、轿车等速万向节、覆盖件等。在家用电器、计算机、办公用品和其他民用产品中、电子电器产品中也大量采用各种锻压成形件。这些行业近年来的发展对金属塑性成形技术提出了新的要求和发展方向,即精密化、数字化、高效化、轻量化和低能耗。
精密化趋势
我国锻压生产长期以来处于一种粗放状态,以能源消耗高、材料利用率低、环境影响严重为主要特点。为适应科学发展观和可持续发展的理念,对精密成形技术提出了更高的要求,如:当前国际造船业现状是“船等机(即中、低速柴油发动机),机等轴(即柴油机曲轴),一轴难求”。说明船用柴油机曲轴制造技术是当今造船业的核心技术。船用曲轴锻造成形难度极大,材料利用率低,废品率高。长期以来国际上只有日本、韩国和西班牙可以提供船用曲轴商品锻件和成品。其重量达几十吨的船用曲轴锻件的料净比(锻件重量/成品重量)达到1.2比1,真正实现全纤维近净成形。而我国船用曲轴锻件料净比只能达到1.8比1,曲柄单面加工余量达60~80mm,金属纤维都被切断,影响了机械性能。又如:轿车发动机连杆的重量公差由2.5%降到1.0%,冲压覆盖件车身装配几何尺寸标准差(6σ)在1990~1993年间,从6mm降到了3mm;1993~1995年又从3mm降到2mm。今天轿车工业已进入要求实现“近零冲压”的阶段,要求尺寸偏差进一步降到1mm以下,力求实现“亚毫米”公差水平,“近零冲压技术”是当前企业关注的焦点。
十字轴、交叉轴、万向节行星轮等几十种轿车精密零件,材料利用率要从40%提高到80%~90%,齿轮精锻尺寸精度提高到无需机械加工的程度。迅速发展大量优质、高效、节能、省力的塑性成形新技术,实现工业界梦寐以求的“净成形”(无余量的完全零件形状-Net shape)的奋斗目标是当前的主要发展方向,尤其是冷温热精密成形技术、精密冲裁技术与装备的进步将成为精密化的核心。
冷锻成形是一种优质、高效、低消耗的先进制造技术,被广泛地用于汽车零件的大批量生产中。当前国外一台普通轿车采用的冷锻件总量40~45kg,其中齿形类零件总量达10kg以上。冷锻成形的齿轮单件重量可达1kg以上,齿形精度可达IT7级。闭塞冷锻是在封闭凹模内通过一个或两个冲头单向或对向挤压金属一次成形,获得无飞边的近净形精锻件。一些轿车精密零件如行星齿轮、半轴齿轮、星形套、十字轴等如果采用切削加工方法,不仅材料利用率很低(平均不到40%),而且耗费工时多,生产成本极高。国外采用闭塞锻造技术生产这些净形锻件,省去绝大部分切削加工,制件性能优异,成本大幅度降低。冷挤传动轴花键技术,已经在轻型载货车上应用。冷锻技术成形精度比温锻和热锻都要高,在精密成形领域有着其独特的优势。
冷锻技术在我国的起步虽然不算太晚,但发展速度与发达国家有很大的差距。到目前为止,我国生产的轿车上的冷锻件重量不足15kg,相当于发达国家的三分之一,开发潜力很大,加强冷锻技术开发与大公称压力长行程冷锻压力机开发是实现精密化的有效技术路线。
激光加工随着光、机电、材料、计算机、控制技术的发展已经逐步发展成为一项新的加工技术。具有加工对象广,热变形及热影响区小,加工精度高、节约能源、非接触式加工、自动化加工等显着的优点,对提高产品质量和劳动生产率、实现加工过程自动化、消除污染、减少材料消耗等的作用愈来愈重要。激光加工系统的应用比例大致如下。激光切割设备约占60%,激光焊接设备约占20%,激光热处理、熔覆设备约占15%,激光快速制造等约占5%,主要用于航空零部件及其它高端产品的直接制造等。
数字化趋势
近几年由于市场需求的多样化,加以机械和控制技术的进步,促使金属板料无模成形有了新发展。目前典型的板料无模成形方法有旋压成形、成形锤渐进成形、多点成形和数字化渐进成形。汽车覆盖件的样件试制数字化成形是多点成形技术的重要发展方向,实现汽车覆盖件的多点成形,将使板料数字化多点成形技术推进到一个更为广阔的应用领域。另外,飞机的数字化制造正日益成为一个紧迫的课题。数字化渐进成形技术可以直接应用于汽车工业、航空航天飞行器、医疗器械等产品的制造上。利用渐进成形的方法相比一次拉伸成形的传统工艺能加工出曲面更复杂、延伸率更高的成形件。数字化渐进成形作为一种新的无模、柔性成形新工艺,是一项多学科交叉的工艺技术,它的发展可推动相关学科尤其是快速成形技术和塑性加工理论的发展,具有重要的理论意义,初步的工业应用也显示出该技术具有广阔的应用前景和巨大的开发潜力。
持续、稳定、准时生产出合格产品是企业的目标,而信息化建设是企业实现目标的快捷手段,通过数字化技术实现:对生产过程,质量状态一目了然; 引入条码扫描和无线视频数据采集,可将产品信息快速录入; 快速形成生产管理的各类统计分析报表,提高工作效率;动态的质量分析报表可以准确评估质量水平,提高竞争能力,对管理决策进行数据支持; 建立完整的产品质量电子档案,实现产品质量可追溯; 动态监控库存量,减少资金占用,对企业运营成本及效益了如指掌,通过企业信息化建设推动企业自动化的实现。