【正文】 方便、快捷地做出過去很難做出的結(jié)構(gòu)件，為新產(chǎn)品開發(fā)提供有力技術(shù)支撐 ； ④ 較傳統(tǒng)成形產(chǎn)品改善生產(chǎn)條件、減少對環(huán)境污染，成為一種清潔生產(chǎn)技術(shù)，為可持續(xù)發(fā) 展創(chuàng)造有利條件。 作用 精密成形技術(shù)是先進制造技術(shù)的一個重要內(nèi)容，幾乎所有的機械零部件都要通過成形與改性 才能具有所需的形狀及實用功能。據(jù)統(tǒng)計，全世界約有 75%的鋼材要經(jīng)過塑性加工，有 45%以 上的鋼材采用焊接技術(shù)得以成形。以汽車為例，據(jù)德國預(yù)測，到 2020年，汽車總重量的 65% 仍將 由鋼材（約 45%）、鋁合金（約 13%）及鑄鐵（約 7%）通過鍛壓、焊接或鑄造成形，并通 過熱處理及表面改性獲得最終所需的實用性能［ 1］。在工業(yè)發(fā)達國家精密成形鑄件 已占鑄件總產(chǎn)量的25%～ 30%，而其產(chǎn)值達到鑄件總產(chǎn)值的 50%左右。 泉州輕工 學 院 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 27 精密成形技術(shù)的發(fā)展對提高一個國家的工業(yè)競爭力有重大影響。美國競爭委員會在 1991年向 美國總統(tǒng)提交的美國未來技術(shù)優(yōu)先權(quán)的研究報告中，把精密成形與加工技術(shù)列為美國處于柔 弱地位的技術(shù)，建議政府予以重視與支持。 我國制造業(yè)在一個相當長的時期將獲得快速發(fā)展，據(jù)預(yù)測一直到2020年制造業(yè)占我國 GDP的 比重將保持在 35%左右的較高值， 2020年后雖然制造業(yè)的比重呈下降趨勢，但其絕對值仍然 不斷增加；預(yù)計2020年國內(nèi)機械產(chǎn)品需求 2 萬億元， 2020年達 3 萬億元；到 2020 年汽車總需求 量為 290 萬輛～ 330 萬輛，其中轎車 130 萬輛～ 140 萬輛。制造業(yè)特別是機械制造業(yè)的發(fā)展，要求 生產(chǎn)過程節(jié)約能源、節(jié)約材料、提高資源利用效率，這已成為能否以低成本、高質(zhì)量、高效 率參與國際市場競爭的十分重要的問題。發(fā)展、應(yīng)用精密成形技術(shù)就是一個有效途徑。 2 現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 現(xiàn)狀 近 30年來，精密成形技術(shù)在國外以很快的速度發(fā)展。大量優(yōu)質(zhì)、高效、少無切削的新型成形 與改性技術(shù)得到發(fā)展，并在工業(yè)中獲得廣泛應(yīng)用，如氣化模鑄造、樹脂自硬砂組芯造型等近 凈形鑄造技術(shù)；超塑成形、精密熱鍛、精密冷溫成形等精密塑性成形技術(shù)；氣體保護焊、激 光焊、真空電子束焊等精密連接技術(shù)。為了加快產(chǎn)品設(shè)計，近 10泉州輕工 學 院 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 28 年來發(fā)展了快速原型 /零件 制造技術(shù)，它打破了材料 “ 去除 ” 的成形原理，采用 “ 累積 ” 成形。目前已開始用于不同領(lǐng) 域，并獲得了巨大的經(jīng)濟效益。 為了提高制造成形的質(zhì)量，特別是在大型零件制造中，減少實驗工作量以實現(xiàn)一次制造成功 ，工藝模擬技術(shù)獲得了飛速發(fā)展，首先在鑄造領(lǐng)域進入了商品化階段，在焊接、鍛壓、熱處 理方面也取得了很大成績。 為了改善人類生存環(huán)境，綠色制造成形也在不斷發(fā)展，人們力求在制造成形過程中，最大限 度地減少對環(huán)境的污染。為了日益擴大人類活動范圍，各種水下切割與連接，以及表面改性 技術(shù)獲得發(fā)展與應(yīng)用，已可在水下 200 m 深處進行操作。隨著航空、航天事業(yè)的發(fā)展，在空 間進行連接與改性已有必要，這方面也取得突破性進展。 近年來，精密成形技術(shù)在我國得到迅速發(fā)展［ 2］。在近凈形鑄造技 術(shù)方面，近幾年 重點發(fā)展了熔模精密鑄造、陶瓷型精密鑄造、消失模鑄造等新技術(shù)。采用消失模鑄造生產(chǎn)的 鑄件質(zhì)量好，鑄件壁厚公差達到了 177。 mm ，表面粗糙度 Ra25 μm 。電渣熔鑄工藝已 用于大型水輪機的導葉生產(chǎn)。 1997 年研究成功的電渣鑄接新工藝，鑄接了一塊 300 mm190 mm700 mm 的試驗件。高強度、形態(tài)復雜、薄壁、凈重 t 的鋁合金鑄件也獲成功；在精 密塑性成形技術(shù)方面，重點發(fā)展了熱鍛技術(shù)、冷精壓技術(shù)、成形軋制技術(shù)、精沖技術(shù)和超塑 成形技術(shù)。依靠我國力量建設(shè)的汽車前梁、羊角和轎車連桿生 產(chǎn)線已達到國泉州輕工 學 院 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 29 際先進水平。 汽車前軸精密輥鍛和模鍛復合工藝，其生產(chǎn)線投資僅為以萬噸熱模鍛壓力機為主方案的 1/5～ 1/8；精密連接與切割技術(shù)方面，重點發(fā)展了電子束焊接、水下焊接和切割技術(shù)、逆變焊接 電源及藥芯焊絲制造技術(shù)。已研究開發(fā)成 5 kW CO2 焊接與切割工藝及設(shè)備。 一批先進的新型、高效、優(yōu)質(zhì)、高精度成形技術(shù)在機械工業(yè)生產(chǎn)中被大量采用，如鑄造方面 ，采用了感應(yīng)電爐雙聯(lián)熔煉技術(shù)，爐前微機自動檢測控制技術(shù)，通過采用新技術(shù)，鐵水溫度 由 1350℃ ～ 1450℃提高到 1500℃ 左右；樹脂砂鑄造從無到有，鑄 件質(zhì)量達到當代工業(yè)先進國 家同類企業(yè)的先進水平，大型鑄鋼件已達 330 t 以上；鍛造方面，已基本掌握了精鍛、精沖 、冷擠等少無切削鍛壓工藝，基本掌握了熱鍛生產(chǎn)線成套技術(shù)，鍛造用最大鋼錠達 400 t， 已成功地鍛造了 300 MW、 600 MW 大型火電機組成套鍛件和核電壓力殼鍛件；焊接方面，基本 掌握了精密切割、氣體保護焊及埋弧自動焊等先進技術(shù)，焊接成套設(shè)備、焊接機器人、焊接 生產(chǎn)線和柔性制造系統(tǒng)已經(jīng)使用；熱處理及表面改性方面，已基本掌握或推廣應(yīng)用了可控氣 氛熱處理、真空熱處理、低溫化學熱處理、激光表面合金化， PVD、 CVD及其復合技術(shù)也成功 地應(yīng)用于工模具，無污染自泳涂裝技術(shù)廣泛應(yīng)用于工程機械，在節(jié)能節(jié)材方面取得明顯效果 。 “ 九五 ” 期間，國家將 “ 精密成形與加工研究開發(fā)和應(yīng)用示范 ”列為重點科技攻關(guān)項目 ［ 3］。通過該項目的實施，圍繞汽車等重大產(chǎn)品以及跟蹤國際精密成形技術(shù)的前沿，在 汽車薄壁球鐵件金屬型鑄泉州輕工 學 院 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 30 造、鋁合金金屬型精密成形、精密熱鍛件、冷精鍛和閉塞鍛造、復 雜形狀接插件、大型覆蓋件沖壓成形、大功率固體激光加工、離子束表面復合改性、金屬表 面合金化復合強化、快速原型制造及應(yīng)用等方面，取得一批具有國際先進 水平的科技成果， 并且預(yù)計可研究開發(fā)成新產(chǎn)品 20種、工業(yè)應(yīng)用示范生產(chǎn)線 14 條、中試生產(chǎn)點 12 個、綜合應(yīng)用 示范廠 1 個。 發(fā)展趨勢 成形精度向凈成形的方向發(fā)展 當前精密成形技術(shù)已在較大程度上實現(xiàn)了近凈成形，即制造接近零件形狀的工件毛坯，較傳 統(tǒng)成形技術(shù)減少了后工序的切削量，減少了材料、能源的消耗。發(fā)展趨勢是實現(xiàn)凈成形，即 直接制成符合形狀要求的工件。據(jù)國際機械加工技術(shù)協(xié)會預(yù)測， 21世紀初，塑性成形與磨 削相結(jié)合，將取代大部分中小零件的切削加工。 成形工藝向新型加工方 法以及復合工藝方向發(fā)展 激光、電子束、離子束、等離子體等多種新能源及能源載體的引入，形成多種新型成形與改 性技術(shù)，一些特殊材料 (如超硬材料、復合材料、陶瓷等 )的應(yīng)用造就了一批新型復合工藝的 誕生，如超塑成形 /擴散連接技術(shù)。 泉州輕工 學 院 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 31 成形裝備沿著 “ 單機自動化 流水線自動化 柔性、集成系統(tǒng) ” 方向 發(fā)展 由于激烈的市場競爭，生產(chǎn)方式將由大批量單品種轉(zhuǎn)向多品種變批量，為快速響應(yīng)市場又要 求成形的高速度，各類傳感器技術(shù)、計算機技術(shù)、信息和控制技術(shù)的發(fā)展支撐著精密成形裝 備從單機到系統(tǒng)的自動化、柔 性化、集成化。 成形質(zhì)量控制朝過程智能化方向發(fā)展 質(zhì)量控制是為了保證優(yōu)化的工藝，提高產(chǎn)品質(zhì)量，保證穩(wěn)定不變的工藝條件得到分散度極小 的均一的產(chǎn)品質(zhì)量。為此，在生產(chǎn)過程自動化、工藝參數(shù)在線控制、生產(chǎn)工藝因素對工藝效 果影響的模擬基礎(chǔ)上，實現(xiàn)控制過程智能化，并實現(xiàn)上述目標，是當前的主要方向。 工藝模擬及優(yōu)化技術(shù)獲得飛速發(fā)展，工藝由 “ 技藝 ” 向 “ 工程科學 ” 方向 發(fā)展 精密成形技術(shù)的一個重要發(fā)展趨勢是工藝設(shè)計由經(jīng)驗判斷走向定量分析，應(yīng)用數(shù)值模擬于鑄 造、鍛壓、焊接、熱處理等 工藝設(shè)計中，并與物理模擬和專家系統(tǒng)結(jié)合，來確定工藝參數(shù)、 優(yōu)化工藝方案、預(yù)測加工過程中可能產(chǎn)生的缺陷及采取有效防止措施、控制和保證加工工件 的質(zhì)量。 代表性的技術(shù)有虛擬鑄造技術(shù)，虛擬鍛壓技術(shù)，焊接、熱處理工泉州輕工 學 院 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 32 藝過程模擬及質(zhì)量預(yù)測、組 織性能預(yù)測，成形工藝 模具 產(chǎn)品 CAD/CAM一體化技術(shù)。 精密成形制造向虛擬制造和網(wǎng)絡(luò)制造方向發(fā)展 與制造技術(shù)向虛擬制造和網(wǎng)絡(luò)制造方向發(fā)展，并最終實現(xiàn)全球化生產(chǎn)的方向一樣，精密成形 制造也向虛擬制造和網(wǎng)絡(luò)制造方向發(fā)展，如精密模具制造目前已在國內(nèi)開展 分散網(wǎng)絡(luò)制造的 研究及應(yīng)用示范。 精密成形生產(chǎn)向清潔生產(chǎn)方向發(fā)展 清潔生產(chǎn)技術(shù)是協(xié)調(diào)工業(yè)發(fā)展與環(huán)境保護矛盾的一種新的生產(chǎn)方式，是 21世紀制造業(yè)發(fā)展的 重要特征。 精密成形清潔生產(chǎn)技術(shù)有如下主要意義： ① 高效利用原材料，對環(huán)境清潔； ② 以最小的 環(huán)境代價和最小的能源消耗，獲取最大的經(jīng)濟效益； ③ 符合持續(xù)發(fā)展與生態(tài)平衡。 3 我國應(yīng)重點發(fā)展的精密成形技術(shù)前沿 (1)優(yōu)質(zhì)、高效成形與改性技術(shù) 它涵蓋了現(xiàn)代機械制造技術(shù)中毛坯與模型制造的主要技術(shù)內(nèi)容。其特點是，該項技術(shù)是由多 項 現(xiàn)代科學技術(shù)與傳統(tǒng)成形技術(shù)結(jié)合并改善，使制件的形狀精度和尺寸精度得到很大提高， 從而實現(xiàn)了接近或完全達到成品最終形狀，工件的微觀組織和性能可以進行預(yù)測和控制，以 及優(yōu)質(zhì)高效、低成本。 主要指如下技術(shù)： ① 精密毛坯制造技術(shù)。它是提供高效、精密、泉州輕工 學 院 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 33 高質(zhì)量毛坯的制造技術(shù)。由 于當今技術(shù)的發(fā)展，毛坯制造業(yè)已實現(xiàn)了輕量化、高精度、高質(zhì)量，這里包含了近凈形、無 缺陷鑄造技術(shù)、精確塑性成形技術(shù)、優(yōu)質(zhì)高效連接技術(shù)，以及新型復合成形技術(shù)等。 ②毛坯 和零件的改性和涂層技術(shù)。這是進一步改善毛坯和制件內(nèi)部組織性能，以及提供一個 能適應(yīng) 各種不同工況條件的優(yōu)質(zhì)表面的制造技術(shù)。現(xiàn)代機械性能參數(shù)提高，工況復雜，要適應(yīng)多種 不同工況和環(huán)境，不但要有更高的內(nèi)部組織性能要求，還要求表面耐磨、耐蝕、耐輻射、耐 高溫，要求處理后做到不變形或少變形，這方面包含了兩個內(nèi)容，即精確熱處理技術(shù)、優(yōu)質(zhì) 高效表面改性及涂層技術(shù)。 ③ 大型工件和關(guān)鍵件成形與改性技術(shù)。由于其零件尺寸大，制造 方法和性能要求有別于一般中小件，因此需要單獨進行研究開發(fā)。 ④ 模型和模具制造。為加 速產(chǎn)品開發(fā)，縮短開發(fā)和生產(chǎn)周期，需要解決的配套技術(shù)有快速成形制造技術(shù)和精密模具技 術(shù)。 ⑤ 再制造 技術(shù)。將在使用中因磨損、腐蝕、疲勞等原因造成局部失效，但未造成不可恢 復損傷的重要零部件，采用先進的表面工程、修復熱處理等技術(shù)，優(yōu)質(zhì)、高效、低成本、少 無污染地恢復并改善其性能的系統(tǒng)技術(shù)。 （ 2）精密成形設(shè)備及生產(chǎn)自動化技術(shù) 各種精密成形工藝必須依靠先進的裝備予以實現(xiàn)。自動化的生產(chǎn)過程應(yīng)當是系統(tǒng)本身具有決 策和適應(yīng)的能力，這往往需要裝備有能夠感知加工對象狀況和外部環(huán)境條件的傳感器，在 對各種信息的處理后自動修正系統(tǒng)輸出，以抵抗干擾并消除誤差，同時采用各種先進控制手 段，以達到預(yù)定的加工質(zhì)泉州輕工 學 院 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 34 量并實現(xiàn)高效 、低成本生產(chǎn)的目的。 主要包括新型成形與改性設(shè)備（單機與生產(chǎn)線）自動化技術(shù)、成形與改性工藝過程智能控制 技術(shù)、成形與改性柔性生產(chǎn)線單元和系統(tǒng)技術(shù)、成形與改性過程集成制造系統(tǒng)等。 （ 3）精密成形質(zhì)量控制技術(shù) 精密成形的質(zhì)量控制包括材料化學成分、冶金質(zhì)量、加工過程、制造工藝參數(shù)、工藝與輔助 材料、產(chǎn)品質(zhì)量性能的優(yōu)化控制，破壞性抽查， 100%的無損探傷、無損檢驗、分選等一系列 過程的人工的或自動的控制。它是一種既包括生產(chǎn)技術(shù)，又包括生產(chǎn)質(zhì)量管理的系統(tǒng)工程。 它可以把廢次品消除在生產(chǎn)過程之中，實現(xiàn) 100%合格的全面質(zhì)量控制，而不是最后靠技術(shù)檢 驗科檢出廢品。在生產(chǎn)過程中實現(xiàn)自動控制對節(jié)能、節(jié)材、降低制造成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量、 保證質(zhì)量的均一性、零件的互換性起著重要作用。它的方向是實現(xiàn)控制過程智能化。 主要包括質(zhì)量在線控制技術(shù)、無損檢測與評價技術(shù)、統(tǒng)計過程控制（ SPC）技術(shù)、精密傳感 技術(shù)等。 （ 4）熱加工工藝模擬及優(yōu)化技術(shù) 隨著試驗技術(shù)及計算機技術(shù)的發(fā)展，一門嶄新的交叉技術(shù) 材料熱加工工藝模擬及優(yōu)化設(shè) 計應(yīng)運而生。它一出現(xiàn)立即吸引了大批研究工作者涉及這一領(lǐng)域，成為材料熱加工各個學科 最 為矚目的研究熱點及技術(shù)前沿。 有如下主要研究內(nèi)容： ① 金屬材料熱加工基礎(chǔ)理論及缺陷形成機理。這是建立過程模型及設(shè) 計物理模擬試驗的理論基礎(chǔ)。 ② 金屬材料泉州輕工 學 院 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 35 熱加工宏觀尺度模擬及優(yōu)化控制。模擬、預(yù)測并優(yōu) 化材料在加工成形中的形狀、位置、尺寸及孔洞、裂紋、皺紋等宏觀缺陷的加工結(jié)果。③ 金 屬材料熱加工微觀尺度模擬及優(yōu)化控制。模擬、預(yù)測并優(yōu)化材料微觀組織結(jié)構(gòu)及偏析、混晶、氫致裂紋等微觀缺陷的演化。 ④ 非牛頓流體注塑過程的動態(tài)模擬和優(yōu)化控制。 ⑤ 金屬材料成形改性工藝性的物理模擬和精確評價技術(shù)。 ⑥ 在并行環(huán)境下，工藝模擬與 生產(chǎn)系 統(tǒng)的集成（包括數(shù)據(jù)庫、知識支持系統(tǒng)、專家系統(tǒng)）。 （ 5