近净成形技术发展与现状

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近净成形技术

一、
技术概述
  _/ U: R+ R% `, j$ G近净成形技术是指零件成形后，仅需少量加工或不再加工，就可用作机械构件的成形技术。它是建立在新材料、新能源、机电一体化、精密模具技术、计算机技术、自动化技术、数值分析和模拟技术等多学科高新技术成果基础上，改造了传统的毛坯成形技术，使之由粗糙成形变为优质、高效、高精度、轻量化、低成本的成形技术。它使得成形的机械构件具有精确的外形、高的尺寸精度、形位精度和好的表面粗糙度。该项技术包括近净形铸造成形、精确塑性成形、精确连接、精密热处理改性、表面改性、高精度模具等专业领域，并且是新工艺、新装备、新材料以及各项新技术成果的综合集成技术。
7 I4 R) _; F* X9 @$ U: P' a二、
6 h. n4 n) }! N# j, z, C现状及国内外发展趋势
/ |5 j4 E# N6 O1.不断开发近净成形新技术

; F& N% ?# H' M: c& {! ~+ c工业发达国家一直致力于开发近净成形新技术，在本专题所涉及的各件领域都有很大进展，因而近净形成形所占比重和成形件精度以及成形零件的复杂程度都有很大提高。例如汽车缸体铸件已经做到壁厚在3～4mm，轿车齿轮已有很多可以采用冷挤压生产，齿形不再加工。轿车等速万向节零件是很复杂的零件，已经可以采用精确的塑性成形技术来生产。轿车连杆不仅尺寸精度高，重量偏差也小，轿车连杆重量精度已经可以控制在3～4%以下，这些技术都推动了轿车自重降低和性能提高，随着成形精度提高已经开发了一大批近净成形工艺技术。新材料的发展推动了新的成形技术研究开发，高密度能源（激光、等离子束、电子束等）的发展和用于近净成形，也推出了一批新的近净成形工艺。所有这些都使这项技术形成了五彩纷呈、竞相发展的局面。在我国近净成形技术在整个成形制造生产中所占比重还比较低，成形件精度总体水平平均要比发达国家低1～2个等级，一些新技术只有少数企业采用，不少复杂难成形件我国还不能生产，部分先进成形设备、机械手机器人，很大一部分高水平自动化生产线国内还不能成套提供，因此总体水平要比国外落后15～25年。
6 O1 s6 K/ e5 i2.应用工艺模拟技术，优化净成形工艺参数

传统的成形技术是建立在经验和实验数据基础上的技术，制定一个新的零件成形工艺在生产时往往还要进行大量修改调试。计算机和计算技术发展，特别是非线性问题的计算技术发展，使成形过程的模拟分析和优化成为可能，国外通过大量工作已经形成铸造、锻造、复盖件冲压、模具CAD/CAM等多项商业软件，有力推动了近净成形技术发展，我国在模拟分析研究方面已经做了不少工作，但力量分散，每个单位的投入都不足，单项研究多，成为商品软件的很少，现在国外成形软件相继进入国内市场，也暴露出成本高、不适合国情等问题。如何组织国内力量。从国情出发，把优势单位组织起来，开展工艺模拟和优化工作，开发先进适用软件，是当前应当解决的问题。
3.不断开发适于近净成形生产用机器人和机械手
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近净成形通常是大批量生产，需要建设自动生产线，需要有相应的机械手和机器人，由于工作环境的多样性，通常又在高温下工作，因此近净成形机械手和机器人与一般冷加工和装配用的机器人有不同特点，在国外针对不同成形工艺需要，通过多年工作已经掌握了一系列成形机械手和机器人的设计制造技术，我国生产用成形机器人和机械手除部分引进消化发展和自行开发能提供企业需要外，多数产品还需要研究开发或通过引进消化吸收发展，逐步形成系列化。
4.开展并使用近净成开自动生产线和柔性生产线建线和控制技术，不断提高生产效率

& `+ R2 Y+ }5 f. H0 @& V国外大批量生产的近净成形多数采用了自动线生产，因而具有生产率高、质量稳定、劳动条件好等优点，在工业发达国家这种生产线研究和建设已有几十年历史，并且随着人们对产品个性化的要求，已经出现一些柔性生产线。我国一些重点企业在70～80年代前期依靠引进设备陆续建立了一些近净成形生产线，（例如70年代未期二汽购进了德国奥姆科公司的一万二千吨热模锻压力机生产自动线）。其后通过引进和自主开发，我国在90年代初已经能够全部依靠国内技术和设备建设热模锻生产线。还有很多生产线建设技术，国内尚未掌握，在下个世纪初十年必须掌握这些技术，才能根据国内企业需求，建设不同自动化程度的生产线和柔性生产线。
; G! K, v1 {; ]* O5.重视近净成形生产过程的质量控制，提高质量一致性

国外企业为了保证产品质量一方面加强管理，做好生产全过程的质量控制，另一方面通过生产过程中的自动化和智能控制以保证近净成形生产质量稳定，并且开发各种在线检测和无损检测技术和仪器，并且进行了统计过程控制技术的研究和应用，从而使成形件的质量和精度可靠。上述几项关键技术我国还有不小差距，也需要尽快掌握，从而保证最终成形件质量。
; ]1 W6 o  |9 K6.发展近净成形技术的虚拟制造和网络制造
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; T0 X1 C( e% z) F$ ~4 C8 K# K随着计算机及网络技术的发展近年来虚拟制造和网络制造在国外开始得到重视和发展，我国近净成形企业普遍规模较小，技术力量不足，信息不灵。由于近年来我国网络信息业的迅速发展，我国一批科研机构和学校又积累了一批研究成果和软件，如果通过协会、学会、生产力促进中心多种途径把企业和研究单位、学校组织起来，开展虚拟制造和网络制造，进行有偿服务，有可能是科研成果商品化的有效途径，也将是提高行业整体技术水平的有效途径。
三、目标及主要研究内容
' e4 e0 h. N1 H% _" a/ J& E) u& w1.目标
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0 X- P$ \* j+ S- E7 y通过科技攻关和产业化，使近净成形技术在主要方面能赶上或接近国际先进水平，并在部分技术上有创新；通过攻关技术的成熟化、产业化、成套化、既可向企业提供先进成套技术，也可提供单项技术以满足企业的需要，争取做到国内技术可满足企业需求的85～90%，在大部分方向上可基本档住成套技术装备进口。
. {8 f9 S3 t$ v! m2.主要研究内容
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（1）近净形成形新技术及其产业化：含“近净成形铸造”、“精确塑性成形”、“优质高效精确连接”、“精确热处理改性”、“优质高效表面改性及涂层”、“复杂高精度模具”等技术及其综合应用，针对上述方向中企业急需且复盖面广的新技术和共性技术开展研究，提供新工艺、新方法、新装备，积累完善的技术数据，并达到实用化。
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（2）近净成形工艺模拟分析和优化：研究解决成形工艺模拟的关键技术，使三维模拟软件完善化、成熟化、商品化，为近净成形提供优化的工艺参数。
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) j6 _# Y. w) Z5 x# E) `（3）近净成形生产线用机械手和机器人：研究近净成形生产线所需典型（锻压、冲压、压铸、焊接等）机械手和机器人，使之达到系列化、成熟化、满足生产线建设需要。

5 }, m+ J2 H0 y( f# \  f（4）近净成形生产自动线和柔性生产线建线技术：以工艺技术为核心研究掌握近净形成形自动生产线建线技术，侧重研究生产线控制和在线检测技术，做到能根据企业生产纲领和可能提供的资金建设不同机械化、自动化程度的生产线，也要根据发展需要，建设部分柔性生产线。
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（5）生产过程的质量控制技术：通过在线智能控制技术、无损检测技术和统计过程控制技术的研究应用，达到对近净形成的全过程质量控制，从而是保证最终产品质量。

（6）近净成形技术的虚拟制造和网络制造技术：针对本行业中小企业多，国内企业技术水平低的特点，与协会、学会、生产力促进中心紧密结合，建立虚拟制造和网络制造系统。