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1、金属塑性加工工艺综述摘要：塑性加工技术随着科技的不断进步和生产率的提高，其应用越来越广泛、越来越引起人们的重视。金属材料经过不同的加工过程会导致金相组织的不同变化，进而影响材料的机械性能。本文分析了当前金属塑性加工的各种新技术,并对其进行了归类和分析,预测了金属塑性加工技术的发展趋势。关键词:塑性加工;新技术;发展趋势1引言塑性加工技术是指包括锻造、冲压、挤压、轧制及其他以材料发生永久变形为特点的材料加工技术。塑性加工过程是在一定外力(载荷)和边界条件诸如加载方式、加载速度、约束条件、几何形状、接触摩擦条件、温度场等作用下
2、对材料进行“力”处理和“热处理”的过程,从而使材料发生所希望的几何形状的变化(成形)与组织性能的变化。现代塑性加工业是制造业的一个重要组成部分。随着国民经济的健康持续发展,塑性加工技术迎来了空前的发展机遇,同时也面临诸多挑战。2塑性加工新技术目前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加工相关联的技术发展速度之快,学科领域交叉之广是过去任何时代所无法比拟的。塑性加工新工艺和新设备如雨后春笋般地涌现,把握塑性加工技术的现状和发展前景,有助于及时研究、推广
3、和应用高新技术,推动塑性加工技术的持续发展。2.1基于新能源的塑性成形新技术激光、电磁场、超声波和微波等新能源的应用为塑性加工提供了新的方法。激光热应力成形是利用激光扫描金属薄板,在热作用区域内产生强烈的温度梯度,引起超过材料屈服极限的热应力,使板料实现热塑性变形。激光冲压成形是在激光冲击强化基础上发展起来一种全新的板料成形技术,其基本原理是利用高功率密度、短脉冲的强激光作用于覆盖在金属板料表面上的能量转换体,使其汽化电离形成等离子体,产生向金属内部传播的强冲击波。由于冲击波压力远远大于材料的动态屈服强度,从而使材料产生屈
4、服和冷塑性变形。电磁成形工艺是利用金属材料在交变电磁场中产生感生电流(涡流),而感生电流又受到电磁场的作用力,在电磁力的作用下坯料发生高速运动而与单面凹模贴模产生塑性变形。电磁成形适用于薄壁板料的成形、不同管材间的快速连接、管板连接等加工过程,是一种高速成形工艺。超声塑性成形是对变形体或工装模具施加高频振动,坯料与工装模具之间的摩擦力可以显著降低,引起坯料变形阻力和设备载荷显著降低,并且还能大幅度提高产品的质量和材料成形极限,因此成为一些特殊新材料的最有效加工途径。管材、线材和棒材的拉拔成形、板料拉深成形都可以采用超声塑性
5、成形技术加工。有些金属在常温或低温下不易轧制成形,而采用高温轧制则存在坯料前处理工艺复杂、成品率低,或金属间易发生反应而形成脆性化合物等缺陷。若采用爆炸成形复合后再用常规轧制法加工则可解决上述问题,称为爆炸焊接轧制成形法。2.2基于新介质的塑性成形新技术传统的塑性加工都是利用锤头、模具等刚性物体对坯料施加外部载荷,而液体、气体、黏性物质等新介质在塑性加工中的使用产生了新的成形技术。液压成形技术通过液体压力的直接作用使材料变形,分为板料液压成形技术、管件液压成形技术与流体引伸技术。由于其成形的构件重量轻、质量好,加上产品设计
6、灵活,工艺过程简捷,同时又具有近净成形与绿色制造等特点,在汽车轻量化领域中获得了广泛的应用。气压成形技术主要有热态金属气压成形(HMGF)和快速塑性成形(QPF)技术。HMGF主要是针对管状结构件气压成形,而QPF是针对板料的高温气压成形。新工艺主要通过热活化成形过程,改善材料的成形性能和变形机制,并可获得优化的热处理后力学性能。黏性介质压力成形是近年来新出现的一种金属成形工艺。利用黏性介质不能向各个方向传递均匀压力这个特点实现不均匀的压力加载,从而实现坯料各处分阶段、分部位变形,显著提高坯料的成形极限,对于某些难成形材料
7、如脆性铝合金可以得到表面质量优良的高变形量板料零件。喷丸成形是利用高速弹丸撞击金属板料表面,使受撞击表面及其下一层金属产生塑性变形,导致表面内产生残留应力,在此应力作用下逐步使板料达到要求外形的一种成形方法。目前波音和空中客车等飞机制造公司在其现代客机的生产中都已采用了该技术。其工艺方法有弯曲喷丸、延伸喷丸和预应力喷丸3种。2.3基于不同加载方式的塑性成形新技术传统的塑性成形加载方式为采用模具对整个坯料施加变形载荷,这样的加载方式成形零件时会遇到设备吨位大、生产效率低、能源利用率低等问题,而改变塑性加工的加载方式可得到新的
8、加工工艺。例如旋压、摆动辗压、辊锻、楔横轧等技术都是典型的采用局部连续加载方式成形的。近些年新提出的无模多点成形和数控渐进成形则更是将这种加载方式的变革带到了新的阶段。无模多点成形借助于高度可调整的基本体群构成离散的上、下工具表面,替代传统的上、下模具进行板料的曲面成形。其实质就是将通常整体凸模离散化,
