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本項目創新性提出利用七臺電缸作為模壓機構的伺服驅動元件，相比國外氣缸驅動的玻璃模壓成形設備，更有利于對模壓速度、模壓位置與成形壓力的精密控制。設備使用的工業控制系統，比可編程邏輯控制器更利于對模壓成形過程進行工藝調試、條件優化以及對工藝數據的導入導出。此外，設備還對加熱模塊進行了進一步優化，有更寬的溫度調控范圍。 課題組通過技術攻關，在模具材料制備、微納模具超精密加工與微納光學器件超精密模壓成形方面，已經形成了具完全自主知識產權的玻璃模壓加工工藝。基于開發的全電機伺服驅動精密模壓成形機，可實現在可見光玻璃和紅外玻璃材料上加工自由曲面透鏡、非球面透鏡、微溝槽、微柱面鏡陣列、微棱鏡陣列、微透鏡陣列等光學器件。對于國內微納光學器件制造意義重大。

本課題組創新性提出利用七臺電缸作為模壓機構的伺服驅動元件，相比國外氣缸驅動的玻璃模壓成形設備，更有利于對模壓速度、模壓位置與成形壓力的精密控制。設備使用的工業控制系統，比可編程邏輯控制器更利于對模壓成形過程進行工藝調試、條件優化以及對工藝數據的導入導出。此外，設備還對加熱模塊進行了進一步優化，有更寬的溫度調控范圍。 課題組通過技術攻關，在模具材料制備、微納模具超精密加工與微納光學器件超精密模壓成形方面，已經形成了具完全自主知識產權的玻璃模壓加工工藝。基于開發的全電機伺服驅動精密模壓成形機，可實現在可見光玻璃和紅外玻璃材料上加工自由曲面透鏡、非球面透鏡、微溝槽、微柱面鏡陣列、微棱鏡陣列、微透鏡陣列等光學器件。對于國內微納光學器件制造意義重大。

調壓鑄造技術是在傳統反重力鑄造技術基礎上提出的先進鑄件成形技 術，其主要特點是利用真空預處理、負壓充型、調壓凝固，正壓補縮等 手段降低金屬液含氣量，實現平穩高效充型，避免氣體及夾雜卷入，強 化鑄件凝固順序，改善補縮效果，從而顯著提升鑄件強度和塑性，為提 高材料利用效率，減小構件重量提供空間。由于調壓鑄造技術釆用了負 壓充型方法并在最小壓差原則下實現正壓補縮，因而降低了對鑄型透氣 性及強度的要求，可與砂型鑄造、金屬型鑄造、熔模精鑄、石膏型精密 鑄造等

塑性精密成形是坯料在外力作用下，使金屬在模具中發生塑性變形而成為所需形狀、尺寸和性能的產品加工過程。該工藝能夠解決材料切屑加工困難、加工量大、材料利用率低等問題，既減少了人力物力的浪費，又提高了產品的尺寸精度和使用性能。 1、鋁合金、鈦合金等溫精密模鍛工藝應用 某型號飛機鋁合金法蘭盤無斜度、無余量等溫精鍛件，圖1所示，該鍛件通過一次性成形達到零件外形設計尺寸，內孔和外形無須機械加工。 圖1 鋁合金法蘭盤精密成型件 某型號飛機Ti-1023鈦合金護板接頭等溫精鍛件，圖2所示，該等溫精鍛件外形無余量，為簡單毛坯一次成形。   圖2 鋼板焊接件及鈦合金精鍛件 某型號Ti-1023鈦合金搖臂等溫精鍛件，圖3所示，已通過裝機試飛測試，屬于無斜度無余量精鍛件。                                                                          圖3(a) 鋼搖臂機加件     圖3(b) 鈦合金搖臂等溫精鍛件 圖4所示為某型號發動機TC6鈦合金等溫精鍛件搖臂和指針。研制的鈦合金等溫精鍛件的復雜程度處于國內領先水平。 圖4 鈦合金等溫精鍛件 2、液態模鍛（擠壓鑄造）工藝應用 該工藝可解決鋁合金小型復雜結構件的精密、高效的成型問題。針對氣泵上蓋零件，圖5所示，實現了一模成形（多）兩件、帶側孔抽芯、鋼鑲嵌件等工藝特點，簡化了原加工工藝，降低了制造成本。 圖5 氣泵上蓋液態模鍛件 與某軍工廠合作完成了多功能炮彈殼體液態模鍛工藝研究，圖6所示，炮彈毛坯內孔不加工，材料利用率大幅提高，加工工時大幅度下降，炮彈試驗件經靶場試驗測試滿足設計要求。 圖6 氣泵上蓋液態模鍛件 某航空儀表電器廠傳感器法蘭盤，圖7所示，材料為Ly12，采用液態模鍛技術制取通用毛坯，替代原工藝采用的擠壓棒料直接加工，可加工出8種尺寸規格的零件，降低了材料消耗，縮短了加工周期，節省了加工費用，已實現批量生產。 圖7 氣泵上蓋液態模鍛件 電器安裝基板，如圖8所示，材料為6063鋁合金，采用液態模鍛技術，實現了一模成形兩件，將原數控加工的槽溝一次成形，尺寸達到設計要求，簡化了該零件的加工工藝，縮短了加工周期，提高了生產效率。 圖8 電器安裝基板液態模鍛件 3、鋁合金精密冷擠壓工藝應用 變形鋁合金薄壁深筒“液壓鎖缸體”零件，圖9所示，原工藝采用棒料直接加工而成，加工難度大、材料利用率低；利用冷擠壓技術直接成形，擠壓件要求外形及內孔不加工，表面質量要求高，通過工藝及模具設計優化，零件尺寸精度均達到設計要求，內外表面均不需要加工。 圖9 液壓鎖缸體擠壓件 手機電池用鋁殼毛坯，圖10所示，一次冷擠壓成形工藝，鋁殼壁厚0.3mm，外形尺寸可按要求設計，同時解決了擠壓件的表面質量問題，所開發的工藝可用于成型矩形的各種尺寸規格手機電池鋁殼。 圖10 手機電池殼擠壓件 鋁合金電器屏蔽罩，圖11所示，截面尺寸29×43mm，長度160mm，壁厚1.2mm，采用簡單毛坯一次性擠壓成形，表面質量好，尺寸精度高。 圖11 鋁合金電器屏蔽罩擠壓件

成果簡介精密鍛造成形（或稱閉塞擠壓成形） 是一種新型精密塑性制造技術， 它是當今金屬制品制造先進技術之一。 所開發的閉塞精密擠壓成形工藝技術不僅可以在制造過程中節材、 節能， 縮短產品制造周期， 降低生產成本， 而且可以獲得更好的材料組織結構與性能， 提高產品的安全性、 可靠性和使用壽命。 隨著我國汽車、 摩托車、 兵器、 航空及通用機械等重點產業的發展， 精密塑性加工技術將成為提高產品性能與質量， 提高市場競爭力， 降低制造成本的關鍵技術。成熟程度和所需建設條件本項目自主開發， 技術國內領先， 并已成功應用汽車零部件的工業化制造。項目實施需要有一定的鍛造或擠壓設備以及輔助設施。技術指標（1) 可有效減小變形載荷， 成形復雜結構零件， 縮短工藝流程；（2) 提高材料利用率 10—30%；（3) 提高鍛件尺寸精度， 減少機加工工序和成本；（4) 改善產品力學性能， 提高產品品質；（5) 降低設備負荷 20-50%以上。 可成形鍛件重量范圍大， 與同類產品生產工藝相比節約總成本 15-30%以上。市場分析和應用前景汽車工業是我國重點發展的支柱產業。 近幾年通過不斷自主創新和不惜努力， 汽車工業的規模和品質都得到了飛速發展。 特別是在最近幾年我國汽車工業獨領風騷， 一舉成為世界第一制造大國。 根據國家行業統計 2012 年全國銷售汽車近 1700 萬臺， 今后幾年還將以 10%以上的速度發展。 按照全國年銷售 1700 萬輛計算， 汽車用各類結構件如軸承輪轂、 齒輪坯、 滑塊星套、 發電機磁極等每種零件的實際需求都將達到 3500 萬只以上， （不含汽配市場）。 但目前國內以精密成形技術為核心的發展狀態相對滯后， 采用精密塑性加工的比例與發達國家相比差距較大， 有很大的發展應用空間。社會經濟效益分析項目實施以來， 可以提高產品質量和精度， 同時降低制造成本， 改善制造環境。 不僅為企業帶來可觀的經濟效益， 也能有效地保護了環境， 產生了良好的社會效益。合作方式合作開發、 技術（實施） 許可聯系方式冶金學院 鄭光文 電話： 18155564763 郵箱： 1822147001 @qq.com

精密鍛造成形（或稱閉塞擠壓成形）是一種新型精密塑性制造技術，它是當今金屬制品制造先進技術之一。所開發的閉塞精密擠壓成形工藝技術不僅可以在制造過程中節材、節能，縮短產品制造周期， 降低生產成本， 而且可以獲得更好的材料組織結構與性能，提高產品的安全性、可靠性和使用壽命。隨著我國汽車、摩托車、兵器、 航空及通用機械等重點產業的發展，精密塑性加工技術將成為提高產品性能與質量，提高市場競爭力，降低制造成本的關鍵技術。

采用塑性成形工藝成形具有復雜特征的軸類零件（如螺紋、花鍵、蝸桿、絲杠），相比于傳統的切削加工工藝，零件精度高、機械性能好、生產率高、材料利用率高，是一種高效精確體積成形技術。根據不同零件特征發展一系類新工藝：將中高頻感應加熱同螺紋、花鍵滾壓成形相結合，解決了高強度鋼螺紋、花鍵滾壓成形問題；復合振動的復雜齒形滾軋、擠壓工藝有效改善了成形零件質量；提出了螺紋齒高大、變形量大的長螺紋（絲杠）零件塑性成形方法；發展可鍛軋一體化蝸桿的精密塑性成形工藝等。為之配套的工裝、伺服直驅設備體系與相關技術完備。

本研究針對復雜鑄件整體制造難、制模周期長、資源消耗大等難題，構建無模鑄造復合成形原理及機制，發明復雜砂型/芯數字化柔性擠壓近成形、切削凈成形方法，研發出砂型擠壓/切削復合成形工藝，省去木模、金屬模制造過程。 一、項目分類 關鍵核心技術突破 二、成果簡介 鑄造是我國裝備制造的基礎工藝，無論是農業機械、機床、汽車、船舶，還是航空航天以及國防軍工等領域的發展都離不開鑄件。我國現已成為世界鑄件生產大國，2020年我國各類鑄件總產量達到5195萬噸，較2019年同比增長6.6%，約占世界總產量45%，位居世界第一位。 鑄造主要有砂型鑄造、金屬型鑄造和特種鑄造等，砂型鑄造由于其原材料來源廣泛、成本低、鑄型制造簡便以及應用合金種類多等優點，世界上80%的鑄件都是采用砂型鑄造。對于砂型鑄造工藝來說，模樣、芯盒等模具的設計制造是非常復雜并且耗時的過程，該過程首先需要根據鑄造方案進行模具的設計，然后通過翻模制作砂型和砂芯，之后再將制作好的砂型和砂芯經過組芯、合箱以及澆鑄從而完成金屬毛坯的制造。而高性能復雜整體金屬結構件又是航空航天、國防軍工、軌道交通等領域高端裝備的核心組成部分。因此構件的短流程、高精密、高性能制造是實現我國高端裝備自主研發及制造的關鍵環節。 傳統的金屬成形如模具鑄造、模壓鍛造等需要木模、金屬模的成形工藝，存在工序多、流程長、形性精確控制難等世界性難題，無法滿足多品種、小批量、短流程、高精度的迫切要求，亟需研發新型精密成形基礎前沿機制與方法。本項目將構建數字化精密成形理論體系，涵蓋數字化無模鑄造復合成形和數字化多材質復合鑄型等兩方面，突破了復雜整體構件高效率、高性能、高精度無模成形技術，變革了采用模具造型的傳統砂型鑄造和模壓鍛造生產模式，推動傳統金屬成形模式的創新發展。 復雜砂型/芯曲面柔性擠壓近成形、切削凈成形的數字化無模鑄造復合成形技術與裝備 本研究針對復雜鑄件整體制造難、制模周期長、資源消耗大等難題，構建無模鑄造復合成形原理及機制，發明復雜砂型/芯數字化柔性擠壓近成形、切削凈成形方法，研發出砂型擠壓/切削復合成形工藝，省去木模、金屬模制造過程。揭示了擠壓工藝對砂型透氣性、砂型強度等性能的影響規律，發明了梯度緊實的柔性擠壓成形方法，實現了砂型/芯梯度緊實柔性擠壓近成形。 復雜鑄件形性精確調控的數字化多材質復合成形技術與裝備 本研究針對傳統單一鑄型對結構復雜、壁厚差異大、鑄件形性調控難、尺寸精度差等難題，提出了多材質復合鑄型技術及與鑄件相匹配的多材質復合鑄型及其坎合組裝方法，通過建立多材質復合鑄型與高性能鑄件一體化精確鑄造成形的計算分析模型，構建了多材質復合鑄型的調控原理與方法。揭示了多材質復合鑄型對鑄件溫度場、微觀組織及力學性能的影響規律，研制出石英砂、寶珠砂、鉻鐵礦砂等構成的形性可控鑄型材料配方，實現了鑄型透氣性、固化強度、切削性能的協同調控。研究了傳統鑄型與復合鑄型的凝固溫度曲線，對比了不同工藝所制鑄件的強度，掌握了各鑄型單元的熱力學參數及型砂種類對鑄件性能的影響規律，揭示了金屬液與不同鑄型間的熱力耦合作用機理。 三、創新點及主要技術指標 1.復雜砂型/芯曲面柔性擠壓近成形、切削凈成形的數字化無模鑄造復合成形技術與裝備 本研究揭示了砂粒移位、橋連斷裂、空穴彌合的砂型/芯切削機理，建立了非均質離散體砂型切削模型，發明了一種切削排砂一體化的無模鑄型數字化快速制造方法，實現了高精高效制造，鑄件制造周期縮短50%以上，成本降低30%以上。 2.復雜鑄件形性精確調控的數字化多材質復合成形技術與裝備 本研究實現了對鑄件充型凝固過程的精確調控，提高了復雜鑄件內在質量與外在精度，實現了鑄件性能主動精確調控，使鑄件廢品率從5%～10%降至2%～4%，減重10%～20%。 四、知識產權及獲獎（成果基礎） 知識產權情況： 成果獲授權發明專利46件，其中美日等國際發明專利18件；軟件著作權12件；起草制定國家、行業等標準規范14項；出版專著《無模鑄造》（機械工業出版社，2017）。成果入選并被列為國家工信部《機械基礎件、基礎制造工藝、基礎材料產業“十二五”規劃》（工信部規[2011]509號）中“50項推廣應用的先進綠色制造工藝”的首項技術。 獲獎情況： 2020年國家科學技術進步獎二等獎； 2018年中國機械工業科學技術獎特等獎； 2017年國家技術發明二等獎； 2016年中國機械工業科學技術獎特等獎； 2016年中國專利金獎； 2014年國家科學技術進步獎一等獎； 2012年北京市科學技術獎一等獎； 2011年國家科學技術進步獎二等獎。 五、成果圖片

項目概況 軍事工業中的彈藥部件、微波通訊器材中的殼體、汽車中的安全氣囊、壓縮機中的渦旋殼體等都屬于鋁合金殼體類零件。這些鋁合金殼體都是具有異型型腔的盲孔類零件，其尺寸精度要求高、內孔型腔復雜和光潔度要求相當高，而且內孔側壁與底面相交部分的圓角半徑極小，內孔側壁相交部分的圓角較小。 對于形狀復雜、型腔深度較淺的盤狀類鋁合金殼體以及型腔深度較深的筒形類鋁合金殼體，采用精密鍛造成形工藝及模具等成套加工技術在硬鋁合金如2A12、鍛鋁合金如6063和6061、超硬鋁合金如7A04等鋁合金殼體的大批量工業生產上獲得了應用，達到了高效、經濟、精密制造加工的目的。主要特點 采用精密鍛造成形加工技術為軍事工業、通信器材和汽車等裝備上使用的量大、面廣的鋁合金殼體類零件的精密制造提供坯件，是提高生產效率、降低制造成本的關鍵技術。它解決了我國國內在汽車、通用機械、微波通信、軍事工業等生產企業中普遍采用的數控加工方法加工這類鋁合金殼體中存在的材料消耗大、生產效率低、能源消耗大、生產周期長和制造成本高等一系列問題，為鋁合金殼體零件的生產提供一種實用、可靠、高效、經濟的制造工藝。技術指標 對于鋁合金殼體類零件，目前國內普遍采用數控車床、數控加工中心來加工這類殼體，這種加工方法可以得到合格的鋁合金殼體；但該加工方法的材料利用率極低、生產效率低（只能采用小直徑的銑刀，因此每次機加工量較小，需要很長的加工時間）、能源消耗大、生產周期長以及制造成本很高，因此國內企業的生產規模不大、產量不高，難于同國際相關行業竟爭。 國內有些企業曾采用精密壓鑄技術來生產這類鋁合金殼體，但由于壓鑄的鋁合金殼體的內孔型腔光潔度差、殼體內始終存在著氣孔和夾雜等鑄造缺陷，使鋁合金殼體的機械性能大大降低；難以達到鋁合金殼體類零件的使用性能要求。 采用精密鍛造成形工藝進行鋁合金殼體類零件的生產，具有如下技術優勢：（1） 殼體組織致密、表面光潔；（2） 材料利用率高，可達到70%～90%；（3） 生產效率高，可班產1000件～1500件。（4） 尺寸一致性好；（5） 設備投資少。市場前景 該項目的推廣應用，既可節約貴重的鋁合金材料，又能大大提高生產效率、減少加工工序，能顯著降低制造成本；因此，具有顯著的社會效益和經濟效益。

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