机械加工中塑性加工技术的使用探讨

机械加工中塑性加工技术的使用探讨

王肖波

山东省地质矿产勘查开发局第二水文地质工程地质大队山东省德州市253000

摘要：机械制造在工业中作用不言而喻，而现在对机械部件的要求越来越高，且形状越来越复杂。为满足新形势下这一要求，必须引进塑性加工技术，并不断完善。现有的塑性加工技术虽具有很多优势，但在未来还需进一步完善，更好的融入现代化高科技。基于此，本文对机械加工中塑性加工技术的使用进行分析探讨。

关键词：机械加工；塑性加工技术；探讨

机械加工中常常需要对原材料做变形处理，改变原材料的形状和尺寸，作为常用材料，金属质硬，形状不易改变。切削、焊接等方法虽能达到目的，但同时会降低材料的使用性能，可能因精度低而造成材料浪费，且成品质量无法保证。塑性加工则可避免这些问题，通过挤压、锻造等手段实现“热处理”和“力处理”，在不破坏材料原本性能的基础上，达到改变材料大小和形状的目的。随着人们对机械加工要求的提高，塑性加工技术也在不断改进，而现代化技术的应用使得塑性加工技术的种类也在增多。

1塑性加工技术的基本类型

1.1精密塑性加工技术

精密塑性加工技术实现了对新能源、新材料以及信息化技术的综合使用，逐步形成超塑成形、冷挤压以及多向模锻等塑性技术手段。在这一技术体系下，原材料在经过初步的加工之后，只需要采取基础性的处理手段，就可以被用于机械部件的加工之中。精密塑性加工技术是对传统毛坯成型技术的进一步完善与优化，通过对现代化技术手段的合理使用，使得材料加工的流程趋于合理，原料成型速度得以提升。并且精密塑性加工技术对于生态环境的影响小，并且大大节约了加工成本。

1.2新能源塑性成形技术

超声振动塑性加工技术在原来的工艺中融合超声波技术，主要通过施加高频振动减少模具和坯料间的摩擦力，进而降低设备荷载，减弱坯料变形受到的阻力，而且精度更高，对产品的质量也极为有利。在冲压、拉拔等工艺中应用较多，是当前一种重要的塑性加工技术。

金属材料多具有导电性，在交变电磁场的作用下，会有感应电流产生，电磁成形技术即利用这一特性，使得坯料在电磁场中受力，做高速运动，进而与单面凹模贴膜发生塑性变形，该技术成形速度较快，在管板或管材的快速连接、薄彩板成形中较为适用。

利用激光热应力同样可以引起金属材料的塑性形变，因金属承受的热应力是有极限的，当激光在金属板上扫描时，会产生高温，一旦超过了金属的承受范围，便会发生形变。激光冲压技术以激光冲击为基础，先在金属表面覆盖一层能量转换体，然后利用强激光扫描，因其脉冲短，功率密度较高，很容易将其汽化电离形成离子体，发出强冲击波，不断对金属内部发生作用，在强大的冲击压力下，金属材料发生变形。

1.3虚拟塑性加工技术

虚拟塑性加工技术主要是指用计算机来模拟塑性加工的全过程。通过模拟，能获得塑性加工过程中工件和模具的位移场、速度场、应变场、应力场和温度场，还能预测工件细观组织和性能的变化，如织构的演化，细观损伤的形核、长大和聚合的过程，热加工中的再结晶晶粒度等。同时利用计算机图形技术将这些分析结果直观地呈现在研究设计人员面前，使他们能通过虚拟的塑性加工过程检验及预测工件的最终外观和内在质量是否符合设计要求。虚拟塑性加工技术从根本上改变了以往由于缺乏对塑性加工过程的科学分析手段而只能凭经验设计模具，通过反复的工艺试验修改模具和工艺参数的状况，极大地降低了成本、提高了质量、缩短了产品交货期，并为在新世纪里全面实现塑性加工技术的科学化奠定了基础。塑性加工计算机模拟目前在成形过程模拟、包括温度和变形的耦合已经基本成熟，达到了实用程度，如美国三大汽车公司在汽车覆盖件模具设计制造中，都要求在设计完成后必须经过计算机模拟检验，才能投入试验软模的制造。

1.4金属半固态加工技术

金属是机械制造中的常用材料，与一般材料相比，不管是在外部条件还是内部条件下，其塑性要高出一些。随着塑性加工技术的进步，金属超塑性逐渐被了解，并被人们利用形成了许多新工艺，如压成型加工法、超塑性模锻法、深拉深成形法、空气压成形法等。

固态塑性加工（冲压、轧制）和液态凝固加工（液态模锻、连铸）各具优势，使用范围也有所不同。20世纪70年代，美国有学者提出将两者相结合，取各自的优势形成一种新技术，就是金属半固态加工。其原理为，在金属凝固时对其进行剧烈的搅拌，以破坏刚形成的固相，这样便会出现一种只含50%固相的流变浆料。在国际上常被称作SSM技术，其状态属于固液共存，具有变动性，溶质元素的局部浓度也在随时变化。液相的存在极大地削弱了固相粒子间的结合力，流动变形抗力较低。该技术应用范围较广，流动应力低于固态金属，黏度则高于液态金属，不但可完成复杂的变形工作，还能够节能节材，而且成本低、成品表面光洁，是当前研究的重点。

1.5高速铣削和电火花铣削技术

电火花铣削加工技术（又称为电火花创成加工技术）是电火花加工技术的重大发展，这是一种替代传统的用成型电极加工模具型腔的新技术。

伴随着高速切削电火花加工技术的进步，模具加工过程的检测手段和模具表面处理技术也取得了很大进展。现代三坐标测量机除了能高精度地测量复杂曲面的数据外，其良好的温度补偿装置、可靠的抗振保护能力、严密的除尘措施以及简便的操作步骤使得现场自动化检测成为可能。

在模具表面处理方面，抛光技术的进步也十分突出。现代超声抛光设备能使模具表面抛光至Ra0.05～0.025μm，达到镜面抛光的要求。模具表面耐磨、耐腐蚀和花纹处理技术也有长足的进步。

2塑性加工技术的未来发展趋势

2.1塑性加工业要以新材料、新能源、新介质以及计算机、信息、电子、控制技术等为依托，以更快的速度持续发展，发展的方向将更加突出“精、省、净”的需求。

2.2先进塑性成形技术需要以材料变形规律的研究为基础，以计算机模拟分析技术为工具。未来数值模拟技术是塑性加工技术从经验走向科学化的重大转折，已经开始进入实用阶段。同时，人工智能和智能化控制技术也将协同发展，并从简单形状零件发展到覆盖件等复杂形状零件成形，从而真正进入实用阶段。

2.3注重塑性加工产品制造全过程，既重“形”又重“质”，最大程度地实现多目标综合优化，优化将从传统的单一成形环节向产品制造的“全过程”及“全生命”期的系统整体发展。

2.4重视复合化成形技术的发展，以复合工艺为基础的先进成形技术正在从制造毛坯向直接制成工件即净成形方向发展，也正在从制造单个零件向制造整体结构的方向发展，多种工艺技术的复合常可导致新的制造原理或制造技术的突破。

结束语：

21世纪我国的汽车工业、机械装备工业、航空、航天工业等支柱产业将有大的发展。材料科学、计算机技术、信息控制技术等的快速发展，将为塑性成形技术提供更多更新的发展基础。当前工业部门的广泛需求为塑性成形新工艺新设备的发展提供了强大的原动力和空前的机遇。因此，塑性加工技术的发展需要加快从经验向科学化转化的进程，做到更精、更省、更净。

参考文献：

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[2]杨清建，刘红普.塑性加工在机械制造中的应用分析[J].中国制造业信息化，2014，23（12）：214.

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