1、当前一些关于材料成型发展趋势技术文摘材料成型技术在未来将改变工厂建设和生产的各种趋势已经是很明显的。该报告描述了缩短,弹性化和集成的一个数量过程。此外空心结构技术成为越来越重要的创新生产。此外，在论文中也报道了有限元仿真和优化。它们成为越来越重要的工具来开发新的或改进生产过程和工厂。针对需要降低生产成本,增加环境兼容性和制造产品质量的定义为一个标准,尽可能的来缩短长期、复杂的过程应该是必要的。带钢生产领域中,提到的开发薄板坯和薄带铸技术在这种特定的生产步骤是完全消亡的。对成形零件, 缩短这个过程可能的方法在固相液相线范围形成(成形) 。另一个可能的方法是一个形成与热处理的组合。短的流程往往意味
2、着能形成更多的有利的机械性能产品和新的应用程序。针对形成过程变得更加灵活以扩大产品的范围的背景,因此有必要使用柔性成形单元来适应的链接到前一步骤和后续步骤以及通用模和智能控制。例如,机器人操纵自由锻造允许用相对较小的误差来复制制造复杂的锻件。在轧制过程中一个变量轧制差距意味着薄板金属可以在定义的纵向厚度轮廓匹配负载后续组件情况下制作。集成不同的生产过程也铺平了新方法的道路。通过使用局部加热方法优化期间或直接形成之后和通过耦合形成过程与分离或者加入技术可以扩展现有的过程限制和使最后的属性的组件最佳化。在该领域的创新轻型结构中一种很有前途的方法是系统的使用空心结构;生产过程的新工艺和加工新空心结构
3、产品的技术是发达的。除了适当的测试程序,物理和数值模拟可以用来优化现有的或开发新的制造方法。尤其是物理模拟可能是成功解决材料流动问题，现在正使用一种新材料流动模拟器。数值模拟尤其适用分析局部的变量过程; 近年来这些方法被开发在修改结构成形过程中作为参考。图 1：材料成型技术的发展趋势在生产工程成本、质量、生产时间和环境过程和产品的兼容性都起到决定性的竞争作用。在材料成型产品的生产过程他们需要面临新的挑战和机遇。除了每日努力改善误差或分析成本和他们通过连续合理化减少成本。目前可见的合金技术趋势,在某些情况下可用全新的方法生产半成品和成品, 这需要所有上述条件考虑在内。图 1 总结了很多的这些趋势
4、,这将对描述有所帮助下面的具体的例子。缩短流程可以实现过程缩短许多积极的结果,如较短的生产时间,降低成本 ,降低能源消费, 更少的浪费。在另一方面, 这个过程失去而不影响制造各种各样的不同的产品。一个多功能单位成为一个专用线,可以在很短的时间产生特定的产品。一个例子是钢带生产, 迄今为止实现热宽带钢生产线 ,现在经历更激烈竞争的新型轧机。在这样的名字和控制 CSP,ISP 这些新生产单位已成为已知的。他们可能具有更小的数量的辊站与薄板坯连铸技术(铸板厚度约为 40 - 100 毫米) 。更极端的是减少设备需要通过DR(双辊 )技术, 其中热轧组件是完全省略了。结果薄带钢的为厚度 1 - 5 毫
5、米冷轧。超薄带的厚度一个零点几毫米或更少的，可以生产使用单辊过程(SR 单位) 。图 2 显示了薄板连续铸造的工作原理和轧制单位、DR 单位与 SR 单位比较和常规热宽带钢技术。哪一个过程最后流行或应用将取决于过程效率和灵活性和期望的产品需求。加工步骤的数量、产品数量的灵活性、过程阶段的数量。 图 2:过程缩短在热宽带钢生产图 3 显示术语和定义的关系。在德国,很多的 CSP 和 ISP 单位已经在成功的使用。DR 的过程已达到中试规模;第一个生产单位已经被设置在澳大利亚。在实验室中大量的工作性的合金已经在测试，我们与蒂森钢铁公司和在亚琛技术大学研究所控制工程共同经营。图 3:过程缩短图 4
6、列出了所有合金取得积极成果的 DR 过程。在属于蒂森钢铁公司一个试点公司 90 t 带已经被产生。*目前生产过程的水平图 4:迄今为止处理合金薄带铸件的方法迄今为止处理薄带合金的铸造方法:一个全面地理解这个复杂的过程，将需要进一步研究它的理论原则,特别是在图 5 显示的这种问题。图 5:这个复杂过程的一些理论原则 在半成品部门缩短过程,在目前全球急剧缩短用于生产锻件制造链的趋势。图 6 削减一些新的、缩短流程与常规锻造。图 6:缩短锻造过程操作 特别有趣的是减小触变状态的金属。一个金属合金内部形成的固相液相线间隔。用来确保特殊结构的基本材料, 在加热后固体成分存在于鲕状熔融的半成品材料。在外部
7、剪切应力,粘度减少,允许制造复杂的几何图形没有很大的压力。由于正在研究不同的变量过程:触变铸造和触变压铸。有两个根本不同的物质流变量。在触变铸造，半流质的金属是形成于一个开放的锻造模具,几乎没有压力。在这个过程的目的是需要增加压力, 消除毛孔。在压铸机器用触变压铸加工的半成品, 会造成一个相对较高的损失(图 7)。图 7: 触变成形前物质路线、过程变量图 8 评论一个选择的触变成形过程。图 8:触变成形过程变量目前,基本的流速压力温度速度关系问题正在研究中。新模具或其涂料由于涉及到压力也需要开发。进一步研究领域的重点是:最终属性(当地材料速度,分层流程,压力温度速度窗口)物质前:优化调整触变状
8、态。1996 年 1 月以来,德国研究协会(脱硫)一直资助一个特殊的研究领域，并致力于这些研究。旨在加快突破基于铁和有色金属不同的合金对工作的新过程变量(图 9)。图 9:研究潜力图 10 描绘一些第一实验图 10:几个触变成形部分 除了耦合或整合锻造，形成过程是可以链接或集成其他流程的。例如，成形和加入或成形和加工。产品最后的性质和形状越早呈现, 这个生产过程就越有效。从这个角度来看 ,锻造和成形在未来有重大意义。热机的环轧制就是一个例子,通过缩短连接成形过程与热处理。图 11 的时间-温度进行的比较曲线为生产滚柱轴承环使用传统的一个优化生产序列。在传统的程序,轴承环是允许冷却至室温和然后经
9、历十到十二小时软退火过程。随后他们被允许再次冷却,加工软化状态和随后回火。 图 11:温度曲线制造异形辊轴承环 在这个传统的方法,第一个冷却阶段产生微观结构完全不适合加工或回火。在十到十二小时的退火获得是球形和均匀分布的碳化物，才需要进一步处理。在图中所示的优化的生产序列结构是直接生成的硬化从轧制热通过形变热处理,消除软退火和随后的奥氏体化在一起与相关的制造设备。软加工(磨)是由硬车削代替。这可能是通过使用特殊的切割材料(如多晶硼氮化硅)。这个新的热机的环轧制技术大大减少能源需求,如图所示的传统的能源统计和优化的滚柱轴承环的生产流程(图 12)。图 12: 传统能源统计和优化生产滚柱轴承环 弹
10、性化有各种各样的方式,增加生产工程灵活性及相应的合金技术。关键因素是减少批量的数量和增加产品大小的光谱。单一用途的昂贵的机器,将要投入大量资本,往往不再是经济上可行的。柔性制造中心, 最准确的可能的半成品和成品可以尽快生产与最优属性和没有高的工具和机器的努力,越来越重要。各种技术可以用来使成形过程更灵活的(图 13)。图 13:弹性化锻压过程特别是,依赖特殊的死亡可以被消除智能控制的简单通用模具和工件定位, 导致新的,灵活的形成过程。这个以下部分描述三个代表过程在这些团体。在未来,机器人辅助自由锻造将允许可再生的制备的生产组件与小误差。前提是一个锻造机器控制、能力在任何想要的工件控股地位在锻造
11、操作,如一个铁匠,重新定位它在规定的对准中风之后,见图 14。图 14:锻造机器人和锻压机 图 15 显示了一些试样组件 图 15:样品制造的零部件自动通过机器人操纵自由锻造 优化测试与模型材料可进行使用半规模、非驱动机器人(图16)。一旦一个满意的序列已经发现,大,驱动机器人可以学习一样吗操作、宣讲会”和实施在现在激烈的原始材料,如铝或钢。原型锻件可以生产在一个空间时间(约我到 2 小时)。图 16:模型单元的灵活的锻造中心图 17 显示了一个数量的模型橡皮泥组件。图 17:橡皮泥模型组件图 18 显示完整灵活的自由锻造系统,和相互作用的模型试验,模拟和 1:1 测试。图 18:程序制造原型
12、另一个灵活的形成过程是灵活的纵向滚动,在这改变辊缝在成型操作根据预定的计划。结果是一个表金属部分与不同薄板厚度。这样的组件在轻型结构是已经引起极大的作用,因为分布压力作用于它材料的部分。相比重量更可以节省对焊接量身定制的空白。图 19 显示了在 IBF 试验系统。图 19:IBF 灵活滚动系统 图 20 描绘了一个灵活的卷组件在 IBF。这技术已经用在熟悉梁结构领域, 在双 T 梁焊接从单一的不恒定厚度组件。图 20:灵活卷和深长的组件 3。集成生产过程而 DR 的技术,例如, 主要目的是缩短为两个制造过程，采用耦合一个步骤原则,一个成形过程还可以加上一个不同的生产技术,通过提供额外的方法扩展
13、过程的限制 ,影响加工属性或大大提高最后的属性。全新生产系统可以以这种方式形成,可以使过程缩短,但也给其他过程节省费用,提高了质量等。许多潜在的新发展也应该注意简要:局部加热扩展过程的限制一个失败的工件成形过程中一般特点是发生在压力过大的裂缝点。系统干预应力参数通过局部感应加热可以积极影响局部应变。更大的压力和更好的模具填充离不开开裂,甚至会没有不良影响微观结构(结构、脆化等) 。一个例子是更好的挤压和拉伸钢部分再生产这个模具。局部加热后立即形成在许多情况下,组件的属性不一定是各向同性。因此可想而知 ,只有压力大的工件或给强调指定的残余需要钢化。操作属性可以被局部温度控制明显的改进形成热 ZT
14、U 图, 没有热处理整个体积。局部热处理也可能会截然不同的改善后续步骤的属性,如加工, 如果负面属性形成出现(硬化,消除残余应力 )在定义局部热处理点过程中。成形和加入成形过程尤其适合加入是不可能的或困难的工件焊接。这其尤适用于表面涂布的半成品和工件。如果成形操作的一个或多个部件/零件可以结合加入过程，这种技术会更有吸引力。形成和分离最后形成的许多过程,组件是很坚定地固定的。一个例子是滴上辗环径向辗环机,液流将和轴向轧制的下降光盘和圆环。所有这些轧制过程是非常适合直接结合加工过程,避免和松开。可以有实质性的进展和时间效益的结果。一些要点的研究这些新的结合后产生有:*确定主要影响变量的过程产品性
15、能和兼容性的分析过程变量;叠印的第二个过程属性;寻找最佳的时间和位置对干预的第二个过程;识别各种可能的流程组合。4。空心结构技术系统使用空心结构的特点是实现最佳的轻型结构的金属部件场。他们可以用来结合良好的循环性能的金属,例如, 钢铁、有价值的新重量材料。空心结构技术可能分化和改性中空结构(图21)。 图 21:空心结构技术 图 22 为空心零件的基础产品。这些不是均匀的固体材料 ,一个混合的金属粉末和发泡剂(b)或平表(c)变成了中空结构的高压(p)或喷丸成形(SPF) 。图 22:基础产品的空心结构图 23 显示生产线生产的半成品双板的工作原理 ,这是可成形的和然后形成一个中空的结构,喷丸
16、。焊接到双条图 23:概念一个连续的操作生产双- 表各种成形原理适合修改组件包含空洞,如内部高压形成管道,喷丸强化的空心轮廓或径向轴向锻造 (图 24)。图 24:修改裂纹技术大量的未来研究主题是下面提到的:腐蚀,关联与相邻部件(泡沫、晶格表,优化强度和刚度(最佳的各向异性属性)5 仿真和优化开发新的产品和工艺的要求集中的平行分析所有现象来帮助数值模拟。数值算法的优化是也变得越来越流行的缩短开发过程相关手段。近年来随着计算机能力的提高，不断增加模拟和优化取得了很大的进步性能。国家的技术在模拟和优化是令人印象深刻的, 在图 25 概述了在多级。图 25:多层次的概述前提是一个三维的现实模拟有限元
17、代码自动生成三维再在网格化和开放的接口材料模型。一个例子是有限元软件 /形状的有限元分析包,它已被用来解决一系列的工业实际问题 (图 26)。模块化结构常见的数据结构集成可视化可扩展容易连接到现有的有限元分析系统图 26:PEP(程式版块的环境前 /后加工)为优化成形过程、算法优化方法已经发展到一个点重要的设计问题,对新流程, 如模具设计, 可以解决在一个短的时间, 例如,一个圆柱变形没有规则膨胀可以生产使用形状和几何可变模组(见图 27)。1。阶段:多样工具成形和最后的高度 2。阶段:参数固定 布局优化过程图 27:优化结果通过互连材料模型,它可以检查再结晶或颗粒大小分布的函数粗加工成品制造
18、。图 28 比较粗加工成品制造在一个对击锻锤(预成型 1)和一个等温锻造出版社( 预成型 2)。两个预先形成是用于生产一种涡轮叶片和结束与一个计数器打击锤锻造。图 28:最初和最终的几何预先形成图 29,变形结构和平均粒径在制造的预制块用来评估这两个策略。很明显, 再结晶在部分交叉- 部分是不完整的和不均匀的情况下粗加工的成品 1,而粗加工的成品 2 有一个更均匀先进内部再结晶,它的特征模式是也代表粒径的发展。图 29:显微组织状态的预调查后形成一些未来的关键研究课题仿真领域的以下:增加并行有限元代码和优化策略;集成金属物理材料模型作为一种替代或补充的半经验模型(元胞自动机)测试和应用显式有限元代码。结论在生产工程部门成形将继续是一个关键的技术。与其他生产方法、信息技术和材料科学强大的相互作用对发展新流程和产品有很大的激励。在未来发展的运输成形将发挥决定性的作用。飞机、铁路和公路车辆和船只在很大程度上都必须依赖重量还原。金属组件将继续发挥重要的的角色。成形可以在生产力,高质量、环境兼容制造这些组件发挥很大的作用。前提条件是创造性思维, 跨学科的方法和准备探索新的路线 (图 30)。图 30:成形的关键技术
