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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,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)。