淺談先進制造工藝技術的應用及發展趨勢

范俊敏　鄒家柱　葉瑞華　姜劍

摘要：中國雖然是制造大國，但制造工藝技術水平與工業發達國家相比仍有很大差距。本文闡述了先進制造工藝技術的特點及發展現狀，對目前的壓鑄技術進行簡要分析。并結合目前實際情況進一步闡述了先進制造工藝技術的發展趨勢。

2001年中國成為世貿組織成員，此后大量外商進入國內市場，對我國制造業的沖擊也是不言而喻。相對其他產業而言，我國的制造業是發展最快、國際競爭力較強的產業之一。隨著市場競爭的日趨激烈化，國內企業相繼以生產規模，成本、產品質量和產品快速交付為經營目標，為實現企業的經營目標，企業不得不提升自身的核心競爭力，正因為如此先進制造工藝應運而生。

1.先進制造工藝技術的定義、內涵、發展現狀

1.1定義

先進制造工藝技術是機械制造工藝不斷變化和發展后形成的工藝技術，包括常規工藝經優化后的工藝，以及不斷出現和發展的新型加工方法。

1.2內涵

主要技術體系由先進成型加工、現代表面工程等技術所構成，前者即是在成形學指導下研究與開發產品創造的技術、方法和程序。

1.3先進制造工藝技術發展現狀

因為先進制造工藝是在不斷變化和發展的傳統機械制造工藝基礎上逐漸形成的一種制造工藝技術。其發展主要表現在以下幾個方面：

（1）制造加工精度不斷提高；

（2）切削加工速度迅速提高；

（3）新型材料的應用促使了制造工藝的提升和變革；

（4）零件毛坯成形在向少無余量發展；

（5）優質清潔表面工程技術的形成和發展[3]。

2.先進制造工藝技術應用——壓力鑄造技術

2.1壓鑄技術

壓力鑄造是近代金屬加工工藝中，發展較快的一種先進的鑄造方法。當液態金屬或半固體金屬液在高速高壓作用下射入模具型腔內，通過模具保壓、冷卻結晶直至凝固，從而形成半成品或成品。它具有生產效率高、經濟性優良、產品尺寸精度高和互換性好等特點。在現代制造業得到廣泛應用和迅速的發展，壓鑄件已成為許多產品的重要組成部分。隨著國民經濟水平的提升，汽車、摩托車、手機通信、家用電器和五金等行業的進入飛速發展期，壓鑄件的功能和應用領域不斷擴大，壓鑄技術也在不斷發展，壓鑄合金品質不斷提高。

2.2壓鑄件的結構工藝性

（1）消除內側凹，保證醫鑄件從壓型中順利取出。

（2）可鑄出細小的螺紋、孔、齒和文字等，但有一定的限制。

（3）壓鑄件適宜的壁厚為：鋅合金為1～4mm，鋁合金為1.5～5mm，銅合金為2～5mm。

（4）對于復雜而無法取芯的鑄件或局部有特殊性能（如耐磨、導電、導磁和絕緣等）要求的鑄件，可采用嵌鑄法，把鑲嵌件先放在壓型內，然后和壓鑄件鑄合在一起[2]。

2.3壓力鑄造技術的特點

在壓力鑄造中，金屬液在高壓力下填充型腔，并在更高的壓力下結晶凝固，常見的壓力為15—50MPa。金屬液以高速充填型腔，通常在O.5～7米/秒，部分還可以超過8米/秒，充型時問僅為O.01～O.20 s。正是由于這種特殊充型方式及凝固方式，導致壓力鑄造具有自身獨特的特點。

（1）高壓和高速充型：可以得到薄壁、形狀復雜但輪廓清晰的鑄件。如鋁合金壓鑄件的最小壁厚可為0.5『ⅢD，最小鑄出孔直徑為0.7『ⅢD。鑄件的壁厚通常在1～6 m之間，小鑄件可以做得更薄，而大鑄件的壁可以更厚。

（2）鑄件精度高、尺寸穩定、加工余量少、表面光潔。加工余量一般在0.2～0.5 IIIII，表面粗糙度在R。3.2 uⅢ以下。一般只要對零件進行少量加工便可進行裝配，有的零件甚至無須機械加工就能直接裝配使用。

（3）鑄件組織致密、具有較好的力學性能。由于鑄件在壓力作用下凝固，所獲得的晶粒細小，所以鑄件組織十分致密，強度較高。由于激冷造成鑄件表面硬化，形成約0.3～O.5 IIIn的硬化層，鑄件表現出良好的耐磨性。

（4）生產效率高。壓力鑄造的生產周期短，一次操作的循環時間約5 s～3 min，可實現半自動化及自動化生產，壓力鑄造是所有鑄造方法中生產效率最高的。

（5）壓力鑄造采用鑲鑄法可以省去裝配工序并簡化制造工藝。鑲鑄的材料一般為鋼、鑄鐵、銅、絕緣材料等，鑲鑄體的形狀有圓形管狀、薄片等。利用鑲鑄法可制作出有特殊要求的鑄件[1]。 2.4壓力鑄造的應用 壓力鑄造應用廣泛，可用于生產鋅合金、鋁合金、鎂合金和銅合金等鑄件。

應用壓鑄件最多的是汽車制造業，其次為儀表和電子儀器工業。此外，在農業機械、國防工業、計算機、醫療器械等制造業中，壓鑄件也用得較多。

2.5我國壓鑄技術展望

（1）新型壓射控制系統研發；如壓鑄機的實時控制系統，采用伺服閥與PLC相結合控制。保證壓射過程的穩定性和再現性

（2）發展新的壓鑄工藝：消除鑄件氣孔，如真空壓鑄

（3）開發新的壓鑄合金材料：如金屬基復合材料，鎂合金，高鋁鋅基合金。

（4）開發ChD/C～/CAM系統

3.先進制造工藝技術發展趨勢

（1）品質優良、生產高效、低能耗，操作靈捷、環境潔凈是機械制造業永恒的追求目標，也是先進制造工藝技術的發展目標。

（2）先進精密超精密加工技術、特種加工技術、超高速切削及超高速磨削技術、微型機械加工技術、新一代制造裝備技術及虛擬制造技術等。

（3）精密鑄造、精確塑性成形總體上向“凈成形”目標邁進。

（4）激光表面合金化和熔覆工藝日趨成熟。

（5）快速原型制造技術更加精密化。

（6）計算機模擬仿真、并行工程及虛擬制造技術為成形制造注入新的活力。

4.結束語

先進制造工藝技術是先進制造技術的核心和基礎，任何高級的自動控制系統都無法取代先進制造工藝技術的作用。可以說，制造工藝技術水平的高低在很大程度上決定了制造業的技術水平。制造企業只有跟上發展先進制造工藝技術的世界潮流，將其放在優先地位，并以足夠的力度予以實施，才能盡快縮小與發達國家的差距，才能在激烈的市場競爭中立于不敗之地。

5.參考文獻

[1]趙浩峰.現代壓力鑄造技術l M1.北京：中國標準出版社，2002.

[2]賴華清.壓鑄工藝及模具l M1.北京：機械工業出版社，2004.

[3]李長河.先進制造工藝技術l M1.科學出版社有限責任公司，2011.

[4]王先逵.先進制造工藝l M1.北京：機械工業出版社，2011：326 331

[5]王先逵. 機械制造工藝學[加.北京：機械工業出版社，2006.1.