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材料成型与控制工程模具制造技术解析

2021-04-04吴治明

信息记录材料 2021年3期
关键词:控制工程成型模具

吴治明

(陕西国防工业职业技术学院 陕西 西安 710300)

1 引言

近年来,材料成型与控制工程模具制造技术快速发展,工艺过程控制优化、装备模具升级、自动化水平提高,促进新技术和新材料以及新设备的广泛应用,满足各个应用方的多样化需求,例如轨道交通和电气电力等,获得不错的成绩。随着节能环保、智能高效、市场拓展目标的持续推进,行业人员积极加大相关技术的研究与创新,带动更多行业领域的创新发展。

2 技术前沿

目前,材料的应用日益广泛,覆盖到电子信息领域、汽车制造与家居领域等,占据着重要的地位。将目光聚焦到半导体材料,整个产业的核心部分为芯片设计。根据公开数据显示,芯片设计业销售收入2019年达到2947.7亿元;2020年中国芯片涉及行业市场规模将突破3500亿元。从技术创新方面分析,主要包括如下:(1)半导体材料。以往的芯片制造主要使用硅基材料,随着碳基半导体材料出现,凭借成本低和功耗小等优势,被广泛应用。此类材料实际上是一种一氧化石墨烯,属于电子元件材料,具有较强的导电与导热性能,适用于高辐射和高温度极端环境。相比国外使用硅基技术制造的芯片,我国使用碳基技术制造的芯片具有突出优势,尤其是大数据处理和功耗节约方面。(2)半导体激光隐形晶圆切割机。此设备的研制成功,实现了最佳光波与切割工艺,为芯片材料的制造提供支持。

3 材料成型与控制工程模具制造技术类型分析

3.1 一次成型技术

3.1.1 常用技术

对于硬度低并且具有较好塑性的材料,例如镁合金等,采用一次成型技术,运用挤压和拉拔以及轧制等方法,实现成型处理。对于强度高的金属,采用铸造方法能够实现一次成型。目前,采用的一次成型技术如下:(1)挤压成型技术。按照技术流程,将金属工程材料,放入到对应型号模具的挤压机械中,借助挤压机械的力量,对材料进行加压达到塑性变形和材料挤压成型的效果。采用挤压成型技术手段,不仅能够解决产品外形线条方面存在的不流畅问题,而且表面比较平滑,产品的使用效果得到增强。技术的关键在于材料与挤压模具的硬度系数比例,防止因为模具难以承受压力造成碎裂,最终引发事故。(2)冷轧与拉拔成型技术。不同于挤压成型技术,此技术使用冷轧机,利用轧辊开展材料的冷轧处理,适用于材质均匀的金属工程材料。对于冷轧生成热的问题,可采取冷却或者其他方式处理。采用的拉拔成型技术,借助拉拔机,对材料实施强力拉伸。技术的关键在于保障材料的韧性和表面摩擦系数达标,具有生产制造速度快的优势[1]。

3.1.2 新技术

技术应用实例:汽车轻量化背景下,要求不能影响强度,同时达到减轻重量的目的。通过使用新材料与新制造工艺,促进生产周期缩短,达到降低成本的效果。目前,采用的是E-LFT混合材料成型技术,通过将长纤维增强热塑性塑料和金属基材成型工艺整合,使用粘合剂达到塑料与金属板连接的目的。采用的E-LFT一次性挤压复合工艺,先进行热塑性聚丙烯或者聚酰胺材料的模压成型处理,完成塑料颗粒的熔化处理后,再挤出机内添加玻璃纤维,最终挤出的溶体受到垂直方向的压力产生流动。利用此工艺手段,能够实现10~15mm长度纤维增强效果,相比注塑成型件,能够有效提升部件强度,同时质量比较轻。基于汽车轻量化要求,为增强复合材料强度,多选择长波纤维或者碳纤维增强,考虑到成本控制多设置在高载荷部位,例如座椅结构件等。对于高负载情况,金属材料有着突出的优势,塑料/金属混合部件不仅具有轻量化特点,还具有强度优势。采用激光技术对金属表面进行处理,之后在一次性挤压工序中达到塑料与金属的复合。通过激光处理能够实现热塑性溶体和金属有效结合的效果,拉伸强度大约为12MPa,剪切强度能够达到48MPa。部分研究团队围绕混合材料控制臂的设计开发,进行了相应的研究。使用DP800以及PA6,利用全自动E-LFT生产线,采用25mm玻纤维增强。整个生产系统,通过在一个循环周期内直接配制60%塑料与40%玻纤维的混合物,也就是说不使用PA GF40棒状颗粒原料,使用聚酰胺、添加剂以及玻璃纤维直接混配挤出,整个过程只需要60s。根据实验结果显示,新控制臂成功减重20%。除此之外,对负载较低的部件,预计减重能够达到50%。

3.2 二次成型与控制技术

3.2.1 传统技术

目前,常用的技术方法如下:(1)锻造成型技术。采用锻造二次成型与控制技术,将金属工程材料进行加热,达到奥氏体化温度水平以上,之后利用机械施加冲击和压力,达到锻造成型的效果。例如,碳钢材料,其奥氏体华问题一般在727~912℃。采用此技术手段,进行锻造成型,可方便金属器件造型的改变。整个锻造环节,要开展高温加热,增加了技术把控的难度,尤其是精密性较强的产品加工[2]。(2)冲压成型技术。采用此技术,对低碳钢进行处理能够达到需求。一般来说,金属工程材料的塑性水平高低通常由金属的含碳量决定。若含碳量高,则塑性越差。采用冲压成型技术,为保障技术的应用效果,要保证金属工程材料的塑性达标。应用前做好材料塑性的试验,避免技术应用不当造成冲压机械破坏。(3)焊接成型技术。对于由多个组件构成的工业产品,为保证精密性或者生产效率等达到要求,采用焊接二次成型技术手段,开展组装焊接,能够获得不错的成效。根据金属工程材料的种类与特点,选择电气焊和氩弧焊等技术,保障焊接的质量[3]。

3.2.2 新技术

以核电站应用情形为例分析,修建核电站有着严苛的要求,这是因为核电站蕴涵大量的能量,存在很大的安全隐患。若发生事故则会造成辐射外露,最终造成严重的后果。在进行修建时必须要做好技术的把控,保证建造的质量。目前,我国钢铁领域实现了技术创新,成功锻造出无焊缝不锈钢环形锻件,获得了多项目技术纪录。此环的长度为15.6m,重量为15t,为中国第一个百吨级锻件,已经达到锻造件的标准。从金属环的制造层面分析,采用的是新金属构筑成型技术。此项技术为中科院金属所研制,整体无缝隙焊接,均质化程度高,同时具有较好的组织均匀性。此技术研发,使得我国核电站有了自主研发的大型锻件,突破了传统锻造模式。

3.3 非金属材料成型与控制技术

从此领域的发展现状分析,常用技术如下:(1)挤压成型技术。同金属材料采用的技术相比,非金属采用的技术更具有灵活性。采用挤压成型技术,借助液压机与其他大型扭矩传输机,给材料施加强大的压力,最终达到加压成型的目的[4]。采用的挤压成型技术,具有操作简单的优势,并且成本也比较低,为有机材料工业产品制造提供了技术支持。(2)注射成型技术。将原材料采用注射的手段,进行塑性处理。整个技术的流程为,将原材料实施熔化处理,同时放置到注射设备内,对设备施加压力,使其内部拥有足够的压力,满足注射的要求。将熔化后的非金属材料,利用压力动力注入到塑性模具内,经过冷却固化之后,完成产品的制作[5]。一般来说,对于流水线制式工业品,多采用此技术手段。(3)压制成型技术。对非金属材料采用此技术,虽然工序步骤类似于金属材料,不过达不到金属材料压制成型技术的效果。

4 材料成型与控制工程模具制造技术应用发展策略

4.1 创新发展机制

技术应用端的需求快速增加,带动了技术创新需求的增加,为促进材料成型与控制工程模具制造技术的持续化发展,要加大相关领域技术人才的培养,为整个行业的发展注入新动力,增强发展的活力。从企业角度分析,要定期组织技术培训,切实提高材料成型与控制工程模具制造技术水平,增强安全意识,凝聚更多的创新创造力,实现对生产的有效提高。围绕生产端的情况,积极优化成型与控制流程,增强安全生产意识,扎实推进制造安全标准化发展[6]。

4.2 选择适宜的材料

从当前材料成型与控制领域采用的技术手段分析,很多方法对材料的质量有着很高要求,为保障生产的效果,要选择适宜的材料。利用高水平的精密测量仪器,例如精密硬度回弹测试仪等,为生产全过程的安全把控提供支持,使得技术人员能够及时掌握存在的隐患与问题,切实提高技术应用的水平。需要注意的是,很多项目现场制造环境条件不佳,例如空气湿度大等,极易给制造材料的质量性能带来影响,因此要做好密封处理,切实保障制造的质量[7]。

4.3 加大新技术的研究

站在材料成型与控制工程模具制造技术持续化发展的角度分析,主要朝环保、智能、高效等方向发展,企业和相关研究机构以及高校等,也都在围绕相关技术加大研究力度。若能够掌握核心技术,实现自主研发,例如芯片材料制造技术等,对促进我国经济发展可起到积极的作用。这需要研究人员能够手拉手,形成强大的力量,共同促进材料成型与控制工程模具制造技术的创新与发展[8]。

4.4 把控工序流程

基于互联网与通信技术快速发展的背景,将5G技术与物联网技术应用到生产管理,构建智能现场监控系统、搭建远程制造数据信息采集与管理系统,能够为制造控制与技术研究提供有力的智慧支撑。采用物联网技术,通过配置传感器和网络设施,构建数据信息采集与传输系统,对材料成型与控制工程生产情况实现全面掌握,能有效跟踪与监控设备出料与运输等各个环节,切实提高管理的水平。根据采集的数据信息,对制造技术流程进行优化与改进,切实提高生产的效率与质量[9]。

5 结语

综上所述,材料成型与控制工程模具制造技术快速发展与创新,为制造提供了多样化选择。从技术的应用角度分析,若想实现技术的价值,要做好各个方面的把控,一是结合实践提出创新发展机制;二是选择适宜的材料;三是加大新技术的研究;四是把控工序流程等策略。

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