近净成形技术在汽车锻件中的应用

让“近净成形”结构件飞上蓝天当前，“绿色浪潮”席卷全球，制造业转型升级已是全球共识，推行绿色制造技术，实现制造过程的环保、绿色化已是题中之义。

而“增材制造”在这一浪潮的影响下受到日益广泛的关注。

北京航空航天大学的王华明教授及其带领的科研团队在大型钛合金结构件激光直接制造技术领域取得令人瞩目的成绩，并且在航空航天装备应用中取得了重要突破。

从“减法”到“加法”――实现质的飞跃高性能金属构件激光成形技术是以合金粉末为原料，通过激光熔化逐层堆积（生长），从零件数模一步完成高性能大型复杂构件的“近净成形”。

这一技术率先由美国在1995年提出，并迅速发展起来。

由于高性能金属构件激光成形技术对大型钛合金结构件成形制造而言具有突出优势，同时在航空航天装备研制生产中具有广阔的应用前景，受到政府和业界的高度关注。

在王华明教授看来，从传统的大型钛合金结构件制造方法，如整体锻造、切削技术，到这种新型的激光直接制造技术，实现了加工技术由“减法”到“加法”的质的飞跃。

采用整体锻造等传统方法制造大型钛合金结构件，是一个做“减法”的过程。

零件的加工除去量非常大。

例如，美国的F-22飞机中尺寸最大的Ti6Al4V钛合金整体加强框，所需毛坯模锻件重达2796千克，而实际成形零件重量不足144千克，材料的利用率不到4.90%，这势必造成大量的原材料损耗。

与此同时，在铸造毛坯模锻件的过程中会消耗大量的能源，也降低了加工制造的效率。

传统方法对制造技术及装备的要求高，通常需要大规格锻坯加工及大型锻造模具制造、万吨级以上的重型液压锻造装备，制造工艺相当复杂，生产周期长、制造成本高。

相较于传统的大型钛合金结构件整体锻造，激光直接制造是一种做“加法”的加工技术，主要用高功率的激光束对粉末丝材进行熔化，往上堆积，实现材料逐层添加，直接根据构件的CAD模型一次加工成形。

激光直接制造得到的零件微观组织很细，力学性能很好，也可以实现多种材料铸造。

综合来讲，这种技术的优势主要表现为：无需大型锻造工业装备、大型锻造模具及锻坯制备加工；机械加工余量小、材料利用率高、生产周期短；加工过程实现结构件“近净成形”，只需一步完成；加工设计灵活度高，可以实现特殊功能零部件的“原位”铸造；所制备的零件具有优异的综合力学性能，等等。

近净成型技术—基于数字化制模的大型铸件快速铸造技术华中科技大学叶升平，吴志超，樊自田，董选普，叶春生基于数字化制模的铸件快速铸造技术是将CAD/CAM技术，RP技术、消失模铸造和V 法成型技术融合在一体的综合技术。

主要解决大型铸件近净成型的快速铸造难题。

该技术可用于数控机床铸件、汽车覆盖件冲模毛坯以及和工程车配重块的快速铸造，尤其是生产小批量大型铸件，比传统砂型铸造相比，其周期缩短1/2,制作成本减少1/3,铸件精度提高1-2等级，铸件表面粗糙度达到25μm。

节能减排效果显著。

一、工作基础华中科技大学从事消失模与V法铸造工艺原理及成套技术研究近二十年，在消失模与V法铸造基础理论和应用研究上处于国内领先水平。

1991-1995年完成了湖北省科委重点科技研究项目“汽车零件气化模精密铸造成套技术”、1996年完成国家教委博士点基金项目“气化模铸造法铸件成形的三维数值模拟及质量控制”，1997年国家科委批准我校为“九·五”国家级科技成果重点推广项目“消失模精密铸造成套技术”的技术依托单位。

2000年，中国机械工程学会铸造分会消失模与V法铸造技术委员会挂靠我校。

1998年《气化模精密铸造成套技术》获得湖北省科技进步二等奖。

有关专利5项，专著3本。

典型案例：大型铸件包括数控机床床身和其配件等。

二、研究内容与关键技术1）开发三层共挤复合基材EVA铸造膜（该技术正在申报发明专利）。

2）对于大型铸件，采用多功能泡沫模线加工数控成形机和特殊数控刀具，在高密度泡沫板材（30-35g/cm3）上实现快速数控加工，加工出V法铸造所需凸凹模样；3）对于特大型铸件，在木质骨架上，涂抹20-30厚的非金属混合料(粉煤灰、菱苦土、木屑等原料，采用无机粘结剂如石膏、水玻璃以及卤水等)，使其固化后，采用数控加工模具型面，制作V法铸造用的透气模样。

4) 基于泡沫或非金属材料快速模样，利用高断裂延伸率（≥700%）高延伸率宽幅（5.6-5.8 M）EVA薄膜，在特制真空砂箱中完成V法覆膜造型，采用大型真空系统高效节能智能自控技术，完成单件或小批量铸件的近净成型翻制。

激光近静成型的原理和应用1. 引言激光近静成型（Laser Assisted Additive Manufacturing, LAAM）是一种先进的三维打印技术，利用激光照射和熔化金属粉末来逐层构建复杂的金属零件。

它具有高精度、高可靠性、低成本等优点，被广泛应用于航空航天、汽车、医疗等领域。

2. 原理2.1 激光光源激光近静成型技术使用的激光光源通常为高功率的纳秒脉冲激光器。

激光器产生的激光束具有高能量密度和较小的发散角，可以精确地照射到工件的特定位置。

2.2 金属粉末金属粉末是激光近静成型技术中常用的原材料，可以通过粉末冶金、气体原子喷雾等方法制备得到。

金属粉末的颗粒大小和形状决定了成型件的表面质量和机械性能。

2.3 成型过程激光近静成型的成型过程一般包括以下几个步骤：•定位：将金属粉末均匀铺在工作台面上，通过控制工作台的移动，将激光焦点定位到正确的位置。

•熔化：激光束照射到金属粉末上，使其迅速升温至熔点以上，形成熔池。

•凝固：熔池会迅速冷却并凝固成固态金属，与之前的层次相结合。

•重复：重复以上步骤，逐层构建金属零件，直至完成。

2.4 特点激光近静成型技术具有以下几个特点：•高精度：激光束聚焦后，能够达到很小的熔池尺寸，从而实现高精度的成型。

•高密度：由于金属粉末在熔化之前能够完全填充在已成型的部分上，使得成型件具有较高的密度。

•低变形：激光近静成型技术采用逐层构建的方式，避免了热应力对工件的影响，从而减小了变形的可能。

3. 应用3.1 航空航天激光近静成型技术在航空航天领域的应用非常广泛。

它可以用于制造航空发动机喷嘴、涡轮叶片等高温、高压零件，并能够实现复杂的内部结构。

3.2 汽车制造汽车制造领域也是激光近静成型技术的主要应用之一。

它可以用于制造复杂的汽车零部件，如发动机部件、底盘结构等，提高汽车的性能和安全性。

3.3 医疗器械激光近静成型技术在医疗器械的制造中起着重要的作用。

例如，可以用于制造人工关节、牙科种植体等高精度零件，提高医疗器械的适应性和耐久性。

精密塑性近净成形技术的发展现状及趋势摘要：本文综述了精密塑性近净成形技术的发展现状，探讨了温-冷复合近净成形技术、温锻-冷精整复合成形技术、长寿命模具技术、复杂精锻件精度控制技术以及绿色生产线改进技术。

随后进一步指出了精密塑性近净成形技术发展过程中存在的问题与技术难点，并结合生产实际与产业政策提出了精密塑性近净成形技术未来的发展趋势。

关键词：精密塑性近净成形技术;温-冷复合近净成形;长寿命模具技术;复杂精锻件精度控制引言精密塑性近净成形技术是利用金属材料的塑性，借助于模具装备，通过压力加工的方式，生产接近最终形状的机械零件。

该技术具有提高零件综合力学性能、少无切削、便于组织大批量生产等重要特点[1]。

对一般零件，应用该技术可节约原材料30%，减少切削加工余量50%以上;对复杂型面零件，如齿形零件、带球形等异形曲面的万向节类零件等，优势更为明显，复杂型面成形后无需切削加工，与切削加工相比生产效率提高20～30倍。

因此该技术属于节材、节能、高效、短流程（减少加工工序、缩短工艺路线）的绿色制造技术，在汽车工业、工程机械等行业具有广泛的应用前景。

塑性近净成形技术的水平已成为衡量一个国家制造水平的重要标志[2]。

近年来，德、日等国在数值仿真技术应用研究、自动化生产、模具寿命、应用领域及提高锻件精度等方面都有长足的发展。

我国50年代开始塑性净成形技术的理论与应用研究，但发展缓慢，其主要原因为：没有形成适合国情的关键技术，生产与模具装备相对落后。

由于锻造模具工况环境比较恶劣，所承受工作载荷、热应力大，导致模具寿命较低，常用的模具材料H13、3Cr2W8V和H11，国内锻模平均寿命只有4000-5000件左右，使得锻件的生产成本偏高，竞争力减弱，严重制约着精密塑性近净成形技术的发展。

1 精密塑性近净成形技术的发展现状（1）温-冷复合近净成形过程中数值模拟技术温冷复合近净成形技术是20世纪70年代发展起来的一种精密锻造成形工艺，其既能够有效降低变形抗力，还结合了冷加工的成形精度[3]。