塑性精密成形是坯料在外力作用下，使金属在模具中发生塑性变形而成为所需形状、尺寸和性能的产品加工过程。该工艺能够解决材料切屑加工困难、加工量大、材料利用率低等问题，既减少了人力物力的浪费，又提高了产品的尺寸精度和使用性能。 1、铝合金、钛合金等温精密模锻工艺应用 某型号飞机铝合金法兰盘无斜度、无余量等温精锻件，图1所示，该锻件通过一次性成形达到零件外形设计尺寸，内孔和外形无须机械加工。 图1 铝合金法兰盘精密成型件 某型号飞机Ti-1023钛合金护板接头等温精锻件，图2所示，该等温精锻件外形无余量，为简单毛坯一次成形。   图2 钢板焊接件及钛合金精锻件 某型号Ti-1023钛合金摇臂等温精锻件，图3所示，已通过装机试飞测试，属于无斜度无余量精锻件。                                                                          图3(a) 钢摇臂机加件     图3(b) 钛合金摇臂等温精锻件 图4所示为某型号发动机TC6钛合金等温精锻件摇臂和指针。研制的钛合金等温精锻件的复杂程度处于国内领先水平。 图4 钛合金等温精锻件 2、液态模锻（挤压铸造）工艺应用 该工艺可解决铝合金小型复杂结构件的精密、高效的成型问题。针对气泵上盖零件，图5所示，实现了一模成形（多）两件、带侧孔抽芯、钢镶嵌件等工艺特点，简化了原加工工艺，降低了制造成本。 图5 气泵上盖液态模锻件 与某军工厂合作完成了多功能炮弹壳体液态模锻工艺研究，图6所示，炮弹毛坯内孔不加工，材料利用率大幅提高，加工工时大幅度下降，炮弹试验件经靶场试验测试满足设计要求。 图6 气泵上盖液态模锻件 某航空仪表电器厂传感器法兰盘，图7所示，材料为Ly12，采用液态模锻技术制取通用毛坯，替代原工艺采用的挤压棒料直接加工，可加工出8种尺寸规格的零件，降低了材料消耗，缩短了加工周期，节省了加工费用，已实现批量生产。 图7 气泵上盖液态模锻件 电器安装基板，如图8所示，材料为6063铝合金，采用液态模锻技术，实现了一模成形两件，将原数控加工的槽沟一次成形，尺寸达到设计要求，简化了该零件的加工工艺，缩短了加工周期，提高了生产效率。 图8 电器安装基板液态模锻件 3、铝合金精密冷挤压工艺应用 变形铝合金薄壁深筒“液压锁缸体”零件，图9所示，原工艺采用棒料直接加工而成，加工难度大、材料利用率低；利用冷挤压技术直接成形，挤压件要求外形及内孔不加工，表面质量要求高，通过工艺及模具设计优化，零件尺寸精度均达到设计要求，内外表面均不需要加工。 图9 液压锁缸体挤压件 手机电池用铝壳毛坯，图10所示，一次冷挤压成形工艺，铝壳壁厚0.3mm，外形尺寸可按要求设计，同时解决了挤压件的表面质量问题，所开发的工艺可用于成型矩形的各种尺寸规格手机电池铝壳。 图10 手机电池壳挤压件 铝合金电器屏蔽罩，图11所示，截面尺寸29×43mm，长度160mm，壁厚1.2mm，采用简单毛坯一次性挤压成形，表面质量好，尺寸精度高。 图11 铝合金电器屏蔽罩挤压件

本项目创新性提出利用七台电缸作为模压机构的伺服驱动元件，相比国外气缸驱动的玻璃模压成形设备，更有利于对模压速度、模压位置与成形压力的精密控制。设备使用的工业控制系统，比可编程逻辑控制器更利于对模压成形过程进行工艺调试、条件优化以及对工艺数据的导入导出。此外，设备还对加热模块进行了进一步优化，有更宽的温度调控范围。 课题组通过技术攻关，在模具材料制备、微纳模具超精密加工与微纳光学器件超精密模压成形方面，已经形成了具完全自主知识产权的玻璃模压加工工艺。基于开发的全电机伺服驱动精密模压成形机，可实现在可见光玻璃和红外玻璃材料上加工自由曲面透镜、非球面透镜、微沟槽、微柱面镜阵列、微棱镜阵列、微透镜阵列等光学器件。对于国内微纳光学器件制造意义重大。

本课题组创新性提出利用七台电缸作为模压机构的伺服驱动元件，相比国外气缸驱动的玻璃模压成形设备，更有利于对模压速度、模压位置与成形压力的精密控制。设备使用的工业控制系统，比可编程逻辑控制器更利于对模压成形过程进行工艺调试、条件优化以及对工艺数据的导入导出。此外，设备还对加热模块进行了进一步优化，有更宽的温度调控范围。 课题组通过技术攻关，在模具材料制备、微纳模具超精密加工与微纳光学器件超精密模压成形方面，已经形成了具完全自主知识产权的玻璃模压加工工艺。基于开发的全电机伺服驱动精密模压成形机，可实现在可见光玻璃和红外玻璃材料上加工自由曲面透镜、非球面透镜、微沟槽、微柱面镜阵列、微棱镜阵列、微透镜阵列等光学器件。对于国内微纳光学器件制造意义重大。

成果简介精密锻造成形（或称闭塞挤压成形） 是一种新型精密塑性制造技术， 它是当今金属制品制造先进技术之一。 所开发的闭塞精密挤压成形工艺技术不仅可以在制造过程中节材、 节能， 缩短产品制造周期， 降低生产成本， 而且可以获得更好的材料组织结构与性能， 提高产品的安全性、 可靠性和使用寿命。 随着我国汽车、 摩托车、 兵器、 航空及通用机械等重点产业的发展， 精密塑性加工技术将成为提高产品性能与质量， 提高市场竞争力， 降低制造成本的关键技术。成熟程度和所需建设条件本项目自主开发， 技术国内领先， 并已成功应用汽车零部件的工业化制造。项目实施需要有一定的锻造或挤压设备以及辅助设施。技术指标（1) 可有效减小变形载荷， 成形复杂结构零件， 缩短工艺流程；（2) 提高材料利用率 10—30%；（3) 提高锻件尺寸精度， 减少机加工工序和成本；（4) 改善产品力学性能， 提高产品品质；（5) 降低设备负荷 20-50%以上。 可成形锻件重量范围大， 与同类产品生产工艺相比节约总成本 15-30%以上。市场分析和应用前景汽车工业是我国重点发展的支柱产业。 近几年通过不断自主创新和不惜努力， 汽车工业的规模和品质都得到了飞速发展。 特别是在最近几年我国汽车工业独领风骚， 一举成为世界第一制造大国。 根据国家行业统计 2012 年全国销售汽车近 1700 万台， 今后几年还将以 10%以上的速度发展。 按照全国年销售 1700 万辆计算， 汽车用各类结构件如轴承轮毂、 齿轮坯、 滑块星套、 发电机磁极等每种零件的实际需求都将达到 3500 万只以上， （不含汽配市场）。 但目前国内以精密成形技术为核心的发展状态相对滞后， 采用精密塑性加工的比例与发达国家相比差距较大， 有很大的发展应用空间。社会经济效益分析项目实施以来， 可以提高产品质量和精度， 同时降低制造成本， 改善制造环境。 不仅为企业带来可观的经济效益， 也能有效地保护了环境， 产生了良好的社会效益。合作方式合作开发、 技术（实施） 许可联系方式冶金学院 郑光文 电话： 18155564763 邮箱： 1822147001 @qq.com

精密锻造成形（或称闭塞挤压成形）是一种新型精密塑性制造技术，它是当今金属制品制造先进技术之一。所开发的闭塞精密挤压成形工艺技术不仅可以在制造过程中节材、节能，缩短产品制造周期， 降低生产成本， 而且可以获得更好的材料组织结构与性能，提高产品的安全性、可靠性和使用寿命。随着我国汽车、摩托车、兵器、 航空及通用机械等重点产业的发展，精密塑性加工技术将成为提高产品性能与质量，提高市场竞争力，降低制造成本的关键技术。

调压铸造技术是在传统反重力铸造技术基础上提出的先进铸件成形技 术，其主要特点是利用真空预处理、负压充型、调压凝固，正压补缩等 手段降低金属液含气量，实现平稳高效充型，避免气体及夹杂卷入，强 化铸件凝固顺序，改善补缩效果，从而显著提升铸件强度和塑性，为提 高材料利用效率，减小构件重量提供空间。由于调压铸造技术釆用了负 压充型方法并在最小压差原则下实现正压补缩，因而降低了对铸型透气 性及强度的要求，可与砂型铸造、金属型铸造、熔模精铸、石膏型精密 铸造等

本研究针对复杂铸件整体制造难、制模周期长、资源消耗大等难题，构建无模铸造复合成形原理及机制，发明复杂砂型/芯数字化柔性挤压近成形、切削净成形方法，研发出砂型挤压/切削复合成形工艺，省去木模、金属模制造过程。 一、项目分类 关键核心技术突破 二、成果简介 铸造是我国装备制造的基础工艺，无论是农业机械、机床、汽车、船舶，还是航空航天以及国防军工等领域的发展都离不开铸件。我国现已成为世界铸件生产大国，2020年我国各类铸件总产量达到5195万吨，较2019年同比增长6.6%，约占世界总产量45%，位居世界第一位。 铸造主要有砂型铸造、金属型铸造和特种铸造等，砂型铸造由于其原材料来源广泛、成本低、铸型制造简便以及应用合金种类多等优点，世界上80%的铸件都是采用砂型铸造。对于砂型铸造工艺来说，模样、芯盒等模具的设计制造是非常复杂并且耗时的过程，该过程首先需要根据铸造方案进行模具的设计，然后通过翻模制作砂型和砂芯，之后再将制作好的砂型和砂芯经过组芯、合箱以及浇铸从而完成金属毛坯的制造。而高性能复杂整体金属结构件又是航空航天、国防军工、轨道交通等领域高端装备的核心组成部分。因此构件的短流程、高精密、高性能制造是实现我国高端装备自主研发及制造的关键环节。 传统的金属成形如模具铸造、模压锻造等需要木模、金属模的成形工艺，存在工序多、流程长、形性精确控制难等世界性难题，无法满足多品种、小批量、短流程、高精度的迫切要求，亟需研发新型精密成形基础前沿机制与方法。本项目将构建数字化精密成形理论体系，涵盖数字化无模铸造复合成形和数字化多材质复合铸型等两方面，突破了复杂整体构件高效率、高性能、高精度无模成形技术，变革了采用模具造型的传统砂型铸造和模压锻造生产模式，推动传统金属成形模式的创新发展。 复杂砂型/芯曲面柔性挤压近成形、切削净成形的数字化无模铸造复合成形技术与装备 本研究针对复杂铸件整体制造难、制模周期长、资源消耗大等难题，构建无模铸造复合成形原理及机制，发明复杂砂型/芯数字化柔性挤压近成形、切削净成形方法，研发出砂型挤压/切削复合成形工艺，省去木模、金属模制造过程。揭示了挤压工艺对砂型透气性、砂型强度等性能的影响规律，发明了梯度紧实的柔性挤压成形方法，实现了砂型/芯梯度紧实柔性挤压近成形。 复杂铸件形性精确调控的数字化多材质复合成形技术与装备 本研究针对传统单一铸型对结构复杂、壁厚差异大、铸件形性调控难、尺寸精度差等难题，提出了多材质复合铸型技术及与铸件相匹配的多材质复合铸型及其坎合组装方法，通过建立多材质复合铸型与高性能铸件一体化精确铸造成形的计算分析模型，构建了多材质复合铸型的调控原理与方法。揭示了多材质复合铸型对铸件温度场、微观组织及力学性能的影响规律，研制出石英砂、宝珠砂、铬铁矿砂等构成的形性可控铸型材料配方，实现了铸型透气性、固化强度、切削性能的协同调控。研究了传统铸型与复合铸型的凝固温度曲线，对比了不同工艺所制铸件的强度，掌握了各铸型单元的热力学参数及型砂种类对铸件性能的影响规律，揭示了金属液与不同铸型间的热力耦合作用机理。 三、创新点及主要技术指标 1.复杂砂型/芯曲面柔性挤压近成形、切削净成形的数字化无模铸造复合成形技术与装备 本研究揭示了砂粒移位、桥连断裂、空穴弥合的砂型/芯切削机理，建立了非均质离散体砂型切削模型，发明了一种切削排砂一体化的无模铸型数字化快速制造方法，实现了高精高效制造，铸件制造周期缩短50%以上，成本降低30%以上。 2.复杂铸件形性精确调控的数字化多材质复合成形技术与装备 本研究实现了对铸件充型凝固过程的精确调控，提高了复杂铸件内在质量与外在精度，实现了铸件性能主动精确调控，使铸件废品率从5%～10%降至2%～4%，减重10%～20%。 四、知识产权及获奖（成果基础） 知识产权情况： 成果获授权发明专利46件，其中美日等国际发明专利18件；软件著作权12件；起草制定国家、行业等标准规范14项；出版专著《无模铸造》（机械工业出版社，2017）。成果入选并被列为国家工信部《机械基础件、基础制造工艺、基础材料产业“十二五”规划》（工信部规[2011]509号）中“50项推广应用的先进绿色制造工艺”的首项技术。 获奖情况： 2020年国家科学技术进步奖二等奖； 2018年中国机械工业科学技术奖特等奖； 2017年国家技术发明二等奖； 2016年中国机械工业科学技术奖特等奖； 2016年中国专利金奖； 2014年国家科学技术进步奖一等奖； 2012年北京市科学技术奖一等奖； 2011年国家科学技术进步奖二等奖。 五、成果图片

项目概况 军事工业中的弹药部件、微波通讯器材中的壳体、汽车中的安全气囊、压缩机中的涡旋壳体等都属于铝合金壳体类零件。这些铝合金壳体都是具有异型型腔的盲孔类零件，其尺寸精度要求高、内孔型腔复杂和光洁度要求相当高，而且内孔侧壁与底面相交部分的圆角半径极小，内孔侧壁相交部分的圆角较小。 对于形状复杂、型腔深度较浅的盘状类铝合金壳体以及型腔深度较深的筒形类铝合金壳体，采用精密锻造成形工艺及模具等成套加工技术在硬铝合金如2A12、锻铝合金如6063和6061、超硬铝合金如7A04等铝合金壳体的大批量工业生产上获得了应用，达到了高效、经济、精密制造加工的目的。主要特点 采用精密锻造成形加工技术为军事工业、通信器材和汽车等装备上使用的量大、面广的铝合金壳体类零件的精密制造提供坯件，是提高生产效率、降低制造成本的关键技术。它解决了我国国内在汽车、通用机械、微波通信、军事工业等生产企业中普遍采用的数控加工方法加工这类铝合金壳体中存在的材料消耗大、生产效率低、能源消耗大、生产周期长和制造成本高等一系列问题，为铝合金壳体零件的生产提供一种实用、可靠、高效、经济的制造工艺。技术指标 对于铝合金壳体类零件，目前国内普遍采用数控车床、数控加工中心来加工这类壳体，这种加工方法可以得到合格的铝合金壳体；但该加工方法的材料利用率极低、生产效率低（只能采用小直径的铣刀，因此每次机加工量较小，需要很长的加工时间）、能源消耗大、生产周期长以及制造成本很高，因此国内企业的生产规模不大、产量不高，难于同国际相关行业竟争。 国内有些企业曾采用精密压铸技术来生产这类铝合金壳体，但由于压铸的铝合金壳体的内孔型腔光洁度差、壳体内始终存在着气孔和夹杂等铸造缺陷，使铝合金壳体的机械性能大大降低；难以达到铝合金壳体类零件的使用性能要求。 采用精密锻造成形工艺进行铝合金壳体类零件的生产，具有如下技术优势：（1） 壳体组织致密、表面光洁；（2） 材料利用率高，可达到70%～90%；（3） 生产效率高，可班产1000件～1500件。（4） 尺寸一致性好；（5） 设备投资少。市场前景 该项目的推广应用，既可节约贵重的铝合金材料，又能大大提高生产效率、减少加工工序，能显著降低制造成本；因此，具有显著的社会效益和经济效益。

采用塑性成形工艺成形具有复杂特征的轴类零件（如螺纹、花键、蜗杆、丝杠），相比于传统的切削加工工艺，零件精度高、机械性能好、生产率高、材料利用率高，是一种高效精确体积成形技术。根据不同零件特征发展一系类新工艺：将中高频感应加热同螺纹、花键滚压成形相结合，解决了高强度钢螺纹、花键滚压成形问题；复合振动的复杂齿形滚轧、挤压工艺有效改善了成形零件质量；提出了螺纹齿高大、变形量大的长螺纹（丝杠）零件塑性成形方法；发展可锻轧一体化蜗杆的精密塑性成形工艺等。为之配套的工装、伺服直驱设备体系与相关技术完备。

内容介绍： 经过多年的技术基础研究和工程应用研究，研创出了铝合金、钛合 金、高温合金等材料复杂形状锻件等温精密锻造和超塑性锻造新技术， 已在多个工厂和多项工程上获得应用。主要内容包括：研制出了等温锻 模具新材料ZGM2；设计出了多种等温锻模具新结构；研创出了材料细晶 化毛坯制备、精密制坯与成形、防止精锻件出模变形和热处理变形、防 护润滑、化偶、表面质量控