超硬材料網(wǎng)

　　機床制造技術的主要長期目標一直是著眼于提高生產(chǎn)率和加工質(zhì)量。

　　但近幾年，隨著環(huán)保意識的增強以及自然資源的日趨緊缺，生產(chǎn)過程中對能源、資源的有效利用以及降低污染在機床的設計理念中扮演著越來越重要的角色。

　　輕量化是技術方向

　　為了實現(xiàn)經(jīng)濟性和環(huán)保性的目標，機床輕結(jié)構(gòu)技術應運而生。輕技術特別應用于相應加工工藝的符合剛度要求，輕結(jié)構(gòu)技術起著至關重要的作用。

　　或許正是出于這種考慮，美國斯圖加特大學機床研究所和弗勞恩霍夫生產(chǎn)技術與自動化研究所的新部門———輕結(jié)構(gòu)技術部精密合作，將基礎研究與生產(chǎn)應用研究以及教學活動想結(jié)合，更好地推動工業(yè)生產(chǎn)的革新與教學內(nèi)容的與時俱進。

　　在第三屆中德先進制造技術論壇上，與會專家認為，新型可持續(xù)生產(chǎn)方法的施行與新型工廠結(jié)構(gòu)和組織管理結(jié)構(gòu)的應用三者相結(jié)合，決定了工業(yè)制造企業(yè)在全球大規(guī)模市場的成敗。

　　而新型可持續(xù)生產(chǎn)方法的其中一部分就是開發(fā)所謂的輕型材質(zhì)，并將其拓展應用于新領域，繼而開發(fā)與產(chǎn)品制造相適應的必要的生產(chǎn)與加工工藝。

　　以結(jié)構(gòu)鏈為線索，輕結(jié)構(gòu)首先要涉及的就是原材料問題，其次是新材料在后續(xù)加工過程中所要面臨的挑戰(zhàn)，比如因為切削加工的不同而引發(fā)的加工質(zhì)量的評估辦法，同事，加工技術與刀具也是一種新的視角和方向。

　　輕結(jié)構(gòu)體在加工中的具體荷載特性和磨損特性以及由此引申出來的刀具設計理念也備受關注。

　　而最后，輕質(zhì)材料來構(gòu)造結(jié)構(gòu)材料所必須的連接工藝也是一道難關，因為除了使用相匹配緊固件的方式以外，還存在使用粘合劑和粒子束的可能性。

　　業(yè)內(nèi)人士表示，從能量角度出發(fā)，輕質(zhì)材料的質(zhì)量—強度比有著明顯的優(yōu)勢，這也使它的應用領域被不斷拓展。

　　長期以來，纖維復合材料在航空航天技術與風電設備等領域已經(jīng)得到了充分的使用，未來可以預見的是，纖維復合材料必將在汽車制造行業(yè)大放異彩。

　　這就意味著，目前市場上的單件或者小規(guī)模的生產(chǎn)模式（大多為手工生產(chǎn)）必將通過自動化材料生產(chǎn)及加工工藝而改變，來實現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)的目標。

　　汽車輕量化已成批應用

　　“不節(jié)能，產(chǎn)品就賣不動。”這一情況在2012年更為突出。特別是在日本，2011年日本大地震后，與能源緊缺相關的話題持續(xù)升溫，消費者的節(jié)能意識不斷提高。在這一背景下，能夠?qū)崿F(xiàn)輕量化的加工技術獲得了比以往更高的關注。其中，推動相關開發(fā)的是汽車業(yè)。

　　目前汽車輕量化主要內(nèi)容包括材料輕量化、設計輕量化、結(jié)構(gòu)輕量化相結(jié)合的方式。

　　材料輕量化即通過鋼板的替代材料或者輕金屬材料來使車身輕量化，替代材料是以高強度鋼板替代普通低碳冷軋鋼板，提高零部件的強度和剛度，降低鋼板厚度或者截面尺寸來減輕重量。

　　近年來，國內(nèi)的汽車廠家也逐漸采用高強鋼，例如奇瑞公司在其新開發(fā)的車型上使用的DP340高強鋼的應用比例已達45%，部分車型達50%。東風汽車公司在商用車車架上采用了屈服強度700MPa級高強鋼替代抗拉強度為510MPa級材料，通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化實現(xiàn)主梁減重38kg，加強梁減重170kg，合計減重208kg，并且在車箱輕量化方面采用了700MPa級高強度鋼板替代Q235生產(chǎn)標準車箱，實現(xiàn)減重20%~37%。

　　由于輕量化對提高燃效的貢獻度較高，因此越來越多的汽車廠商對部件廠商提出了數(shù)值化目標，比如減輕10％重量等。在這種情況下，出現(xiàn)了大幅輕量化的實例。比如，日本KOIWAI公司以積層模具鑄造技術“KOIWAI法”為武器，不斷獲得了訂單。該公司制造出了比鋼制現(xiàn)行產(chǎn)品減輕45％的汽車鋁合金副車架，以及減輕40％的摩托車油箱架，獲得了汽車廠商等的極大關注。

　　據(jù)悉，其通過用快速成型（RP）技術制造芯子后與低溫模具組合，鑄造出了壁薄且中空一體構(gòu)造的副車架。

　　實際上材料技術，設計水平不高也影響著產(chǎn)品輕量化的發(fā)展。

　　中國工程學會輕量化技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟委員會成員認為，汽車輕量化技術并非僅僅依靠材料，汽車輕量化是設計、制造、材料技術集成的工程。例如，東風牽引車減重1400公斤，其中結(jié)構(gòu)優(yōu)化占19%，功能配置優(yōu)化占40%，兩者共占59%，真正新材料新技術只占41%。

　　如果僅把輕量化看成材料供應問題，會阻礙我國輕量化水平提高的主要技術瓶頸之一。

　　據(jù)悉，國產(chǎn)汽車輕量化目標是2013年目標車型中的燃油轎車減重5%~8%、混合動力客車減重10%；同時，要攻克7項技術，建立設計和評價方法，包括高強度鋼零件的先進成型技術、纖維增強塑料的模塊設計和應用技術、形變鋁合金的開發(fā)和制造、多目標輕量化技術的集成應用和共性技術平臺建設等。

　　而國內(nèi)學術界，也在多方探討，比如國內(nèi)哈爾濱工業(yè)大學就利用內(nèi)高壓成形理論取代傳統(tǒng)的沖壓對焊零件，該方法具有重量輕、剛度和疲勞輕度好的優(yōu)點，因此在汽車輕量化制造領域發(fā)揮了重要作用。

　　據(jù)介紹，內(nèi)高壓成形通過高壓液體作用使管材發(fā)生塑性變形，所需壓力往往高達200~400兆帕，因而得名。

　　但是壓力越高，所需設備噸位越大，對模具承壓能力、密封件結(jié)構(gòu)可靠性、高壓源壓力的要求越高，導致產(chǎn)品成本增加。例如直徑100mm的管材，在200兆帕成形，如果總長度達到2000mm，需合模力4000t。因此，通過改進工藝，降低內(nèi)高壓成形壓力，是降低內(nèi)高壓成形技術門檻，減少設備投資、提高產(chǎn)品競爭力的重要途徑。

　　回過頭來繼續(xù)談機床，正是因為有了汽車、航空航天等新材料、新結(jié)構(gòu)件的出現(xiàn)，需要機床這工作母機盡快做出調(diào)整，比如目前除了塑料材料外，美國外汽車行業(yè)都在嘗試進行鈦鎂合金的應用，這對于機床而言，是一種新的挑戰(zhàn)和嘗試。

　　但值得注意的是，用戶行業(yè)的需求不僅僅是為了滿足其加工要求，還附加要求能在保證加工質(zhì)量的同時，能夠提高生產(chǎn)率和經(jīng)濟效益，并能進一步降低成本。

　　這些都需要機床企業(yè)做出創(chuàng)新變革，以適應用戶行業(yè)不斷提出的新要求。畢竟隨需而變是機床制造行業(yè)的生存之本。