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研究內(nèi)容： 該項目研究了 ME20M 鎂合金板料熱拉深成形；提出了適 合鎂合金板料熱成形的含非常應變軟化因子的高溫流變應力數(shù)學模型， 并 通 過 用 戶 子 程 序 二 次 開 發(fā) VUMAT 將 其 加 入 到 數(shù) 值 模 擬 軟 件 ABAQUSA/explicit 中去；通過金相組織實驗，在各種成形條件下熱拉深 筒形件斷面組織結(jié)構(gòu)， 得到不同成形工藝參數(shù)對鎂合金組織性能的影響結(jié) 果。

方矩形鋼管是用途極廣和最常見的異型鋼管，也是一種經(jīng)濟端面管材，與其相同截面積的其他非圓鋼管相比，具有重量輕，強度高，抗彎截面模量大，節(jié)省金屬，易于安裝等優(yōu)點，主要用于建筑、醫(yī)療器械、高檔家具、汽車、飛機、地鐵、造船等行業(yè)。  冷彎方矩形管的主要成型工藝有“圓變方”和“方變方”兩種，前者生產(chǎn)效率高，是將高頻圓形焊管經(jīng)過冷拔整形成為最后形狀。   隨著市場和技術(shù)發(fā)展的需求，北京科技大學機械學院在成功開發(fā)了“高精度冷拔精密鋼管”工藝與設備基礎(chǔ)上，又先后開發(fā)出滾模冷拔錐管、葫蘆形管、大口徑方管等復雜斷面管材以及多通管液壓脹形等新工藝。我們利用大型仿真軟件對大口徑方管的冷拔過程進行了各種工藝參數(shù)下的模擬。開發(fā)成功650X650以下，最大壁厚25mm的方矩形管成形新工藝與設備。 冷彎型鋼在國外建筑業(yè)中用途非常廣泛，被用作屋架、檁條、桁架、剛架、墻架、龍骨、屋面板、墻板、樓板、門窗乃至容器、管道、圍堰、鋼板樁、防波堤等。近年來，冷彎型鋼組合而成的網(wǎng)殼、貨架、單層和多層房屋也得到了很快的發(fā)展。在發(fā)達國家，建筑業(yè)是冷彎型鋼的第一大用戶，冷彎型鋼占鋼材總量的5％，建筑業(yè)用冷彎型鋼占冷彎型鋼總量70％以上，冷彎型鋼產(chǎn)品應用于建筑業(yè)的主要是結(jié)構(gòu)用冷彎方矩形管和建筑用結(jié)構(gòu)冷彎型鋼。從結(jié)構(gòu)力學和經(jīng)濟角度，冷彎型鋼和H型鋼結(jié)合應用于建筑業(yè)是最佳組合，可以實現(xiàn)工業(yè)廠房和民用住宅建設工廠化。

該項目屬于粉末冶金學科。高性能特種材料具有其他材料不具備的特殊性能，在高技術(shù)領(lǐng)域中具有不可取代的關(guān)鍵作用。然而，這類材料往往硬度高、脆性大，難以采用傳統(tǒng)技術(shù)加工制備，成為許多國防和民用高技術(shù)裝備發(fā)展的瓶頸。為此，項目基于粉體流變成形原理，研發(fā)了難加工材料的近終形制造新技術(shù)，廣泛應用于國防和民用高技術(shù)領(lǐng)域。

新金屬材料國家重點實驗室噴射成形技術(shù)研究室現(xiàn)有副教授以上研究人員4人，其中教育部長江學者獎勵計劃特聘教授1人，留學回國人員3人，長期從事噴射成形及其它材料制備成形技術(shù)和新材料的研究開發(fā)，在相關(guān)理論和應用研究方面取得了一定的成果，積累了豐富的經(jīng)驗。已經(jīng)發(fā)表相關(guān)論文100余篇，申請國家發(fā)明專利3項。 噴射成形是一項21世紀新材料開發(fā)和傳統(tǒng)材料性能提升的先進制備技術(shù)，廣泛應用于國民經(jīng)濟和國防建設的各個領(lǐng)域。 噴射成形高性能鋁合金研究與應用： (1)高硅鋁合金：具有良好的綜合力學性能以及高溫耐磨性能，廣泛應用于汽車、機械和電子工業(yè)。 (2)超高強度高韌性鋁合金：室溫抗拉強度達到850MPa以上，同時具有良好的塑韌性和抗應力腐蝕能力，在航空航天工業(yè)、核工業(yè)、交通運輸工業(yè)等領(lǐng)域有重要作用。 噴射成形電子材料研究與應用： (1)Cu-Cr電觸頭材料：合金中Cr相顆粒的尺寸明顯細化，觸點的開關(guān)性能明顯提高，使其成為高性能大容量真空開關(guān)的優(yōu)良材料。 (2)輕質(zhì)Si-Al封裝材料：具有低密度、高導熱率和與半導體材料相近的熱膨脹系數(shù)，是理想的新型電子封裝材料，尤其適用于航空航天等需要輕質(zhì)低膨脹封裝材料的應用領(lǐng)域。 新型高溫（>1200℃）抗氧化耐磨材料研究與應用： 在高溫磨損條件下可以保持良好的抗氧化性能，廣泛適用于高溫加熱爐等應用領(lǐng)域。

在傳統(tǒng)的半固態(tài)鋁合金觸變成形技術(shù)中，電磁攪拌和電磁感應重熔加熱的功率較大、效率很低、能耗很高，半固態(tài)坯料的液相分數(shù)不能太高，成形非常復雜零件毛坯時遇到困難，而且坯料的鋸屑、坯料重熔加熱時的流失金屬、澆注系統(tǒng)和廢品不能馬上回用，增加了觸變成形的生產(chǎn)成本。因此，如何進一步降低生產(chǎn)成本成為當今半固態(tài)鋁合金成形技術(shù)應用的最重要的主題。 在國家九五、十五和十一五“863”高技術(shù)發(fā)展計劃的支持下，我校研制開發(fā)的先進鋁合金半固態(tài)流變成形技術(shù)已經(jīng)成熟，成功地流變成形了汽車零件，如圖1所示。與一般半固態(tài)鋁合金觸變成形相比，該半固態(tài)鋁合金流變成形的生產(chǎn)工藝流程大大縮短，設備投資也將大幅度減少，半固態(tài)流變成形零件的生產(chǎn)成本將會明顯降低。目前，該項目已經(jīng)通過國家“863”計劃組織的專家委員會的驗收。 由于半固態(tài)鋁合金流變成形不易發(fā)生噴濺、裹氣少、凝固收縮小，流變成形的零件毛坯致密，能夠熱處理強化，因此采用本半固態(tài)流變成形技術(shù)成型的鋁合金零件的力學性能遠遠超過鋁合金壓鑄件的力學性能，滿足國家技術(shù)標準。而且，流變成形的零件毛坯不存在宏觀偏析，力學性能更均勻；可以實現(xiàn)近終化成形，大為減少機加工量，降低加工成本；易于實現(xiàn)機械化或自動化操作，生產(chǎn)效率高；減輕了模具的熱沖擊，提高了模具的壽命。該技術(shù)具有電磁攪拌和均熱能耗低，漿料表面氧化程度輕，輸送方便，漿料的固相分數(shù)可以靈活控制，便于成形各種復雜零件，而且半固態(tài)鋁合金漿料流變成形后的澆注系統(tǒng)、廢品將直接在本車間回用，降低原料成本。與傳統(tǒng)的半固態(tài)鋁合金觸變成形相比，半固態(tài)鋁合金流變成形的生產(chǎn)工藝流程大大縮短，設備投資也將大幅度減少，半固態(tài)流變成形零件的生產(chǎn)成本將會明顯降低。 該技術(shù)以北京科技大學擁有的中國發(fā)明專利00 1 09540.4為支撐，具有原創(chuàng)性及完全的知識產(chǎn)權(quán)。 目前，鋁合金半固態(tài)流變成形應用主要集中在汽車零件和耐壓閥體等零件，如汽車制動總泵殼、油道、輪轂等，也可以應用于其他要求較高的零件毛坯，如航空、航天、摩托車和電子行業(yè)的鋁合金零件等。鋁合金半固態(tài)流變成形零件毛坯不但具有優(yōu)良的力學性能。

研究閥體零件多向擠壓成形工藝過程中材料流動特征，指出加載路徑對材料流動的影響規(guī)律，優(yōu)化加載路徑，有效避免成形缺陷；已成功研發(fā)了鋁合金、銅合金以及黑色金屬的半固態(tài)成形工藝，成形零件強度、硬度顯著提高，形成了復雜閥體半固態(tài)擠壓鑄造、半固態(tài)多向鍛造工藝體系；研制了實現(xiàn) 6 個加載方向數(shù)控成形液壓機，利用機架及特制液壓缸有效減少了液壓系統(tǒng)安裝空間。

采用塑性成形工藝成形具有復雜特征的軸類零件（如螺紋、花鍵、蝸桿、絲杠），相比于傳統(tǒng)的切削加工工藝，零件精度高、機械性能好、生產(chǎn)率高、材料利用率高，是一種高效精確體積成形技術(shù)。根據(jù)不同零件特征發(fā)展一系類新工藝：將中高頻感應加熱同螺紋、花鍵滾壓成形相結(jié)合，解決了高強度鋼螺紋、花鍵滾壓成形問題；復合振動的復雜齒形滾軋、擠壓工藝有效改善了成形零件質(zhì)量；提出了螺紋齒高大、變形量大的長螺紋（絲杠）零件塑性成形方法；發(fā)展可鍛軋一體化蝸桿的精密塑性成形工藝等。為之配套的工裝、伺服直驅(qū)設備體系與相關(guān)技術(shù)完備。

采用局部加載增量成形大型復雜構(gòu)件可有效減少成形載荷、提高材料成形極限、拓展構(gòu)件成形尺寸范圍、提高設備成形能力，是采用難變形材料的大型復雜構(gòu)件近凈省力成形的有效途徑。揭示了大型復雜構(gòu)件局部加載成形過程的加載狀態(tài)并建立了下材料流動解析模型；發(fā)展了適用于大型復雜構(gòu)件三維坯料設計的解 析-數(shù)值混合方法；構(gòu)件了能快速穩(wěn)定實現(xiàn)局部加載的液壓機的液壓系統(tǒng)，獲得相同裝機功率下遠大于整體加載成形的成形能力。工藝理論已形成系統(tǒng)，且技術(shù)成熟度高，撰寫綜述論文發(fā)表于國際 SCI 期刊，已在實現(xiàn)局部的液壓系統(tǒng)方面申請發(fā)明專利多項。

該項目屬于粉末冶金學科。高性能特種材料具有其他材料不具備的特殊性能，在高技術(shù)領(lǐng)域中具有不可取代的關(guān)鍵作用。然而，這類材料往往硬度高、脆性大，難以采用傳統(tǒng)技術(shù)加工制備，成為許多國防和民用高技術(shù)裝備發(fā)展的瓶頸。為此，項目基于粉體流變成形原理，研發(fā)了難加工材料的近終形制造新技術(shù)，廣泛應用于國防和民用高技術(shù)領(lǐng)域。主要發(fā)明點如下：1. 發(fā)明了高性能特種材料的粉末注射成形新工藝，實現(xiàn)了金屬鎢、氮化鋁、含氮不銹鋼等難加工材料制品的近終形制造；發(fā)明了專用注射成形機、側(cè)抽芯新結(jié)構(gòu)模具等關(guān)鍵工藝裝備；創(chuàng)立了基于機器視覺的粉末注射成形產(chǎn)品尺寸和外觀質(zhì)量在線自動檢測、工業(yè)機器人動態(tài)抓取和分揀軟硬件系統(tǒng)，首次實現(xiàn)了全自動化生產(chǎn)和高質(zhì)量穩(wěn)定性控制，生產(chǎn)效率提高 6 倍以上。2. 首創(chuàng)了適合注射成形的近球形微細特種粉體制備和改性新技術(shù)。提出基于酸根離子的化學推進劑理論，創(chuàng)立了可控溶液燃燒合成難熔金屬和氮化物反應體系和工藝，制備出粒徑小于 50nm 的高分散近球形氮化鋁和鎢基粉體。創(chuàng)立了“氣流分級分散-等離子球化”粉體改性技術(shù)，制備出滿足精密多孔陰極需要的細粒徑窄分布（5±2μm）球形鎢粉。3. 發(fā)明了適合不同材料的粘結(jié)劑體系及成形和高效脫脂工藝。提出基于聚合物功能基團的多組元粘結(jié)劑設計原理，創(chuàng)立了兩相流協(xié)調(diào)運動模型，闡明了兩相分離和缺陷產(chǎn)生的不確定性機制，發(fā)明了殘?zhí)夹汀⒌蜌埩粜秃透哒承哉辰Y(jié)劑體系，有效解決了坯體兩相分離、變形、增氧、缺陷等控制難題，產(chǎn)品尺寸精度達到±0.2%。4. 發(fā)明了多孔脫脂坯強化燒結(jié)致密化和組織性能精確調(diào)控技術(shù)。提出金屬鎢的低溫無壓活化燒結(jié)致密化理論和鈍化處理孔隙結(jié)構(gòu)精確調(diào)控技術(shù)，突破了高致密度鎢的細晶化和多孔鎢的孔隙均勻化技術(shù)瓶頸，燒結(jié)金屬鎢電極的晶粒尺寸僅 570nm，抗電子轟擊性能提高 2 個數(shù)量級，多孔鎢的活性物質(zhì)填充量提高 20%；綜合利用液相燒結(jié)和殘?zhí)肌懊撗酢痹恚鉀Q了氮化鋁高致密化、晶界相控制和晶格凈化等難題，熱導率高達 248W·m-1·K-1。項目授權(quán)中國發(fā)明專利 60 項、實用新型專利 65 項，申請 PCT 專利 2 項，軟件著作權(quán) 6 項，合作出版著作 5 部，發(fā)表 SCI 論文 104 篇。項目引領(lǐng)了粉末注射成形行業(yè)發(fā)展，建成了世界規(guī)模最大的粉末注射成形生產(chǎn)線。科技成果評價專家組認為：“創(chuàng)新性強，屬于重要的軍民兩用技術(shù)”；“為我國國防先進武器和民用工業(yè)領(lǐng)域研制和生產(chǎn)了多種關(guān)鍵零件”；“應用成效明顯，整體技術(shù)達到國際領(lǐng)先水平”。獲教育部技術(shù)發(fā)明一等獎 2 項、中國有色金屬工業(yè)技術(shù)發(fā)明一等獎 1項。成果推廣應用于 20 余家企業(yè)，建成生產(chǎn)線 47 條。近三年，新增銷售 54.09億元，新增利潤 7.05 億元，多種產(chǎn)品解決了國防裝備建設和研發(fā)的“卡脖子”問題，社會經(jīng)濟效益顯著。

作為機器基礎(chǔ)件的齒輪近幾年來在向高速、低噪聲、高可靠性發(fā)展。為適應發(fā)展的要求，幾乎所有的高速齒輪都采用高精度，硬齒面，齒廓和齒向修形。成形磨齒機在齒廓修形和齒向修形具有無法比擬的優(yōu)勢，能夠滿足高階復雜修形要求，使得這種現(xiàn)代先進方法成為磨齒機發(fā)展的主要方向。本項目在漸開線齒輪成形磨齒工藝軟件開發(fā)過程中考慮了軸齒輪，盲端齒輪等特殊齒輪情況，對于高階復雜修形齒面計算、砂輪截形優(yōu)化、三維磨削過程可視化、基于KBE技術(shù)的齒輪工藝參數(shù)智能化管理等技術(shù)難題，進行了重點開發(fā)。并在齒輪動態(tài)性能預測及噪聲控制軟件部分實現(xiàn)技術(shù)突破，軟件可實現(xiàn)齒輪噪音對比預測，并能優(yōu)化齒輪參數(shù)，以降低齒輪運行時振動噪聲目的。此功能的開發(fā)大大縮短了齒輪加工工藝調(diào)整周期，形成了一體化智能成形磨齒系統(tǒng)。L300G多功能數(shù)控成形磨齒機整體采用臥式布局，以適應盤形齒輪和軸類齒輪加工。機床的特點是機床結(jié)構(gòu)簡單，操縱可靠輕易；運動控制系統(tǒng)、修整系統(tǒng)都有NC數(shù)控軸控制；人機操作方便、可視化強，結(jié)合KBE技術(shù)對齒輪工藝數(shù)據(jù)智能化管理，即可完成齒輪齒向任意修正；磨削時冷卻液都采用高壓供給并有真空過濾以及油霧分離裝置；具有較高的加工精度，本機床能達到GB10095-88 3級，表面粗糙度達Ra0.4μm，齒輪周節(jié)累計誤差達到2級。成形磨齒機適合于單件小批量生產(chǎn)，又適合大批量生產(chǎn)，加工效率較高，在加工相同精度和規(guī)格的齒輪性價比明顯高。另外，本機床在漸開線齒輪成形磨齒工藝軟件基礎(chǔ)上，相繼進行了擺線齒輪、軸外圓、花鍵、蝸輪磨削工藝軟件的開發(fā)，真正實現(xiàn)了“一機多用”的多功能磨齒機開發(fā)，這也是綠色制造技術(shù)的集中體現(xiàn)。