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本研究針對復雜鑄件整體制造難、制模周期長、資源消耗大等難題，構建無模鑄造復合成形原理及機制，發明復雜砂型/芯數字化柔性擠壓近成形、切削凈成形方法，研發出砂型擠壓/切削復合成形工藝，省去木模、金屬模制造過程。 一、項目分類 關鍵核心技術突破 二、成果簡介 鑄造是我國裝備制造的基礎工藝，無論是農業機械、機床、汽車、船舶，還是航空航天以及國防軍工等領域的發展都離不開鑄件。我國現已成為世界鑄件生產大國，2020年我國各類鑄件總產量達到5195萬噸，較2019年同比增長6.6%，約占世界總產量45%，位居世界第一位。 鑄造主要有砂型鑄造、金屬型鑄造和特種鑄造等，砂型鑄造由于其原材料來源廣泛、成本低、鑄型制造簡便以及應用合金種類多等優點，世界上80%的鑄件都是采用砂型鑄造。對于砂型鑄造工藝來說，模樣、芯盒等模具的設計制造是非常復雜并且耗時的過程，該過程首先需要根據鑄造方案進行模具的設計，然后通過翻模制作砂型和砂芯，之后再將制作好的砂型和砂芯經過組芯、合箱以及澆鑄從而完成金屬毛坯的制造。而高性能復雜整體金屬結構件又是航空航天、國防軍工、軌道交通等領域高端裝備的核心組成部分。因此構件的短流程、高精密、高性能制造是實現我國高端裝備自主研發及制造的關鍵環節。 傳統的金屬成形如模具鑄造、模壓鍛造等需要木模、金屬模的成形工藝，存在工序多、流程長、形性精確控制難等世界性難題，無法滿足多品種、小批量、短流程、高精度的迫切要求，亟需研發新型精密成形基礎前沿機制與方法。本項目將構建數字化精密成形理論體系，涵蓋數字化無模鑄造復合成形和數字化多材質復合鑄型等兩方面，突破了復雜整體構件高效率、高性能、高精度無模成形技術，變革了采用模具造型的傳統砂型鑄造和模壓鍛造生產模式，推動傳統金屬成形模式的創新發展。 復雜砂型/芯曲面柔性擠壓近成形、切削凈成形的數字化無模鑄造復合成形技術與裝備 本研究針對復雜鑄件整體制造難、制模周期長、資源消耗大等難題，構建無模鑄造復合成形原理及機制，發明復雜砂型/芯數字化柔性擠壓近成形、切削凈成形方法，研發出砂型擠壓/切削復合成形工藝，省去木模、金屬模制造過程。揭示了擠壓工藝對砂型透氣性、砂型強度等性能的影響規律，發明了梯度緊實的柔性擠壓成形方法，實現了砂型/芯梯度緊實柔性擠壓近成形。 復雜鑄件形性精確調控的數字化多材質復合成形技術與裝備 本研究針對傳統單一鑄型對結構復雜、壁厚差異大、鑄件形性調控難、尺寸精度差等難題，提出了多材質復合鑄型技術及與鑄件相匹配的多材質復合鑄型及其坎合組裝方法，通過建立多材質復合鑄型與高性能鑄件一體化精確鑄造成形的計算分析模型，構建了多材質復合鑄型的調控原理與方法。揭示了多材質復合鑄型對鑄件溫度場、微觀組織及力學性能的影響規律，研制出石英砂、寶珠砂、鉻鐵礦砂等構成的形性可控鑄型材料配方，實現了鑄型透氣性、固化強度、切削性能的協同調控。研究了傳統鑄型與復合鑄型的凝固溫度曲線，對比了不同工藝所制鑄件的強度，掌握了各鑄型單元的熱力學參數及型砂種類對鑄件性能的影響規律，揭示了金屬液與不同鑄型間的熱力耦合作用機理。 三、創新點及主要技術指標 1.復雜砂型/芯曲面柔性擠壓近成形、切削凈成形的數字化無模鑄造復合成形技術與裝備 本研究揭示了砂粒移位、橋連斷裂、空穴彌合的砂型/芯切削機理，建立了非均質離散體砂型切削模型，發明了一種切削排砂一體化的無模鑄型數字化快速制造方法，實現了高精高效制造，鑄件制造周期縮短50%以上，成本降低30%以上。 2.復雜鑄件形性精確調控的數字化多材質復合成形技術與裝備 本研究實現了對鑄件充型凝固過程的精確調控，提高了復雜鑄件內在質量與外在精度，實現了鑄件性能主動精確調控，使鑄件廢品率從5%～10%降至2%～4%，減重10%～20%。 四、知識產權及獲獎（成果基礎） 知識產權情況： 成果獲授權發明專利46件，其中美日等國際發明專利18件；軟件著作權12件；起草制定國家、行業等標準規范14項；出版專著《無模鑄造》（機械工業出版社，2017）。成果入選并被列為國家工信部《機械基礎件、基礎制造工藝、基礎材料產業“十二五”規劃》（工信部規[2011]509號）中“50項推廣應用的先進綠色制造工藝”的首項技術。 獲獎情況： 2020年國家科學技術進步獎二等獎； 2018年中國機械工業科學技術獎特等獎； 2017年國家技術發明二等獎； 2016年中國機械工業科學技術獎特等獎； 2016年中國專利金獎； 2014年國家科學技術進步獎一等獎； 2012年北京市科學技術獎一等獎； 2011年國家科學技術進步獎二等獎。 五、成果圖片

本發明提供了一種電磁脈沖助推式漸進拉深成形方法，包括將 待成形板料置于凹模與凸模之間；實施預成形，使位于凸模底部的待 成形板料被壓入凹模內；在待成形板料位于凸模底部的部分施加電磁 力，向下推送待成形板料；同時在待成形板料的周邊均施加電磁力， 向凹模的中心推送待成形板料，使待成形板料流入凹模內；在凸模上 施加下壓力，使凸模下行，使待成形板料位于凸模下部的部分被向下 拉深；反復執行沖壓拉深與電磁脈沖拉深，直至完成待成形板

（專利號：ZL 201410495292.0） 簡介：本發明公開一種帶輔助底座的板料漸進成形方法，屬于金屬塑性加工成型技術領域。該成形方法首先在現有數控漸進成形機床上設置一套輔助底座裝置，將圓錐形輔助底座的底部固定在液壓缸上面，通過調節液壓缸的推力和行程以控制所述圓錐形輔助底座的升降；在數控漸進成形機床的夾具內安裝輔助底座裝置，并把液壓缸的底部固定在數控漸進成形機床上；然后三維建模以及調整圓錐形輔助底座的傾角，將待成形板料固定在夾具上，操

含芯棒和無芯棒的旋鍛工藝參數優化、缺陷預防以及產品設計。

研究成果有效減少了螺紋花鍵同軸零件成形時間、提高了零件機械性能，特別是易于保證螺紋和花鍵相對位置穩定，實現高性能、高精度零件的低成本、短周期、低能耗的成形制造。相關研究成果豐富了零件滾軋成形理論和技術，拓展了滾軋成形工藝應用范圍。已建立了完備的螺紋花鍵同步滾軋工藝理論體系，工藝試驗也已取得較好的效果。

項目的簡單概述 通過自行研制開發的輕金屬半固態制備與流變成形設備及工藝控制技術，將熔融的鎂合金、鋁合金液體制備成半固態漿料并直接進行流變壓鑄成形。采用半固態制備與直接成形技術可使成形件的組織得到改善，明顯降低成形件的表面及內部缺陷，并提高成形件的強度和塑性。 項目來源 本項目來源于國家973項目“先進鎂合金半固態制備與成形基礎研究”和國家863項目“半固態輕合金設計、制備與成形技術開發與應用”項目。 項目的最新進展、所達到的水平 該技術的特點：半固態漿料制備與直接成形一體化；效率高；漿料制備體積及成形件尺寸范圍寬；適合于鎂合金、鋁合金及其復合材料半固態制備及直接成形。 項目的關鍵數據，如性能、各項指標等該設備及技術包括：輕金屬合金（鎂合金、鋁合金等）熔煉爐、半固態漿料制備系統；漿料流量控制裝置以及電控系統、壓鑄機和相關工藝控制軟件等。半固態制備的剪切速率最高可達10000/s；可以連續制備鎂合金、鋁合金即其復合材料的半固態漿料，同壓鑄機連接可直接將半固態漿料進行壓鑄成形；成形件的重量在幾十g～1000g左右；配備壓鑄機的能力在180～600噸

（專利號：ZL 201510560020.9） 簡介：本發明公開一種金屬薄板塑性復合脹型成形方法，屬于金屬塑性加工成型技術領域。該成形方法首先利用脹形對金屬薄板進行預成形，脹形深度根據成形角的大小進行計算得出，然后將預成形后的金屬薄板放置在板料數控漸進成形機床上進行加工成形。該復合成形方法是將數字化板料數控漸進成形與傳統球型脹形成形有機結合起來，通過兩者的優勢互補而達到特殊的成形效果。實驗表明，球型脹形和板料數控漸進成形結合的復合成形方法相比其它復合成形的方法，可以有效改善金屬薄板塑性成形加工時間過長、以及成形大成形角零件困難等技術問題，尤其是對成形大成形角的零件，本發明成形方法相比其它復合成形方法具有顯著的技術優勢。

在國際上率先開展了塑料微流控芯片通道成形與自動對準裝配系統的研究，研制成功國內外首臺塑料微流控芯片自動化制造裝備，采用并發展了新技術，研制了包括塑料微流控芯片微通道熱壓成形機、熱鍵合機、光電對準系統、操作機器人、上下料裝置等設備所構成的芯片制作裝備，取得了熱壓鍵合溫度循環控制方法與裝置、芯片預聯接方法與裝置、芯片對準鍵合全自動卡盤裝置以及芯片檢測器等一批具有自主知識產權的關鍵技術。

管材充液成形是通過管材內部液體的加壓和軸向施加壓力的送料使管材變形，將其壓入模具型腔而得到所需幾何形狀制件的一種工藝方法，是為實現減重增強的目標而提出的一種制造空心輕體構件的新工藝。 目前，管件充液成形技術主要用于制造航空、航天和汽車制造業等工業領域中使用的各種異形的空心構件，其產品主要包括：飛機用偏心軸、排氣管以及民用廚房衛生用具等。原材料多為碳鋼、不銹鋼、鋁合金、鈦合金、銅合金及鎳合金等，原則上適用于冷成形的材料均適用于管材充液成形技術。與航空、航天領域和民用領域相比，管材充液成形技術在汽車領域中的應用相對比較廣泛。目前在轎車上應用零件種類包括：底盤類零件；車體構件；發動機與驅動系統；轉向和懸掛系統。汽車行業最具代表性充液成形產品是轎車副車架。對于某車型副車架，零件數量已由6個減少到1個，比沖壓件質量減輕30%，生產成本降低20%，模具造價降低60%。

內容介紹： 本項目針對高性能復雜金屬結構件成形的技術難題和快速響應需求， 建立了金屬結構件激光立體成形科學與技術整體架構和成形工藝規范， 成形與修復構件的綜合力學性能達到鍛件技術標準，研發了具有自主知 識產權系列激光立體成形與修復工藝裝備，并在國內首先實現了商業應 用，為激光立體成形技術的大規模工業化應用提供了技術支撐。 該技術獲授權發明專