1 引言

近年来，材料成型与控制工程模具制造技术快速发展，工艺过程控制优化、装备模具升级、自动化水平提高，促进新技术和新材料以及新设备的广泛应用，满足各个应用方的多样化需求，例如轨道交通和电气电力等，获得不错的成绩。随着节能环保、智能高效、市场拓展目标的持续推进，行业人员积极加大相关技术的研究与创新，带动更多行业领域的创新发展。

2 技术前沿

目前，材料的应用日益广泛，覆盖到电子信息领域、汽车制造与家居领域等，占据着重要的地位。将目光聚焦到半导体材料，整个产业的核心部分为芯片设计。根据公开数据显示，芯片设计业销售收入2019年达到2947.7亿元；2020年中国芯片涉及行业市场规模将突破3500亿元。从技术创新方面分析，主要包括如下：（1）半导体材料。以往的芯片制造主要使用硅基材料，随着碳基半导体材料出现，凭借成本低和功耗小等优势，被广泛应用。此类材料实际上是一种一氧化石墨烯，属于电子元件材料，具有较强的导电与导热性能，适用于高辐射和高温度极端环境。相比国外使用硅基技术制造的芯片，我国使用碳基技术制造的芯片具有突出优势，尤其是大数据处理和功耗节约方面。（2）半导体激光隐形晶圆切割机。此设备的研制成功，实现了最佳光波与切割工艺，为芯片材料的制造提供支持。

3 材料成型与控制工程模具制造技术类型分析

3.1 一次成型技术

3.1.1 常用技术

对于硬度低并且具有较好塑性的材料，例如镁合金等，采用一次成型技术，运用挤压和拉拔以及轧制等方法，实现成型处理。对于强度高的金属，采用铸造方法能够实现一次成型。目前，采用的一次成型技术如下：（1）挤压成型技术。按照技术流程，将金属工程材料，放入到对应型号模具的挤压机械中，借助挤压机械的力量，对材料进行加压达到塑性变形和材料挤压成型的效果。采用挤压成型技术手段，不仅能够解决产品外形线条方面存在的不流畅问题，而且表面比较平滑，产品的使用效果得到增强。技术的关键在于材料与挤压模具的硬度系数比例，防止因为模具难以承受压力造成碎裂，最终引发事故。（2）冷轧与拉拔成型技术。不同于挤压成型技术，此技术使用冷轧机，利用轧辊开展材料的冷轧处理，适用于材质均匀的金属工程材料。对于冷轧生成热的问题，可采取冷却或者其他方式处理。采用的拉拔成型技术，借助拉拔机，对材料实施强力拉伸。技术的关键在于保障材料的韧性和表面摩擦系数达标，具有生产制造速度快的优势[1]。

3.1.2 新技术

技术应用实例：汽车轻量化背景下，要求不能影响强度，同时达到减轻重量的目的。通过使用新材料与新制造工艺，促进生产周期缩短，达到降低成本的效果。目前，采用的是E-LFT混合材料成型技术，通过将长纤维增强热塑性塑料和金属基材成型工艺整合，使用粘合剂达到塑料与金属板连接的目的。采用的E-LFT一次性挤压复合工艺，先进行热塑性聚丙烯或者聚酰胺材料的模压成型处理，完成塑料颗粒的熔化处理后，再挤出机内添加玻璃纤维，最终挤出的溶体受到垂直方向的压力产生流动。利用此工艺手段，能够实现10～15mm长度纤维增强效果，相比注塑成型件，能够有效提升部件强度，同时质量比较轻。基于汽车轻量化要求，为增强复合材料强度，多选择长波纤维或者碳纤维增强，考虑到成本控制多设置在高载荷部位，例如座椅结构件等。对于高负载情况，金属材料有着突出的优势，塑料/金属混合部件不仅具有轻量化特点，还具有强度优势。采用激光技术对金属表面进行处理，之后在一次性挤压工序中达到塑料与金属的复合。通过激光处理能够实现热塑性溶体和金属有效结合的效果，拉伸强度大约为12MPa，剪切强度能够达到48MPa。部分研究团队围绕混合材料控制臂的设计开发，进行了相应的研究。使用DP800以及PA6，利用全自动E-LFT生产线，采用25mm玻纤维增强。整个生产系统，通过在一个循环周期内直接配制60%塑料与40%玻纤维的混合物，也就是说不使用PA GF40棒状颗粒原料，使用聚酰胺、添加剂以及玻璃纤维直接混配挤出，整个过程只需要60s。根据实验结果显示，新控制臂成功减重20%。除此之外，对负载较低的部件，预计减重能够达到50%。

3.2 二次成型与控制技术

3.2.1 传统技术

目前，常用的技术方法如下：（1）锻造成型技术。采用锻造二次成型与控制技术，将金属工程材料进行加热，达到奥氏体化温度水平以上，之后利用机械施加冲击和压力，达到锻造成型的效果。例如，碳钢材料，其奥氏体华问题一般在727～912℃。采用此技术手段，进行锻造成型，可方便金属器件造型的改变。整个锻造环节，要开展高温加热，增加了技术把控的难度，尤其是精密性较强的产品加工[2]。（2）冲压成型技术。采用此技术，对低碳钢进行处理能够达到需求。一般来说，金属工程材料的塑性水平高低通常由金属的含碳量决定。若含碳量高，则塑性越差。采用冲压成型技术，为保障技术的应用效果，要保证金属工程材料的塑性达标。应用前做好材料塑性的试验，避免技术应用不当造成冲压机械破坏。（3）焊接成型技术。对于由多个组件构成的工业产品，为保证精密性或者生产效率等达到要求，采用焊接二次成型技术手段，开展组装焊接，能够获得不错的成效。根据金属工程材料的种类与特点，选择电气焊和氩弧焊等技术，保障焊接的质量[3]。

文章来源：《控制工程》 网址: http://www.kzgczzs.cn/qikandaodu/2021/0610/1017.html

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