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开创复合金属近净成形的新兴产业
2009-03-26 河北金博世复合金属材料有限公司技术总监 胡长安
复合金属的精确塑性成形专业领域，是新工艺、新材料、新装备以及各项新技术成果的综合集成技术。
在复合金属材料中，由于异质金属复合材料的性能功能化和较低的成本及应用范围广泛，改变了传统金属材料发展潜力的不足，国内一直被列为优先发展的高新技术产业。又是“十一五”国家科技支撑计划重点项目、国家2008年火炬计划中再次提及支持发展的材料先进制备、成型和加工技术——“近终成型技术”。
近终成形技术即近净成形技术、精密成形技术，是指零件成形后，仅需少量加工或不再加工，就可用作机械构件的成形技术。它是建立在多学科高新技术成果基础上，改造了传统的不适合大批量生产的毛坯成形技术（坯料的尺寸不可能接近成品的尺寸，所以机加工量大，材料的利用率低，生产效率低）。近净成形技术，使之由粗糙成形变为优质、高效、高精度、轻量化、低成本、无公害的成形。它使得成形的机械构件具有精确的外形、较高的尺寸精度和形位精度、良好的表面粗糙度。精密成形技术的发展对提高一个国家的工业竞争力有重大影响。
据有关资料介绍，从20世纪70年代以来，各工业发达国家政府与工业界对近净成形技术投入了大量资金和人力，使这项技术得到很快发展，由于这项技术对市场竞争能力的突出贡献，被美国、日本政府列为20世纪90年代影响竞争能力的关键技术，其产值增长幅度也远高于制造业产值增长幅度。我国近净成形技术在整个成形制造生产中所占比重还比较低，总体水平要比发达国家落后若干年。
我国开发出复合金属近净成形工艺及其设备
一、复合金属管型零件新材料——“双金属轴套零件材料”及专用径向摆辗机
双金属轴套零件材料是我国发明的专利产品，是一种型材化、标准化的轴套材料新产品。它主要是为各种轴套加工企业、通用机械厂和机械修配企业提供双金属轴套零件近终形产品材料。用这种双金属轴套零件形材料，只需极少量的机械加工（如：倒角、钻孔、车或压油槽）就可以成为直接装机使用的轴套零件产品。它的技术特点介绍于下：
双金属轴套零件材料制成的轴套（中国发明专利技术产品）
本产品采用了在无缝钢管管的内壁上烧结铜合金，采用径向摆辗机将烧结上的铜合金衬层致密到≧98%，达到机械结构零件的性能要求。首创了制造钢—烧结铜合金整圆双金属轴套零件材料的生产工艺方法——“烧结摆辗法”。“烧结摆辗法”的技术特点：
（1）结构为整圆，刚度好，维持精度好，便于在自动生产线上实现自动化装配；（2）、生产效率高（完成一支轴套平均工时≤4秒）、加工工序少、省去了使用传统烧结双金属板、卷带材料必须的裁切、卷制所用的模具及工艺装备，使用设备少，只需主要设备两台套、占地面积小；（3）、材料利用率高，按要求的规格尺寸制作，钢和铜合金的利用率接近百分之百，节能、节材，制造成本低。（4）、使用这种双金属轴套零件形材料，只需极少量的机加工 （如：倒角、钻孔、车或压油槽）就可以制成为直接装机使用的轴套产品。
二 、复合金属止推滑动轴承制造技术
1．止推滑动轴承简介及产品用途
止推滑动轴承，承受轴向（沿着或平行于旋转轴线）载荷的滑动轴承。结构有：单金属和双金属的。双金属止推轴承或称复合金属止推轴承。
止推滑动轴承是通用机械基础零件，在各种转动机械上用量大、范围广，其用量是以亿为单位计量的。典型的产品有：1）标准或非标标准的单、双面有铜合金减摩层的止推轴承环，整圆环、半圆环、环片等；2）锻压机行业、重型及矿山机床、大马力柴油机用的大直径止推轴承圆环，直径可达450mm；3）超厚衬背的零件有低中压齿轴油泵的浮动轴承套；4）凹凸半圆形、异形的零件有：柴油机中的推力轴承垫，汽车空调压缩机中的旋转滑靴，中、高压齿轮油泵中的椭圆形侧板，8字形浮动侧板等。
由于传统的制造方法都属于材料去除的加工方法。随着产品品种的增加，技术性能要求的提高，暴露出了它们的不足：
一是材料利用率太低。特别是对有色金属的浪费，以止推轴承圆环为例，材料的利用率平均仅有40%左右，浇铸方法利用率就更低。
二是烧结法（热轧制除外）的材料性能还没有达到机械结构零件的性能要求，铜合金的致密度只能在93%?97%之间徘徊。
三是对特种形状和超常尺寸的材料和零件难以实现工业化的大生产制造，如：形状：圆形、环形、半圆环形、凹凸半球形、不规则形等止推轴承，只能是用材料“去除”的加工方法来得到Z终零件。超常尺寸：超宽尺寸（大于200mm到以上）；超厚衬背（大于10mm到以上）。
2．止推滑动轴承加工新工艺
为加速中国机械基础件工业的发展，1986年北京一家工厂在传统烧结法的基础上开发出一个省料、省工、省设备、省投资的双金属零件形状材料的生产工艺方法，即复合金属近净形零件材料新工艺。
创新一：复合金属近净形材料止推轴承
近净形材料产品是生产制造零件形状材料产品，其制造技术改造了传统的材料去除法。
双金属近净形材料产品，指复合金属材料（钢—铜合金双金属复合材料）是在零件形状钢衬背上烧结复合致密铜合金层的新材料产品，是1986年由中国领先研发出来并开始投放市场的。
该加工方法于1988年申请了中国发明专利“减摩轴承复合材料的生产工艺”，授权后曾列为北京市重大科技成果，国家级火炬计划项目。
加工方法是采用摆辗技术使烧结铜合金成型致密，改造了传统方法的毛坯成形技术，领先开创了复合金属的止推滑动轴承零件材料的摆辗产品。
其工艺特点及其社会效益
用立式摆辗机替代了两辊平面轧机——立式摆辗机或称轴向模轧机，开口空间比两辊轧机高（近机床闭合高度），且变更了轧制模式；
摆辗是一种辗扩式的压力成形加工工艺，上模与工件周期性局部接触施压，工件在递增变形积累过程中成形致密；
产品致密度高、光洁度高、质量好。在连续周期性局部接触施压多次递增变形积累中，每一个孔隙连续不断地进行多次（十次以上）变形破坏，使烧结铜合金材料达到了相对密度≧98%?99%以上的机械结构零件材料性能的要求，上模的光洁度就是铜合金光洁度；
生产率高。平均每件产品的加工工时≤4秒/件；
节省有色金属材料。对价格昂贵的铜合金的利用率近百分之百，是其它加工方法无可比拟的。
能加工的产品从轴对称形扩展到了加工卷带材、异形材和零件：
异形材如：A、凹凸(半球形)零件的凹形里层和凸形外层表面复合铜合金材料；B、凹凸V型导板，分别在凹V和凸V的两个斜面上复合铜合金材料。
显著社会效益：经过20多年的推广和生产，其材料及产品已在机械通用零部件行业中，成为了不可替代的并起到了不可或缺的重要作用，节能、节材，对昂贵的铜合金利用率近100%。
创新二：烧结双金属净形成形止推轴承零件产品
烧结双金属轴向止推轴承是净形成形零件产品，是继近净形材料产品研发之后于2002年由中国研发成功的净形成形零件，它不经切削加工，或极少量的精细加工就可以制成达到直接装配要求的产品。
该产于2002年获授权中国实用新型专利，属于中国高新技术产品目录中的产品。
它不用传统的钢板、带材作衬背，而是用钢粉和铜合金粉经先进工艺和设备，可以不经切削加工，或有的用极少量的精细加工就可以制成达到直接装配要求的产品，在国内、外处领先地位，是双金属轴向推力轴承制造工艺上的一项重大技术创新成果，又一次突破了现有的钢－烧结铜合金复合金属近形零件材料的加工制造模式，除可以做到合理利用并大量节约有色金属、黑色金属外，还能有效地节省大量的加工工时、人力及设备，具有节约能源、降低损耗、减少切削加工的突出特点，生产效率高，社会、经济、技术效益极其显著。
其优势是：节材、节能。材料利用率大于98%～99%以上；完成双金属零件的制造只用两台套主要设备，节省机械加工3/4；降低制造成本平均约完全达到机械结构零件的性能要求。
从以上分析比较看出，用两种金属粉材可以直接制造成机械结构零件产品，在世界上有无可比拟甚至无可替代的技术优势，开创了烧结钢—烧结铜合金双金属少、无切削的节能、节材的复合金属零件新产业，这项产业和这个产品既是行业方向，又是有着巨大潜在市场和强大竞争力的新技术。
三、结束语
·由于异质金属复合材料的性能功能化，充分发挥了各组元材料各自的特性和较低的成本及应用范围广泛，改变了传统金属材料发展潜力的不足，市场前景无限广阔。
·钢衬背—烧结铜合金近净形材料止推轴承和净形成形烧结双金属止推轴承，都是复合金属材料和零件的近净成形产品，它的致密成型制造改造了传统的毛坯成形技术。
·双金属轴套零件材料、复合金属止推滑动轴承制造技术的创新，填补了当前世界空白，为我国开创复合金属净形成型新兴产业走出了一条广阔的发展新路。
在复合金属材料中，由于异质金属复合材料的性能功能化和较低的成本及应用范围广泛，改变了传统金属材料发展潜力的不足，国内一直被列为优先发展的高新技术产业。又是“十一五”国家科技支撑计划重点项目、国家2008年火炬计划中再次提及支持发展的材料先进制备、成型和加工技术——“近终成型技术”。
近终成形技术即近净成形技术、精密成形技术，是指零件成形后，仅需少量加工或不再加工，就可用作机械构件的成形技术。它是建立在多学科高新技术成果基础上，改造了传统的不适合大批量生产的毛坯成形技术（坯料的尺寸不可能接近成品的尺寸，所以机加工量大，材料的利用率低，生产效率低）。近净成形技术，使之由粗糙成形变为优质、高效、高精度、轻量化、低成本、无公害的成形。它使得成形的机械构件具有精确的外形、较高的尺寸精度和形位精度、良好的表面粗糙度。精密成形技术的发展对提高一个国家的工业竞争力有重大影响。
据有关资料介绍，从20世纪70年代以来，各工业发达国家政府与工业界对近净成形技术投入了大量资金和人力，使这项技术得到很快发展，由于这项技术对市场竞争能力的突出贡献，被美国、日本政府列为20世纪90年代影响竞争能力的关键技术，其产值增长幅度也远高于制造业产值增长幅度。我国近净成形技术在整个成形制造生产中所占比重还比较低，总体水平要比发达国家落后若干年。
我国开发出复合金属近净成形工艺及其设备
一、复合金属管型零件新材料——“双金属轴套零件材料”及专用径向摆辗机
双金属轴套零件材料是我国发明的专利产品，是一种型材化、标准化的轴套材料新产品。它主要是为各种轴套加工企业、通用机械厂和机械修配企业提供双金属轴套零件近终形产品材料。用这种双金属轴套零件形材料，只需极少量的机械加工（如：倒角、钻孔、车或压油槽）就可以成为直接装机使用的轴套零件产品。它的技术特点介绍于下：
双金属轴套零件材料制成的轴套（中国发明专利技术产品）
本产品采用了在无缝钢管管的内壁上烧结铜合金，采用径向摆辗机将烧结上的铜合金衬层致密到≧98%，达到机械结构零件的性能要求。首创了制造钢—烧结铜合金整圆双金属轴套零件材料的生产工艺方法——“烧结摆辗法”。“烧结摆辗法”的技术特点：
（1）结构为整圆，刚度好，维持精度好，便于在自动生产线上实现自动化装配；（2）、生产效率高（完成一支轴套平均工时≤4秒）、加工工序少、省去了使用传统烧结双金属板、卷带材料必须的裁切、卷制所用的模具及工艺装备，使用设备少，只需主要设备两台套、占地面积小；（3）、材料利用率高，按要求的规格尺寸制作，钢和铜合金的利用率接近百分之百，节能、节材，制造成本低。（4）、使用这种双金属轴套零件形材料，只需极少量的机加工 （如：倒角、钻孔、车或压油槽）就可以制成为直接装机使用的轴套产品。
二 、复合金属止推滑动轴承制造技术
1．止推滑动轴承简介及产品用途
止推滑动轴承，承受轴向（沿着或平行于旋转轴线）载荷的滑动轴承。结构有：单金属和双金属的。双金属止推轴承或称复合金属止推轴承。
止推滑动轴承是通用机械基础零件，在各种转动机械上用量大、范围广，其用量是以亿为单位计量的。典型的产品有：1）标准或非标标准的单、双面有铜合金减摩层的止推轴承环，整圆环、半圆环、环片等；2）锻压机行业、重型及矿山机床、大马力柴油机用的大直径止推轴承圆环，直径可达450mm；3）超厚衬背的零件有低中压齿轴油泵的浮动轴承套；4）凹凸半圆形、异形的零件有：柴油机中的推力轴承垫，汽车空调压缩机中的旋转滑靴，中、高压齿轮油泵中的椭圆形侧板，8字形浮动侧板等。
由于传统的制造方法都属于材料去除的加工方法。随着产品品种的增加，技术性能要求的提高，暴露出了它们的不足：
一是材料利用率太低。特别是对有色金属的浪费，以止推轴承圆环为例，材料的利用率平均仅有40%左右，浇铸方法利用率就更低。
二是烧结法（热轧制除外）的材料性能还没有达到机械结构零件的性能要求，铜合金的致密度只能在93%?97%之间徘徊。
三是对特种形状和超常尺寸的材料和零件难以实现工业化的大生产制造，如：形状：圆形、环形、半圆环形、凹凸半球形、不规则形等止推轴承，只能是用材料“去除”的加工方法来得到Z终零件。超常尺寸：超宽尺寸（大于200mm到以上）；超厚衬背（大于10mm到以上）。
2．止推滑动轴承加工新工艺
为加速中国机械基础件工业的发展，1986年北京一家工厂在传统烧结法的基础上开发出一个省料、省工、省设备、省投资的双金属零件形状材料的生产工艺方法，即复合金属近净形零件材料新工艺。
创新一：复合金属近净形材料止推轴承
近净形材料产品是生产制造零件形状材料产品，其制造技术改造了传统的材料去除法。
双金属近净形材料产品，指复合金属材料（钢—铜合金双金属复合材料）是在零件形状钢衬背上烧结复合致密铜合金层的新材料产品，是1986年由中国领先研发出来并开始投放市场的。
该加工方法于1988年申请了中国发明专利“减摩轴承复合材料的生产工艺”，授权后曾列为北京市重大科技成果，国家级火炬计划项目。
加工方法是采用摆辗技术使烧结铜合金成型致密，改造了传统方法的毛坯成形技术，领先开创了复合金属的止推滑动轴承零件材料的摆辗产品。
其工艺特点及其社会效益
用立式摆辗机替代了两辊平面轧机——立式摆辗机或称轴向模轧机，开口空间比两辊轧机高（近机床闭合高度），且变更了轧制模式；
摆辗是一种辗扩式的压力成形加工工艺，上模与工件周期性局部接触施压，工件在递增变形积累过程中成形致密；
产品致密度高、光洁度高、质量好。在连续周期性局部接触施压多次递增变形积累中，每一个孔隙连续不断地进行多次（十次以上）变形破坏，使烧结铜合金材料达到了相对密度≧98%?99%以上的机械结构零件材料性能的要求，上模的光洁度就是铜合金光洁度；
生产率高。平均每件产品的加工工时≤4秒/件；
节省有色金属材料。对价格昂贵的铜合金的利用率近百分之百，是其它加工方法无可比拟的。
能加工的产品从轴对称形扩展到了加工卷带材、异形材和零件：
异形材如：A、凹凸(半球形)零件的凹形里层和凸形外层表面复合铜合金材料；B、凹凸V型导板，分别在凹V和凸V的两个斜面上复合铜合金材料。
显著社会效益：经过20多年的推广和生产，其材料及产品已在机械通用零部件行业中，成为了不可替代的并起到了不可或缺的重要作用，节能、节材，对昂贵的铜合金利用率近100%。
创新二：烧结双金属净形成形止推轴承零件产品
烧结双金属轴向止推轴承是净形成形零件产品，是继近净形材料产品研发之后于2002年由中国研发成功的净形成形零件，它不经切削加工，或极少量的精细加工就可以制成达到直接装配要求的产品。
该产于2002年获授权中国实用新型专利，属于中国高新技术产品目录中的产品。
它不用传统的钢板、带材作衬背，而是用钢粉和铜合金粉经先进工艺和设备，可以不经切削加工，或有的用极少量的精细加工就可以制成达到直接装配要求的产品，在国内、外处领先地位，是双金属轴向推力轴承制造工艺上的一项重大技术创新成果，又一次突破了现有的钢－烧结铜合金复合金属近形零件材料的加工制造模式，除可以做到合理利用并大量节约有色金属、黑色金属外，还能有效地节省大量的加工工时、人力及设备，具有节约能源、降低损耗、减少切削加工的突出特点，生产效率高，社会、经济、技术效益极其显著。
其优势是：节材、节能。材料利用率大于98%～99%以上；完成双金属零件的制造只用两台套主要设备，节省机械加工3/4；降低制造成本平均约完全达到机械结构零件的性能要求。
从以上分析比较看出，用两种金属粉材可以直接制造成机械结构零件产品，在世界上有无可比拟甚至无可替代的技术优势，开创了烧结钢—烧结铜合金双金属少、无切削的节能、节材的复合金属零件新产业，这项产业和这个产品既是行业方向，又是有着巨大潜在市场和强大竞争力的新技术。
三、结束语
·由于异质金属复合材料的性能功能化，充分发挥了各组元材料各自的特性和较低的成本及应用范围广泛，改变了传统金属材料发展潜力的不足，市场前景无限广阔。
·钢衬背—烧结铜合金近净形材料止推轴承和净形成形烧结双金属止推轴承，都是复合金属材料和零件的近净成形产品，它的致密成型制造改造了传统的毛坯成形技术。
·双金属轴套零件材料、复合金属止推滑动轴承制造技术的创新，填补了当前世界空白，为我国开创复合金属净形成型新兴产业走出了一条广阔的发展新路。
