摘要：再制造作為國家新興戰略性產業，高度契合了國家發展循環經濟的戰略，得到政府和企業的高度重視。再制造成形技術能夠恢復廢舊零部件尺寸、恢復甚至提升其服役性能，是再制造工程的核心。綜述再制造成形技術的國內外研究和發展現狀，比較分析國內外再制造成形技術和再制造成形質量控制標準的差異，并重點從“尺寸恢復法”再制造成形技術、“尺寸恢復與機械加工”融合的再制造成形技術和再制造成形質量控制與評價方法三方面，詳細闡述我國再制造成形技術的最新成果。在此基礎上，提出我國再制造成形技術的發展趨勢和發展策略建議。
關鍵詞：循環經濟 再制造成形技術 現狀 發展趨勢
0 前言
進入21世紀，保護地球環境、構建循環經濟、保持社會經濟可持續發展已成為世界各國共同關心的話題。
再制造工程以節約資源能源、保護環境為特色，以綜合利用信息技術、納米技術、生物技術等髙技術為核心，可使廢舊資源中蘊含的價值得到最大限度開發和利用，緩解資源短缺與資源浪費的矛盾，減少大量的失效、報廢產品對環境的危害，是廢舊機電產品資源化的有效途徑。再制造工程高度契合了國家發展循環經濟的戰略需求，并為其提供了關鍵技術支撐，近年來得到了政府和企業的高度重視。再制造產業已被國家列為新興戰略性產業，并且列入了我國社會經濟發展“十二五”規劃。再制造已成為節能減排、促進循環經濟發展的主要途徑之一[3]。
再制造成形技術是以廢舊機械零部件作為對象，恢復廢舊零部件原始尺寸、并且恢復甚至提升其服役性能的材料成形技術手段的統稱，其是再制造工程的核心。廢舊零件再制造成形，主要包含兩方面的內容：①恢復廢舊零件失效部位的原始尺寸；②恢復甚至提升廢舊零件的性能。
針對廢舊件而言，恢復其原始尺寸，可以是恢復表面或表層尺寸，也可以是恢復局部的三維立體尺寸，主要采用能夠在零件基體損傷部位沉積成形修復性表面涂層或三維金屬體的各種先進表面工程技術、熔焊沉積技術、快速成形技術等先進再制造技術手段；恢復甚至提升其服役性能主要取決于再制造成形所采用的材料和技術工藝。再制造成形技術具有如下重要特征：再制造成形產品的質量和性能不低于新品，成本約為新品的50%，節能60%、節材70%，對環境的不良影響顯著降低。隨著再制造產業發展，再制造成形技術及其相關理論也獲得了快速發展[2,4]。
1 再制造成形技術的研究和發展現狀
1.1 國外研究和發展現狀
在工業發達國家，廢舊產品造成的危害暴露較早，因而相應的對策也被較早提出。再制造在歐美等發達國家已有幾十年的發展歷史，無論在廢品回收責任制、再制造產品質量保證，還是在再制造產品銷售和售后服務等方面都己形成了較完整的產業體系。
2005年全球再制造業產值已超過1000億美元，美國的再制造產業規模最大，達到750億美元，其中汽車和工程機械再制造占2/3以上，約500億美元左右。美軍高度重視再制造，也是再制造的最大受益者。美軍軍費世界第一，但美軍仍然認為再制造具有重大作用，尤其是“在財政預算有限、新裝備配備不到位、制造新裝備費用高昂的情況下，再制造可維持武器裝備的戰備完好率。”隸屬于美國國家科學研究委員會的“2010年后國防制造工業委員會”制訂了2010年國防工業制造技術的框架，將武器系統的再制造列為國防工業的重要研究領域。近年來，日本加強了對工程機械的再制造，再制造的工程機械中，58%由日本國內用戶使用，34%出口到國外，其余的8%拆解后作為配件出售。
在機械產品再制造成形技術方面，歐美和日本等工業發達國家在再制造工業生產中，主要采用換件法和基于機械加工方法的再制造成形技術（即尺寸修理法）進行，如英國ListerPetter再制造公司，每年為英國、美國軍方再制造3000多臺廢舊發動機時，對于磨損超差的缸套、凸輪軸等關鍵零件都予以更換新件，并不修復。美國康明斯發動機公司采用機械加工方法對發動機缸體、缸蓋、曲軸、連桿等主要貴重零部件進行尺寸修理，并更換其相關配偶件和附件，對進行發動機再制造生產。
隨著社會可持續發展理念的提出，歐美等工業發達國家也開始注意減少更換件的數量，而對基于表面工程的再制造成形技術及其成套設備的研發投入了大量力量，主要研發了基于激光熔覆、等離子堆焊等原理的高能束再制造成形技術，并憑借其良好的工業基礎和先進科技成果，把再制造成形技術與工業機器人、自動控制技術、監檢測技術等有機集成，研發出了先進的成套設備，在國防裝備和工業設備關鍵零部件再制造成形中獲得了成功應用[5-8]。
1.2 中國再制造成形技術的發展現狀
1999年6月，在西安召開的“先進制造技術”國際會議上，徐濱士院士發表了“表面工程與再制造技術”的學術論文，在國內首次提出了“再制造”的概念，至今己經過去10年有余。當前，我國對發展再制造產業高度重視，鼓勵政策和法律法規相繼出臺，再制造示范試點工作穩步進行，再制造理論與技術的研究已取得重要成果。隨著我國再制造產業的發展，高等院校和企業對再制造成形技術和理論的研究不斷深入和拓展，促使再制造成形技術近年來獲得了快速發展。
裝甲兵工程學院裝備再制造技術國防科技重點實驗室己初步構建起再制造理論體系框架，主要包括再制造產品多壽命周期理論、再制造產品設計基礎、再制造毛坯剩余壽命評估、再制造產品壽命預測、再制造關鍵技術基礎和再制造模擬與仿真等六個方面，并在自動化高速電弧噴涂再制造成形、等離子熔覆再制造成形、激光熔覆再制造成形、自動化納米電刷鍍再制造成形等技術方面取得了突破。針對不同零件再制造成形，研究了再制造成形機理、材料、工藝成套設備以及再制造控性控形方法。綜合機器人堆焊和數控銑削加工，實現了機器人一數控銑削復合快速再制造過程,深入研究了堆焊再制造的成形路徑規劃理論和方法。天津工業大學楊冼臣教授課題組研究了紡織設備、冶金設備等重要零部件的激光熔覆再制造成形方法[9]。西北工業大學黃衛東教授課題組等研究了航空發動機鈦合金葉片等零部件的激光再制造成形方法[10]。上海寶冶工程技術公司研究和應用了高能微弧冷焊再制造成形技術。沈陽大陸激光技術有限公司和上海寶鋼集團等研究了連乳機牌坊等冶金設備重要零部件的激光溶覆再制造成形，并實現了工程應用。廣州有色金屬研究院研究了多種熱噴涂再制造成形方法。
目前，再制造成形技術的應用領域己涉及冶金、石化、能源、交通、采礦、武器裝備等國民經濟和國防各工業領域。再制造成形技術解決的裝備零部件失效問題包含了磨損、腐蝕、裂紋、疲勞、外物損傷等各種損傷失效形式。針對不同損傷失效形式零部件，根據其服役條件要求，很好地解決了零部件性能恢復與提升、形狀原尺寸恢復等再制造成形過程中的形狀控制和性能控制問題。
1.3 再制造成形技術途徑
按照再制造成形過程中零件尺寸增減變化情況，再制造成形技術可以分為“尺寸恢復法”再制造成形和“尺寸加工法”再制造成形兩種技術途徑。其中，“尺寸恢復法”再制造成形不但可以恢復零件的原始設計尺寸，而且可以通過應用新材料提高零件性能，因此，又稱為“尺寸恢復與性能提升方法”�？v觀國內最近發展，重點在“尺寸恢復法”再制造成形技術方面獲得了顯著進展，并逐步實現了兩種技術途徑的融合創新發展。
1.3.1 “尺寸恢復法”再制造成形技術
“尺寸恢復法”再制造成形技術是針對磨損、腐蝕等表面損傷零件和缺損、裂紋等三維體積損傷零件，采用先進表面工程技術、三維沉積成形技術等恢復零件損傷部位的幾何尺寸，并通過優化再制造成形所用材料和工藝方法，恢復和提升零部件性能。針對表面損傷零部件的再制造成形，主要采用先進表面工程技術手段，因此，許多表面工程技術可以應用于再制造成形領域。
表面工程技術進步促進了再制造成形技術和再制造產業發展，尤其在高精度高性能表面再制造成形方面取得了顯著成績。例如，采用氣相沉積硬膜技術實現了發動機活塞密封環、氣門挺桿盤面等的再制造成形，采用激光熔覆技術實現了凸輪軸凸輪的再制造成形，采用等離子噴涂技術再制造成形發動機葉片表面熱障涂層等，均實現了高精度高性能表面的再制造成形和零件延壽，解決了困擾裝備維修保障人員多年的技術難題。
在“尺寸恢復法”再制造成形技術領域的突破，可歸納為以下幾個主要方面。
（1）三維體積損傷機械零部件的再制造成形技術。三維體積損傷機械零部件的損傷一般由應力或者外力作用引起，因此，該部位的再制造成形必須考慮到承受載荷能力。為此，一般對其再制造成形技術的基本要求是沉積成形金屬具有優異的力學性能，并且在再制造成形過程中盡可能不降低零件基體材料性能。
在三維體積再制造成形領域，有突破的技術主要是通過各種熱源熔化添加材料的能量束再制造成形技術，如激光熔覆再制造成形技術、等離子熔覆再制造成形技術、電弧堆焊再制造成形技術、高速電噴涂再制造成形技術等。
例如，裝甲兵工程學院對重載車輛中難修復典型零件的激光再制造成形進行了系統研究，成功再制造成形了齒類件和薄壁件等三維損傷零件[11]。激光再制造成形與等離子噴涂成形等多種再制造成形技術手段復合，實現了不同工業領域燃汽機、煙機以及航空發動機等定子和轉子葉片的三維再制造成形。
隨著新型材料研制和成形工藝監控技術提升，高速電弧噴涂再制造成形技術已成為可以實現大厚度再制造成形的一項技術，已由原來主要用于表面涂層制備，發展到了具備厚成形能力的水平，這得益于電弧噴涂成形理論、材料和技術工藝方法方面研究的突破。
（2）自動化、智能化再制造成形技術。再制造成形技術方法已由最初重視廢舊零件尺寸和性能恢復的成形技術手段的研究，正在向提高再制造成形效率的自動化再制造成形方法研究方向發展。其中，一個重要突破是把三維反求建模技術和再制造工藝相結合，實現了再制造成形技術的自動化過程。
大連海事大學、華中科技大學等單位針對再制造成形過程中的零件缺損部位的反求建模，在理論和技術研究方面取得了突破性進展。
近兩年，針對機器人操作自動化再制造成形過程，在損傷部位再制造路徑生成理論和方法以及自動化再制造成形設備系統等方面，均取得了重要進展。裝甲兵工程學院系統開展了基于機器人的惰性氣體保護焊（Metal inertia gas，MIG）熔敷再制造成形技術研究，研發了基于機器人MIG堆焊熔敷再制造成形系統，并對缺損零件的非接觸式三維掃描反求測量機制，各子系統標定方法和再制造成形建模方法、空間曲面分層方法、成形路徑規劃、基于MIG堆焊再制造成形過程中的備件形變機理和形變規律以及控形機制、基于MIG堆焊/銑削復合工藝的近凈成形技術、裝備備件再制造成形材料的集約化、面向輕質金屬的再制造成形技術等進行了廣泛深入的研究，成功實現了典型裝備備件的制造與再制造成形[12]。結合再制造產業化發展需要，針對納米復合電刷鍍技術和高速電弧噴涂技術的發展，在手工操作的再制造成形技術的基礎上，深入研究技術基本原理、優化技術工藝，實現了技術的自動化、智能化工藝過程，研發了適合再制造產業化生產需要的自動化再制造成形設備和工藝[13-14]，解決了鍍液連續循環供應、工序切換、刷鍍過程控制及工藝過程多參數監控等技術難題，實現了自動化納米電刷鍍再制造成形過程，并已經應用在再制造工業生產中。自動化納米電刷鍍再制造成形技術的應用，解決了原來勞動強度大、再制造生產質量不穩定、生產效率低等困擾再制造生產的實際問題，相關技術成果已獲得2009年國家技術發明二等獎。
自動化高速電弧噴涂再制造成形技術將智能控制技術、逆變電源技術、紅外測溫技術、數值仿真技術綜合集成創新，通過操作機或機器人夾持高速電弧噴涂槍，采取數控系統控制噴槍在空間進行各種運動，實時反饋控制與調節噴涂工藝參數，保證涂層的精度與質量，最終可實現零件的高性能快速再制造成形。該技術已在工廠汽車發動機再制造生產線上成功應用，技術成果獲得了2011年國家科技進步二等獎。
（3）再制造成形新材料。目前，再制造成形所用的固態材料主要有粉末和絲材。由于裝備機械零部件多種多樣，其材質不同、服役工況復雜多樣，對不同材質、不同服役工況、不同損傷形式的機械零部件進行再制造時，對再制造所用材料的性能有不同要求，因此，引起再制造所用材料的多樣性和復雜性。為了適應再制造成形技術的推廣應用和便于現場或野外作業，實現再制造成形材料的集約化具有重要意義，也就是說，用盡可能少的材料適應盡可能廣泛的應用需求，或者說用一種粉末材料或絲材實現不同材質零件、不同服役性能的零部件的再制造。
結合再制造成形技術應用需要，裝備再制造技術國防科技重點實驗室研發了強韌型、耐磨型和耐蝕性等幾種不同功能的集約化再制造成形材料。
針對快速堆焊再制造成形技術需要，綜合考慮再制造材料成形性、再制造成形件力學性能、材料之間的相容性等問題，研發了鐵基強韌型金屬芯焊絲和耐磨型金屬芯焊絲新型集約化材料，再制造成形了損傷/損毀的軸類零件。
針對自動化高速電弧噴涂再制造成形技術需要，基于自動化智能高速電弧噴涂設備效率高、穩定性好的優點，在材料制備與成形一體化和材料集約化思路指導下，研發了具有防腐、耐磨和抗熱腐蝕與沖蝕的三類低成本、高性能的新型噴涂絲材，主要包括：①具有“自封閉”效應的系防海水腐蝕用粉芯絲材；②具有自熔劑合金特點的非晶納米晶FeCrSiBNb系列耐磨用粉芯絲材；③陶瓷顆粒增強的FeAl基金屬間化合物抗熱腐蝕與沖蝕用粉芯絲材，在艦船、重載車輛、電廠設備等裝備關鍵零部件再制造成形中獲得了成功應用。
集約化材料的研發和應用，簡化了再制造成形技術在施工生產中的技術復雜性，同時，提升了再制造成形技術在伴隨保障、現場搶修等重要緊急情況下的技術水平和再制造成形零件質量與性能的可靠性。
（4）現場快速再制造成形技術�，F場快速再制造主要是解決工業生產中大型設備貴重零部件現場快速搶修，這樣可以顯著降低設備維修成本，顯著減少設備停產造成的損失�，F場再制造成形與在實驗室和工廠車間生產線進行再制造成形相比較，約束條件多，難度更大。隨著工業發展，現場快速高性能再制造成為了再制造成形技術及其應用發展的新領域。
現場快速高性能再制造成形技術的發展主要得益于再制造成形工藝設備的發展。例如，隨著結構緊湊、性能可靠性高、便于移動的全固態激光器、大功率半導體激光器和光纖激光器技術水平的提升，激光溶覆再制造成形技術已應用到冶金設備等大型設備關鍵零部件的現場快速高性能再制造。在國內，可移動式激光再制造成形技術及其設備系統研發一直是近幾年的研究熱點。中國科學院半導體研究所、北京工業大學、沈陽大陸集團公司、西安鉅光公司等國內多家科研院所和企業，針對激光再制造成形技術應用背景，在全固態激光器、半導體激光器和光纖激光器方面進行了系統研發。其中，沈陽大陸集團柔性制造公司等單位通過產學研結合，成功研發了輸出激光功率大于1kw的全固態激光器和輸出功率2.5kw的半導體激光再制造成形設備系統，并已在鋼廠、汽車制造廠、發電廠等不同工業領域的大型設備現場快速高性能再制造中獲得成功應用，解決了工業生產中的設備搶修難題，創造了顯著經濟效益和社會效益。
等離子熔覆再制造成形技術具有設備系統結構緊湊、工藝操作簡潔、再制造零件性能優異等優勢，逐步發展成為可實現零件現場快速再制造成形的先進技術之一。裝備再制造技術國防科技重點實驗室已研制出了等離子熔覆再制造成形技術工程車，滿足了到野外現場作業的需要。
1.3.2 “尺寸恢復與機械加工”融合的再制造成形技術
在“尺寸加工法”再制造成形技術方面，主要針對如何提高裝備零件再制造成形的效率和質量進行研究，其現階段主要成果在于新型多功能加工設備以及與“尺寸恢復法”再制造成形技術復合的技術方法。
“尺寸加工法”再制造成形技術主要分為兩種途徑。一種途徑是針對失效的舊零件，采用機械加工的方法，去除零部件表面損傷層或局部部位，然后選擇“尺寸加大”的合適配偶件進行配合，或者另外加入一個“襯套”彌補機械加工去除的尺寸，這是現在國內再制造企業主要在采用的方法，通常也稱為“尺寸加工與換件方法”。另一重要途徑是針對采用“尺寸恢復法”再制造后的零件，由于其尺寸過�；虮砻婢葻o法滿足裝配要求，而采用機械加工的方法，去除“尺寸恢復法”再制造多余的尺寸。
第一條途徑所采用的技術屬于傳統機械加工和制造技術。第二條途徑是再制造成形領域的特色內容。“尺寸恢復法”再制造后進行機械加工，與制造過程中機械零件的機械加工，存在明顯的區別。制造時的加工，零件的裝卡定位相對靈活，因為毛坯有一定的加工余量。而在再制造加工時，再制造零件加工的毛坯是已經用過的零件，其再制造的只是其中的一個面或幾個面，而其他沒有再制造的面已經沒有加工余量了，因此在再制造加工時，不能將其他面破壞，其裝卡方式受到限制。對精度要求高的零件，如果其加工基準發生變化，則加工精度難以保證，如對同軸度有較高要求的臺階軸，如果再制造時只加工其中的一段軸而與它有同軸度要求的面沒有再制造的必要，此時，只加工再制造部分，則難以保證同軸度的要求。目前，關于再制造加工的裝卡定位問題，還需要深入研究。下面主要針對第二條途徑闡述。
（1）再制造后機械加工成形設備。鑒于再制造后機械加工的特殊性，裝甲兵工程學院和北京理工大學合作，針對再制造零件機械后加工的復雜性，研制出了多功能復合機床。該機床具有車、統、磨、車銑、車磨、鉆、鉸、攻螺紋等多種加工工藝，不僅可以加工回轉類零件，還可以加工非回轉類零件[15]。該機床可以完成再制造成形加工所需要的多種加工手段，實現了多工藝復合、多工序復合、多種機床類型復合，同時解決了模塊化、單機與多機數字化控制以及人機協同交互等多種技術問題，以滿足再制造成形加工的適應性、可重構性、敏捷性等要求。
（2）再制造機械加工成形方法。這方面的一個重要突破是把機械加工的材料去除過程和再制造熔積的材料尺寸增加過程進行融合，實現再制造和機械后加工的同工位完成，簡化了生產流程，提高了再制造成形生產效率。
把金屬熔積再制造工藝與銑削加工工藝相結合的復合快速再制造成形技術成為了研究熱點之一，并取得了較好的成果。這種技術思路起源于美國進行快速成形制造技術思路�，F在，國內裝甲兵工程學院、沈陽航空工業學院等單位均在此方面取得了突破性進展。裝甲兵工程學院成功實現了機器人自動化堆焊再制造和數控銑削加工的復合，有效提高了再制造成形效率。
沈陽航空工業學院把金屬熔化沉積工藝與五軸銑削工藝相結合，提出了連續熔積多層后一并銑削加工的復合成形方式，并研究了根據五軸銑削刀具對層的接近性來判斷可一并銑削加工的連續熔積層數的算法。先計算出無干涉的刀位點后，再判斷該刀位點是否存在與此相對應的無干涉的刀軸方向，確定五軸銑削刀具對再制造沉積金屬的接近性和連續熔積層數，從而大幅度減少了工位變換次數，有效提高了再制造成形效率[16]。
但是，由于這種途徑的再制造成形過程是兩種工藝交替并行的復合過程，需要不斷地變換工位，這顯然影響成形效率。因而如何把金屬熔化沉積的再制造過程與銑削工藝有機地結合起來，實現同時工作，并在提高表面質量的同時提高成形效率，將具有重要意義。
1.3.3 再制造成形質量控制與評價方法
再制造產業得以健康發展的技術保證在于如何確保再制造成形產品性能不低于新品。近年來，在再制造成形質量控制和評價理論與方法方面進行了大量深入研究。從分析再制造生產工藝流程考慮，各環節均會影響再制造成形產品的最終質量。針對再制造生產過程，除了從再制造成形技術方法與材料選擇、工藝優化和成形過程監控等方面考慮外，再制造成形前的廢舊零部件質量檢測控制以及再制造成形后的涂層和成形零件的檢測評價，對確保再制造成形產品的質量和性能具有“把關”作用，可以讓人們對再制造成形產品“心中有數”。
近年來，針對再制造前廢舊零件的缺陷、殘余應力和剩余疲勞壽命等質量與性能指標的無損評價，研究了金屬磁記憶、超聲、渦流、聲發射等多種無損檢測評價理論和技術方法，獲得了鐵磁性金屬零件剩余疲勞壽命的金屬磁記憶無損評價理論模型和評價方法，并研發出了適用于典型零部件再制造生產線的專用無損檢測儀器設備系統，為再制造成形技術的產業化應用提供了有力的技術支撐。
采用不同再制造成形技術所獲得的再制造成形零件，其服役性能和服役壽命取決于再制造毛坯（基體）和再制造成形涂層兩個方面。由于在再制造之前，毛坯經過嚴格的無損檢測和評價，這樣，再制造成形涂層的評價就成為再制造成形零件質量評價的核心。目前，再制造成形涂層質量評價的內容主要包括缺陷、殘余應力、接觸疲勞壽命以及硬度等方面。
國內大連理工大學等單位針對零件表面再制造成形涂層中的缺陷，系統研究了超聲無損檢測評價理論和技術方法。針對再制造成形涂層殘余應力評價，裝甲兵工程學院在殘余應力理論計算上取得了突破，分析了現存大量涂層殘余應力近似解的誤差，建立了涂層內部殘余應力及涂層/基體界面殘余應力分布的預測模型，并獲得了這些應力的閉合解，為再制造成形涂層的材料和工藝的優化提供了理論指導。國內學者對熱噴涂、激光熔覆、堆焊等再制造成形工藝過程中涂層與基體殘余應力的變化進行了計算和模擬仿真研究，得到了多種材料和工藝下控制涂層殘余應力的模型。殘余應力測量技術方面，各種傳統的有損和無損方法在我國均得到了較為廣泛的研究和對比，多家單位在研究采用金屬磁記憶檢測、超聲波檢測等無損檢測方法以及微/納米壓痕等微創傷方法對涂層的殘佘應力進行檢測評價。
涂層接觸疲勞壽命評價和預測是目前研究的前沿領域。西班牙學者TOBE等對于不同材料體系噴涂層的接觸疲勞研究發現，噴涂過程所引起的殘余應力是影響再制造涂層接觸疲勞壽命的關鍵因素之一，并指出涂層的抗壓強度和界面抗剪強度是影響涂層抗接觸疲勞性能的關鍵因素。燕山大學研制了專門用于考核再制造成形涂層接觸疲勞壽命的加速試驗機，通過模擬軸承的接觸形式考核涂層的接觸疲勞壽命，為大樣本考核再制造涂層接觸疲勞壽命規律搭建了良好的試驗平臺。裝甲兵工程學院對熱噴涂再制造成形涂層的接觸疲勞壽命評估開展了系統研究，引入Weibull分布和S-N曲線法等數理統計方式，得到了涂層壽命與施加載荷的對應關系，直觀地得到再制造成形零件表面在任意接觸載荷作用、任意失效概率下的疲勞壽命（即循環次數），實現再制造成形零件的接觸疲勞壽命預測。
隨著再制造事業的蓬勃發展，再制造概念的深入人心，再制造零件的壽命評估必將成為專業學者群和再制造產品客戶群關注之焦點，而再制造零件的評估研究尚屬起步階段，可靠的理論和技術還需要不斷豐富和完善。因此，針對中國特色“尺寸恢復法”再制造產品的壽命評估和預測還有很多工作要做，尚需要再制造研究者和從業者的不懈努力和頑強拼搏。
2 國內外情況比較分析
2.1 再制造成形技術比較分析
國外的再制造是在制造業基礎上發展起來的，一般由制造企業開展再制造生產，其再制造生產主要采用基于機械加工技術的尺寸修理方法和換件方法，因此，其再制造成形技術的主體內容還是制造業中機械加工技術。尺寸修理法再制造成形雖然能恢復零件的出廠性能，但因破壞了零部件的互換性，且使用了非標準件，故達不到原型機新品的使用壽命。
近年來，美國、加拿大、英國和德國等工業發達國家的很多企業，也開始把基于表面工程的修復技術歸類為再制造成形技術，并且具有較高的技術含量，實現了裝備關鍵機械零件的高性能再制造。例如，加拿大研發出了微束等離子弧再制造成形技術及其自動化作業生產設備系統，并且其技術工藝和設備系統已在我國部分再制造企業得到應用，實現了飛機發動機葉片等典型零件的高質量再制造成形；俄羅斯研發了高溫合金粉末冶金再制造技術、熱障涂層再制造技術等，解決了髙溫部件等關鍵零部件的高性能再制造難題，這些技術引進到我國，實現了航空發動機重要零部件的再制造成形；美國研發的LENS系統及其基于激光熔覆技術的再制造成形技術，實現了多種機械零部件的快速再制造成形，并且已經在艦船、裝甲車輛等武器裝備的伴隨保障和軍隊戰地裝備維修保障中獲得了成功應用。
中國的再制造是在國家建設資源節約型和環境友好型社會的科技大環境下，隨著綠色制造領域拓展，在維修工程和表面工程基礎上發展起來的，其再制造成形技術主要是自主創新的先進表面工程技術和熔積成形技術等，具有中國特色。我國已經探索形成了“以高新技術為支撐，以恢復尺寸、提升性能的表面工程技術為依托，產學研相結合，既循環又經濟”的中國特色的再制造模式。
我國自主創新的先進再制造成形技術發展，可以歸納為以下幾個主要技術領域。
（1）納米復合再制造成形技術。主要指借助納米科學與技術新成果，把納米材料、納米制造技術等與傳統維修技術和再制造技術復合，研發出先進的再制造成形技術，例如納米復合電刷鍍再制造成形技術、納米熱噴涂再制造成形技術等。
（2）能束能場再制造成形技術。主要指利用激光束、電子束、等離子束以及電弧等能量束和電場、磁場、超聲波、火焰、電化學能等能量實現機械零部件的再制造成形過程，例如激光溶覆技術、等離子熔覆技術、電子束焊接技術、熱噴涂技術、電沉積技術等。
（3）自動化再制造成形技術。主要指綜合創新測量與控制、工業機器人、先進材料、先進表面工程和快速成形技術等多領域技術成果，研發再制造成形工藝設備和技術工藝，實現廢舊零件再制造成形的自動化過程。裝備再制造技術國防科技重點實驗室自主研制出了用于等離子弧培覆再制造工藝的微束等離子弧電源系統�；谧詣踊入x子弧培覆再制造成形技術，實現了發動機缸體止推面以及發動機排氣門密封錐面的再制造，研究表明由于等離子弧能量密度高，對基體的熱輸入量低，工件的變形小，可獲得高質量的溶覆層，再制造質量優異。
對比分析可以看出：國外尺寸加工法的再制造成形技術重點關注零部件之間的配合，但不能恢復零件原始設計尺寸，從而不得不使用大量非標件，舊件再制造率低，節能節材效果差，難以提升再制造產品性能；我國基于先進表面工程的再制造成形技術重視恢復零件原始尺寸、恢復零件性能，并可通過引入再制造新材料而提升零件性能，因此，再制造成形件仍是標準件，同時，零件可以經歷多次再制造，從而，舊件再制造率高，節能節材效果好。
雖然我國的再制造成形技術發展迅速、具有先進性，但在激光、等離子等高能束再制造成形工藝設備可靠性方面，我國與國外還有較大差距。例如，由于我國在半導體靶條制造與封裝、光纖制造等基礎制造業方面技術落后，適合再制造成形技術工業應用的大功率光纖激光器和半導體激光器的性能穩定性和運行可靠性與國外尚存在很大差距，因此，可滿足移動式作業需求或大型設備現場再制造成形需求的大功率光纖激光或大功率半導體激光再制造設備系統的核心部件尚不具有自主知識產權。
2.2 再制造成形質量控制標準比較分析
英美等發達國家非常注重再制造法規方面的建設，相繼建立了相對完善的再制造技術標準、法規和指令體系，并對再制造產品品質保證有嚴格要求。無論再制造的技術和步驟如何，再制造產品必須在產品質量、性能、耐用性和售后服務上達到與新品一樣的水平。但是，國外的再制造主要基于制造業，其再制造生產中的技術主要是制造過程中的尺寸加工等技術。在再制造生產中，主要采用尺寸加工和換件方法。因此，其再制造產品質量和技術標準也一般直接采用制造標準。
國內的再制造是基于機械設備維修而發展起來的，其再制造成形技術主要是各種表面工程技術。再制造過程中，廢舊件作為“基體”，通過多種髙新技術在廢舊零部件的失效表面生成涂覆層，恢復失效零件的尺寸并提升其性能，獲得再制造產品。因此’再制造產品的質量是由廢舊件（即再制造毛坯）原始質量和再制造恢復涂層質量兩部分共同決定。其中，廢舊件原始質量則是制造質量和服役工況共同作用的結果，尤其服役工況中含有很多不可控制的隨機因素，一些危險缺陷常常在服役條件下生成并擴展，這將導致廢舊件的制造質量急劇降低；而再制造恢復涂層質量取決于再制造技術，包含再制造材料、技術工藝和工藝設備等。再制造零件使用過程中，依靠再制造毛坯和再制造涂層共同承擔服役工況的載荷要求，控制再制造毛坯的原始質量和再制造涂層的質量就能夠控制再制造產品的質量。
由上可以看出，我國的再制造不能照搬制造業標準或者國外標準。但是，我國再制造因起步較晚，再制造企業的技術積累少，再制造標準缺乏，這很大程度上阻礙了再制造技術的廣泛推廣和應用。因此，要發展我國再制造業，需要逐步建立系統、完善再制造工藝標準和質量檢測標準等。國家和行業己充分認識到了再制造標準的緊迫性，己成立了全國綠色制造技術標準化技術委員會再制造分技術委員會、全國產品回收利用基礎與管理標準化技術委員會、全國激光修復技術標準化技術委員會等組織，致力于推進再制造標準化工作。具有中國特色的再制造標準已經建立了標準體系。
3 再制造成形技術發展趨勢
鑒于再制造在工業節能減排和發展循環經濟中的巨大潛力，國家十分重視再制造產業化發展，提出了提高再制造產業化水平的要求，這將引導今后國內再制造企業不斷增加、行業領域不斷拓展、產業規模不斷擴大、技術水平不斷提升，同時，必將推動再制造成形技術快速發展。
3.1 發展趨勢
再制造成形技術是再制造生產活動的技術核心。隨著再制造產業發展，再制造成形技術的發展趨勢，將體現在三個方面，即：①正朝著智能化、復合化和專業化等適合再制造批量生產方向發展；②正由宏觀尺度再制造成形向微納觀尺度再制造成形發展;③正由純機械零部件的再制造成形技術向機械/電子復合、機械/功能復合等以機械系統為載體的多功能復合再制造成形技術發展。概括起來，再制造成形技術發展趨勢也可以歸納為“五化”，即智能化、復合化、專業化、微納化和功能化。
（1）智能化。再制造成形技術的智能化，主要包含兩方面內容。一方面是針對具體零部件，基于專家數據庫等信息，實現再制造成形技術方法優化等再制造成形技術方案的智能化設計；另一方面是針對具體的再制造成形技術方法，基于零部件再制造成形過程，在過程參數反饋控制或邏輯程序控制下由工業機器人自動操作完成再制造成形過程。
智能化再制造成形技術將直接提升再制造生產過程的自動化和柔性化水平，適應再制造大批量生產活動需要。再制造成形技術已基本擺脫了手工操作，其技術設備和技術過程正逐步實現自動化和智能化，再制造生產正在朝著工業機器人操作代替人工操作的方向發展。柔性化主要是指再制造設備系統和再制造工藝可以滿足不同零件再制造的需要。由于近階段再制造批量化生產量相對較小，能夠適應不同種類、不同規格型號零件再制造的柔性化的設備和技術工藝將具有廣泛適應性和廣闊發展前景。
（2）復合化。再制造成形技術的復合化，也主要包含兩個方面，即再制造成形技術手段的復合和再制造成形所用材料的復合。例如，電弧與激光兩種能量束復合，實現再制造生產中的高效率高質量的再制造成形；電沉積和熱噴涂與激光重熔或噴焊重熔等不同涂層制備技術方法的復合，實現高性能零部件再制造成形過程中高質量涂層的成形制備；針對零件再制造涂層，通過具有抗磨、減摩、抗蝕、抗高溫等不同性能的材料的復合，制備出同時具有多方面優異性能的涂層，可以賦予再制造成形零件優良的綜合性能。
一個具體的廢舊零件，其損傷形式和失效機理往往比較復雜，要把它再制造成為性能合格的再制造產品，往往需要采用多種再制造成形技術手段，通過技術集成化的途徑實現。復合化再制造成形技術將為復雜失效零件的高性能再制造成形提供技術途徑。
（3）專業化。各工業領域的生產實踐己經表明，專業化是提高生產效率和產品合格率的有效途徑。機械零部件的失效形式雖然多種多樣，但正常情況下，同一種零件的主要失效形式一般具有相對普遍的規律特點。針對某一類零件，為了提高再制造生產效率和再制造產品質量穩定性，往往需要研發專用的再制造技術工藝和專用設備。再制造成形技術專業化的內涵之一是提高其技術水平，實現規范化和標準化，做精一個產品或一道工序。隨著再制造產業化規模和水平發展，再制造成形技術的專業化將是提升再制造產品質量的一條有效途徑。
（4）微納化。再制造成形技術的微納化方向，也主要包含兩方面內容。一方面，通過微納加工技術,對宏觀機械零部件功能部位進行的再制造處理，提升機械零部件的服役性能。例如，通過采用激光微納織構化處理，在再制造成形后的發動機活塞表面制備出微納結構,提高活塞表面的抗磨減摩性能。另一方面，對微納系統或微納結構進行再制造成形處理。微納技術是21世紀的先進技術，近年來發展迅速，微納系統或結構技術含量高、附加值高，對其進行再制造必然是今后發展的一個前沿方向。
（5）功能化。在21世紀，各工業領域都在朝著信息化方向發展�，F代裝備已不是單純的機械裝備，而是機電一體化的復雜系統，其中包含著大量具有特殊功能要求的零部件。但是，現階段，我國的再制造成形技術還主要局限于機械零部件的再制造成形，致力于恢復和提升機械零部件的抗外力、抗腐蝕介質等力學性能，而對以機械為載體的機電一體化系統及其具備電、磁、聲、光等特殊功能的器件或零部件的再制造成形技術，研究很少�？梢灶A料，在21世紀，針對信息化裝備及其功能器件的再制造成形技術必將快速發展。
3.2 發展策略
再制造成形技術以節約資源能源、保護環境為特色，以綜合利用高科技為核心，充分體現了具有中國特色自主創新的特點。放眼未來發展，結合當前需求，從實際出發，發展中國的再制造成形技術，應采取適當措施，重點突破如下幾方面，即探索理論基礎、創新關鍵技術、制定技術標準、培養專業人才。
（1）探索再制造成形的理論基礎。再制造成形的基礎理論發展是推動再制造成形技術創新和產業化發展的基石。應進一步深入探索研究以產品全壽命周期理論、廢舊零件和再制造零件的壽命評估預測理論等為代表的再制造基礎理論，以揭示再制造成形產品壽命演變規律的科學本質。廢舊零件的剩余壽命是否足夠，再制造成形零件的使用壽命是否可保持一個完整的服役周期，這樣一些重大問題，由于缺少理論依據，有時僅憑簡單的檢測設備，甚至只靠工人師傅的目測或經驗判斷來完成，難以保證再制造成形產品質量。為此，必須針對再制造成形技術發展和再制造成形產品質量控制需求，探索研究更多更有效的無損檢測及壽命預測理論與技術。
（2）創新再制造成形的關鍵技術。再制造成形技術是再制造工程的核心，是推動再制造產業化發展的技術支撐。應不斷研發和創新拓展用于再制造成形的先進表面成形技術群、三維體積成形技術群等，使再制造成形零件的精度更高、性能更好、壽命更長，確保再制造產品的質量和性能。
（3）制定再制造成形技術的相關標準。技術標準是技術和產業健康、規范發展的有力保障。應盡早建立系統的再制造成形技術標準、再制造成形產品質量檢測標準等體現再制造走向規范化的標準體系。我國再制造因起步較晚，再制造企業的技術積累少，再制造成形技術相關的標準缺乏，因而一定程度上阻礙了再制造成形技術的推廣應用。近兩年來，國內相關高等院校和再制造生產企業正在聯合制定“再制造技術工藝標準、再制造質量檢測標準、再制造產品認證標準”等多類標準。下一步，應深化標準內涵，制定出具有良好通用性和可操作性的標準方案。
（4）培養再制造成形技術專門人才。人才是學科發展的根本。目前，再制造工程雖然已經列入了國家學科目錄，但是，由于我國再制造發展起步晚，再制造成形技術是多學科、多領域科技知識的交叉融合，我國還未能有計劃地培養出再制造工程學科人才。今后，再制造產業化發展急需再制造成形技術專門人才。為此，政府、高等院校和行業應當緊密結合，加強產學研結合，加強人才培養力度。
4 結論
（1）再制造是以制造為基礎，是在不改變原零件形狀和性能基礎上，對其失效部分進行處理，恢復其性能，并可以根據需要進行性能提升。再制造成形技術是再制造工程的核心，其以節約資源能源、保護環境為特色，以綜合利用高科技為核心，高度契合了構建循環經濟、實施節能減排的戰略需求。
（2）我國自主創新的先進再制造成形技術在納米復合再制造成形技術、能束能場再制造成形技術和自動化再制造成形技術等方面取得了長足發展。先進再制造成形技術不但能恢復零件原始尺寸，并可使零件的性能得以恢復和提升，最大限度地挖掘了廢舊零件中蘊含的附加值，尤其在高精度高性能表面再制造成形方面取得了顯著成績，但在再制造成形技術成套設備的研發方面還有待進一步提高。
（3）為適應再制造成形技術的發展趨勢，實現再制造成形技術的智能化、復合化、專業化、微納化和功能化，應在探索再制造成形理論基礎、創新關鍵再制造成形技術、制定再制造成形技術標準、培養再制造成形技術專業人才等方面開展深入工作。
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