1、塑性成形新技术的开展趋势 班级：机制121 学号：202320337 姓名：周祯 202320335 张涛 202320339 朱越一、历史沿革 从人类社会的开展和历史进程的宏观来看，材料是人类赖以生存和开展的物质根底，也是社会现代化的物质根底和先导。而材料和材料技术的进步和开展，首先应归功于金属材料制备和成型加工技术的开展。人类从漫长的石器时代进化到青铜时代有学者称之为“第一次材料技术革命，首先得益于铜的熔炼以及铸造技术进步和开展，而由铜器时代进入到铁器时代，得益于铁的规模冶炼技术、锻造技术的进步和开展所谓“第二次材料技术革命。直到16世纪中叶，冶金金属材料的制备与成型加工才由“技艺逐渐开展
2、成为“冶金学，人类开始注重从“科学的角度来研究金属材料的组成、制备与加工工艺、性能之间的关系，迎来了所谓的“第三次材料技术革命人类从较为单一的青铜、铸铁时代进入到合金化时代，催生了人类历史的第一次工业革命，推动了近代工业的快速开展。进入20世纪以后，材料合成技术、符合技术的出现和开展，推动了现代工业的快速开展，而电子信息、航天航空等尖端技术的开展，反过来对高性能先进材料的研究开发提出了更高的要求，起到了强大的促进作用，促成了一系列新材料和新材料技术的出现和开展。一般而言，材料需要经历制备、成型加工、零件或结构的后处理等工序才能进入实际应用，因此，材料制备与成型加工技术，与材料的成分和结构、材料
3、的性质一起，构成了决定材料使用性能的最根本的三大要素。 先进工业国家对材料制备与成型加工技术的研究开发十分重视。美国制定了“为了工业材料开展方案，其核心是开放先进的制备与成型加工技术，提高材料性能，降低生产本钱，满足未来工业开展对材料的需求。德国开展的“21世纪新材料研究方案将材料制备与成型加工技术列为六个重点内容之一。在欧盟的“第六框架方案中，先进制备技术时新材料领域的研究重点之一。日本在20世纪90年代后期，先后实施了“超级金属、“超钢铁方案，重点是开展先进的制备加工技术，精确控制组织，大幅度提高材料的性能，到达减少材料用量、节省资源和能源的目的。 新材料的研究、开发与应用，综合反响了一个
4、国家的科学技术与工业化水平，而先进制备与成型加工技术的开展，对于新材料的研制、应用和产业化具有决定性的作用。先进制备与成型加工技术的出现与应用，加上了新材料的研究开发、生产和应用进程，促成了诸如微电子和生物医用材料等新兴产业的形成，促进了现代航天航空，交通运输，能源环保等高技术产业的开展。 传统结构材料向高性能“，复合化，结构功能一体化开展，尤其需要先进制备与成型加工技术及装备，可使材料的生产过程更加高效，节能和洁净，从而提高传统材料 产业的国际竞争力。 另一方面，开展本科学领域色前沿和根底研究，并综合利用相关学科根底理论和科技开展成果，提供预备新材料的新原理新方法，也是材料科学与工程学科自身
5、开展的需求。因此，材料先进制备与成型加工技术开展，对提高国家综合实力，突破先进工业国家的技术壁垒与封锁，保障国家安全，改善人民生活质量，以及促进材料科学与技术自身的进步与开展，具有十分重要的作用，也是国民经济和社会可持续开展的重大需求。二、开展前景1 精密化 目前， 精密和超精密制造技术已经跨越了微米级技术，进入了亚微米和纳米技术领域。精密化已成为材料成形加工技术开展的重要特征，其表现为零件成形的尺寸精度正在从近净 成形Near Net shape Forming 向净成形Net shape Forming ，即近无余量成形方向开展 。 “毛坯与“零件的接近程度越来越大。当前精密成形技术已在较
6、大程度上实现了近净成形。开展趋势是实现净成形加工，其工艺 要求材料成形向更轻、更薄、更强、更韧及本钱低、周期短、质量高的方向开展 。 精密材料成形技术有多种形式的精铸 、精锻 、精 冲 、冷温挤压 、精密焊接与切割等 。 2 优质化 净成形技术主要反映了成形加工保证尺寸及形状的精密程度，而反映成形加工优质程度的那么是近无缺陷、零缺陷成形加工技术。成早期失效的临界缺陷的概念主要方法有：为了获得健全的铸件、锻件奠定根底，可以采用先进工艺、净化熔融的金属、增大合金组织的致密度等。采用模拟技术、优化工艺技术，实现一次成形及试模成功，保证工件质量。加强工艺过程监控及无损检测，及时发现超标零件。通过零件安
7、全可靠性能研究及评估，确定临界缺陷量值等 。3 快速化 随着全球化市场的剧烈竞争，加快产品开发速度已成为竞争的重要手段之一。制造业要满足日益变化的用户需求必须有较强的灵活性，以最快的速度提供高质量产品，亦即客户化小批 量快速交货的要求不断增加，为此需要材料成形加工技术的快速化。成形加工技术的快速化表现在各种新型高效成形的工艺不断涌现，新型铸造锻。压焊接方法 都从不同角度提高生产效率。快速原型制造技术，以离散堆积原理为根底和特征，源零件的电子模型。 模型按一定的方式离散成为可加工的离散面、离散线和离散点，而后采用多种手段将这些离散的面、 线段和点堆积成零件的整体形状 。由于工艺过程简单 ，故制造
8、速度比传统方法快得多。到2023年，全世界已有6700多台不同类型的RPx装置在运行。快速原型和快速模具相结合。又提供了一条从模型直接制造模具的新方法。RP正在向着各种制造工艺集成，形成快速制造系统的方向开展。计算机模拟仿真技术是信息技术综合应用开展的结果，应用数值模拟于铸造、锻压、焊接等工艺设计中，并与物理模拟和专家系统相结合，来确定工艺参数优化工艺方案预测加工过程中可以产生的缺陷及防止措施控制和保证加工工件的质量。模拟仿真技术，它可以理论和实验做得更深刻、更全面、更细致可以进行一些理论和实验暂时还做不到的研究，大大缩短了制造周期，加快了制造进程。如铸造凝固过程的三维数值模拟 铸压过程微观组
9、织的演化及本构关系模拟，焊接凝固裂纹的模拟仿真开裂机制的研究以及焊接氢致裂纹的模拟金属材料热处理加热冷却过程的模拟仿真及组织变形性能预测等。根据美国科学研究院测算，模拟仿真可提高产品质量5至15倍，降低人工成提高投入设备的利用率30%至50%，缩短产品设计和试制周期增加分析问题广度和深度的能力3至3.5倍等。xRP系统的开展情况1998年，由美国3D系统公司推出专为机械零件设计而制作的RP技术棗Stereolithography(sl)技术。该处理工世是通过激光将液态UV感光聚脂凝固 一片片薄层，全球第一个商业化的RP系统桽LA就是如今相当普遍的SLA50机型的先驱。接下来是1991年，美国H
10、elisys公司的LOM技术，美国Stratasys公司的FDM技术，美国Cubital公司的SGC技术。LOM技术通过计算机导向的激光烧结并剪切薄片材料，FDM技术将热熔塑料材料拉成丝状，并用它来一层一层产生模型，SCG技术也使用UV感光聚脂，通过玻璃盘上的静电滤色片作蔽光片，产生紫外光流，可以立即凝固所有的薄层。1992年DTM公司的SLS技术推出。随后，1993年Soligen公司推出DSPC技术。SLS技术通过激光产生的热量熔化粉末材料。DSPC技术通过机械喷射装置在 粉末上沉积液体粘结剂，麻省理工学院创造该技术并注册专利，然后授权给Soligen公司。1994年Sanders公司推出
11、MM技术。1995年，BMP技术公司推出BPM技术，两种技术都采用喷射头来沉积石蜡材料。 这些年，一些技术和公司出现后，又消失了。1990年Quadrax公司推出基于SL技术的Mark1000RP系统，1992年，3D系统公司通过专利战合并了Quadrax公司的技术。杜邦公司开发了基于SL技术的名叫SOMOS的技术，并向Teijin Seiki公司发放了在亚洲独家使用权用其技术的许可证，然后1995年杜邦公司又向Aaroflex公司发放了在北美和其它一些有选择的国家独家使用其技术的许可证。其它一些公司如Light Sculping公司，Sparx AB公司，Laser 3D公司都开发并介绍了各
12、自的RP系统，但在RP行业中都有末产生任何商业方面的冲击。 日本的Kira公司和新加坡Kinergy公司的Paper Lamintian切纸成形系统和多达来自7家日本公司的基于SL技术的系统都进入了市场，CMET公司Denken公司和D桵EC公司的基于SL技术的RP系统代表着日本市场中RP设务的主流。德国的EOS公司和Fockele&schwarze公司也推出基于SL技术的系统。同时，EOS公司也提供一种基于激光烧结技术的系统以便和DTM公司在欧洲、日本竞争，所有这些国外的机器均末在美国销售。4 复合化 激光、电子束、离子束、等离子体等多种新能源的列入，形成多种新型加工与改性技术。其中以各种形
13、式的激光加工技术开展最为迅速。激光加工技术多种多样包括电子元件的精密微焊接、航天航空和汽车制造中的焊接、切割与成形等。有不同种类的激光外表改性处理方法 如热处理、外表修整、外表熔覆及合金化等，使用的激光器主要为大功率二氧化碳激光器，YAG激光器。近年来激光加工自由成形技术成为重要的研究动向。随着金属间化合物材料、金属基复合材料多种新型功能材料超导材料等高新技术材料的应用，传统的加工方式或多或少地遇到了困难，与新的材料制备和合成技术相适应，新的加工方法成为材料加工研发的一个重要领域，一批新型复合工艺应运而生。为超塑成形扩散连接技术材料电磁加工等此外复合化还表现在冷热加工之间加工过程、检测过程、物
14、流过程、装配过程之间的界限趋向淡化、消失、而复合、集成于统一的制造系统之中。5 绿色化“绿色化是指成形加工生产向清洁生产、无废弃物加工方向开展。清洁生产技术是协调工业开展与环境保护的矛盾、需求日益增加与有限资源的矛盾的一种新的生产方式，是21世纪制造业开展的重要特征。6 集成化生物科学、信息科学、纳米科学、制造科学和管理科学是21世纪的5个主流科学，与其相关的五大技术及其产业将改变世界，制造科学与其它科学交叉是其开展趋势。RP与生物科学交叉的生物制造、与信息科学交叉的远程制造、与纳米科学交叉的微机电系统等都为RP技术提供了开展空间。并行工程CE、虚拟技术VT、快速模具RT、反求工程VR、快速成型RP、网络Internet、Intranet相结合而组成的快速反响集成制造系统，将为RP的开展提供用力的技术支持。三、最后总结 通过对材料成形专业领域的科技前沿技术的整理总结，我终于清楚地知道了我的专业材料成形与控制工程的开展方向，并对本专业有了深层次的了解和认识，这为我以后的学习指明了道路。看到还有许多富有潜力的先进技术还没有进行实际应用，这激发了我奋斗的激情，我争取通过自身的学习和努力在材料成形领域有较大开展，推动材料成形技术的在社会生活中的应用，为人类的开展作出应有奉献。
