先 进 制 造 技 术 论 文
新材料成形加工技术
新材料成形加工技术
先进制造技术论—新材料成形加工技术
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摘要:材料加工工程在先进制造技术中占有重要地位，是发展高新技术产业和传统工业更新换代的重要科学基础和共性技术。其中包括高效、精密的加工工艺、装备和检测技术，低能耗、低成本产品的流程制造，集成、柔性、智能化制造系统，是工程可持续发展与绿色制造体系的重要组成部分。
关键词：材料加工工程；集成、柔性、智能化制造系统
Abstract:Materials proceing engineering plays an important role in the advanced manufacturing technology, is the development of high-tech industry and traditional industry upgrading and important scientific basis and common technology.Including high efficiency, precision proceing technology, equipment and testing technology,low energy consumption, low cost of product manufacturing proce, integrated, flexible, intelligent manufacturing system, is an important part of project of sustainable development and green manufacturing system.
Keywords: Materials proceing engineering; Integrated flexible intelligent manufacturing system
新材料成形加工技术
向凝固、连续铸轧、连续铸挤、精密铸造、半固态加工、粉末注射成型、陶瓷胶态成型、热等静压、无模成型、微波烧结、离子束制备、激光快速成型、激光焊接、表面改性等，促进了传统材料的升级换代，加速了新材料的研究开发、生产和应用，解决了高技术领域发展对特种高性能材料的制备加工与组织性能精确控制的急需。
1.1现在将主要的先进材料加工技术分别介绍如下：
(1)
快速凝固
快速凝固技术的发展，把液态成型加工推进到远离平衡的状态，极大地推动了非晶、细晶、微晶等非平衡新材料的发展。传统的快速凝固追求高的冷却速度而限于低维材料的制备，如非晶丝材、箔材的制备。近年来快速凝固技术主要在两个方面得到发展：①利用喷射成型、超高压、深过冷，结合适当的成分设计，发展体材料直接成型的快速凝固技术；②在近快速凝固条件下，制备具有特殊取向和组织结构的新材料。目前快速凝固技术被广泛地用于非晶或超细组织的线材、带材和体材料的制备与成型[1]
挤压）。
(3)
无模成型
为了解决复杂形状或深壳件产品冲压、拉深成型设备规模大、模具成本高、生产工艺复杂、灵活度低等缺点，满足社会发展对产品多样性（多品种、小规模）的需求，20世纪80年代以来，柔性加工技术的开发受到工业发达国家的重视。典型的无模成型技术有增量成型、无摸拉拔、无模多点成型、激光冲击成型等。
(4)
超塑性成型技术
超塑性成型加工技术具有成型压力低、产品尺寸与形状精度高等特点，近年来发展方向主要包括两个方面：一是大型结构件、复杂结构件、精密薄壁件的超塑性成型，如铝合金汽车覆盖件、大型球罐结构、飞机舱门，与盥洗盆等；二是难加工材料的精确成形加工，如钛合金、镁合金、高温合金结构件的成形加工等。
(5)
金属粉末材料成型加工 粉末材料的成型加工是一种典型的近终形、短流程制备加工技术，可以实现材料设计、制备预成型一体化；可自由组装材料结构从而精确调控材料性能；既可用于制备陶瓷、金属材料，也可制备各种复合材料。它是近20年来材料先进制备与成型加工技术的热点与主要发展方向之一。粉末材料成型加工技术的研究重点包括粉末注射成型胶态成型、温压成型及微波、等离子辅助低温强化烧结等。
(6)
陶瓷胶态成型
共 8 页 。
(2)
半固态成型
半固态成型包括半固态流变成型和半固态触变成形两类：前者是将制备的半固态浆料直接用于成型，如压铸成型（称为半固态流变压铸）；后者是对制备好的半固态坯料进行重新加热，使其达到半熔融状态，然后进行成型，如挤压成型（称为半固态触变作者:于江龙
新材料成形加工技术
成实体原型。快速成型（RP）的技术设想，即是利用连续层的选区固化生产三维实体。快速成型制造是将制品离散成为相互独立的层并将各层独立制造。快速成形技术是在计算机控制下，基于离散、堆积的原理采用不同方法堆积材料，最终完成零件的成形与制造的技术。从成形角度看，零件可视为“点”或“面”的叠加。从CAD电子模型中离散得到“点”或“面”的几何信息，再与成形工艺参数信息结合，控制材料有规律、精确地由点到面，由面到体地堆积零件。从制造角度看，它根据CAD造型生成零件三维几何信息，控制多维系统，通过激光束或其他方法将材料逐层堆积而形成原型或零件。
(3) 高分子材料加工技术： 现代材料科学的范围定义为研究材料性质、结构和组成、合成和加工、材料的性能这四个要素以及它们之间的相互关系。高分子材料科学的基本任务是：研究高分子材料的合成、结构和组成与材料的性质、性能之间的相互关系；探索加工工艺和各种环境因素对材料性能的影响；为改进工艺，提高高分子材料的质量，合理使用高分子材料，开发新材料、新工艺和新的应用领域提供理论依据和基础数据。
大多数情况下，高分子的加工通常包括两个过程：首先使原材料产生变形或流动，并取得所需要的形状，然后设法保持取得的形状。高分子加工与成型通常有以下形式：高分子熔体的加工、类橡胶状聚合物的加工、高分子液体的加工、低分子聚合物或预作者:于江龙
聚物的加工、高分子悬浮体的加工以及高分子的机械加工。
[4]
新材料成形加工技术
（2）技术的高度集成； （3）设计制造一体化； （4）快速性；
（5）自由成形制造(Free Form Fabrication，FFF)；
（6）材料的广泛性；
3.2复合材料制品成型工艺特点与其它材料加工工艺相比，复合材料成型工艺具有如下特点：
（1）材料制造与制品成型同时完成 一般情况下，复合材料的生产过程，也就是制品的成型过程。材料的性能必须根据制品的使用要求进行设计，因此在造反材料、设计配比、确定纤维铺层和成型方法时，都必须满足制品的物化性能、结构形状和外观质量要求等。
（2）制品成型比较简便
一般热固性复合材料的树脂基体，成型前是流动液体，增强材料是柔软纤维或织物，因此，用这些材料生产复合材料制品，所需工序及设备要比其它 材料简单的多，对于某些制品仅需一套模具便能生产。
（3) 高分子材料加工成形技术 现在采用的是聚合物动态反应加工技术及设备与传统技术无论是在反应加工原理还是设备的结构上都完全不同，该技术是将电磁场引起的机械振动场引入聚合物反应挤出全过程，达到控制化学反应过程、反应生成物的凝聚态结构和反应制品的物理化学性能的目的。该技术首先从理论上突破了控制聚合物单体或预聚物混合混炼过程作者:于江龙 [6]
及停留时间分布不可控制的难点，解决了振动力场作用下聚合物反应加工过程中的质量、动量及能量传递及平衡问题，同时从技术上解决了设备结构集成化问题。新设备具有体积重量小、能耗低、噪音低、制品性能可控、适应性好、可靠性高等优点
[7]
新材料成形加工技术
材料成形、先进超塑性成形、激光焊接、电子束焊接、复合热源焊接、扩散焊接、摩擦焊接等先进技术，实现组织与性能的精确控制，不仅可以提高传统材料的使用性能，还有利于改善难加工材料的加工性能，开发高附加值材料。
（3）材料设计（包括成分设计、性能设计与工艺设计）、制备与成形加工一体化发展材料设计、制备与成型加工一体化技术，可以实现先进材料和零部件的高效，近终形，短流程成型。
（4）开发新型制备与成形加工技术，发展新材料和新产品块体非晶合金制备和应用技术、连续定向凝固成形技术、电磁约束成型技术、双结晶器连铸与充芯连铸复合技术、多坯料挤压技术、微成形加工技术等，是近年来开发的新型制备与成形加工技术。
（5）发展计算机数值模拟与过程仿真技术，构建完善的材料数据库基于知识的材料成形工艺模拟仿真是材料科学与制造科学的前沿领域和研究热点。模拟仿真可提高产品质量5～15倍，增加材料出品率25％，降低工程技术成本13%～30%，降低人工成本5%～20%，提高投入设备利用率30%～60%，缩短产品设计和试制周期30%～60%等。
高性能、高保真、高效率、多学科及多尺度是模拟仿真技术的努力目标，而微观组织模拟（从mm、μm到nm尺度）则是近年来研究的新热点课题。通过计算机模拟，可深入研究材料的结构、组成及其各物理化学过程中宏观、微观变化机制，并由材料成分、作者:于江龙
结构及制备参数的最佳组合进行材料设计
[9]
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（6）材料的智能化制备与成形加工技
术材料的智能化制备与成形加工技术是1986年由美国材料科学界提出的“
新材料成形加工技术
制造技术是我们的薄弱环节。只有跟上发展先进制造技术的世界潮流,将其放在战略优先地位,并以足够的力度予以实施,才能尽快缩小与发达国家的差距,才能在激烈的市场竞争中立于不败之地。总之,在我国研究和发
[10] Anne Marie Habraken, Kogan Page Science,Material forming procees, 2003
[11] Dorel Banabic ，Sheet Metal Forming Proe， Springer ，2010 展先进制造技术势在必行。
参考文献
[1]刘颖(编者), 李树奎(编者)，工程材料及成形技术基础，北京理工大学出版社; 第1版 (2009年7月1日) [2]浅析高分子材料成型加工技术，硅谷2008年第8期，中图分类号：TU5文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2008）0420066－01 [3] 王英杰，金属材料及其成形加工，机械工业出版社，第1版，2008 [4]柳百成，沈厚发 主编，21世纪的材料成形加工技术与科学，机械工业出版社， 2004 [5]胡亚民 主编，材料成形技术基础，重庆大学出版社， 2008 [6]樊自田等，先进材料成形技术与理论，化学工业出版社，2006 [7]谢建新等编著，材料加工新技术与新工艺，北京：冶金工业出版社，2004 [8]荣烈润，材料成形加工技术发展趋势，航空精密制造技术，2009年02期
[9]Dlias Cueto,Advanced in Material Forming, Francisco Chinesta，2007 作者:于江龙
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