材料成型一體化技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

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     作為現(xiàn)代科學(xué)和工業(yè)技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)，材料成型從20世紀(jì)80年代便被看作是推動(dòng)經(jīng)濟(jì)(jīng jì)進(jìn)入21世紀(jì)的三大工業(yè)支柱之一。材料成型及控制（control)工程(Engineering)作為其中的一項(xiàng)重要專業(yè)技術(shù)，在近年來有著突飛猛進(jìn)的發(fā)展，從而有效地推動(dòng)了材料成型的學(xué)科發(fā)展。
    所謂材料成型，顯而易見成型工藝便是此項(xiàng)科學(xué)技術(shù)的精髓。碳纖維生產(chǎn)傳統(tǒng)的玻璃纖維相比，楊氏模量是其3倍多；它與凱夫拉纖維相比，楊氏模量是其2倍左右，在有機(jī)溶劑、酸、堿中不溶不脹，耐蝕性突出。工業(yè)產(chǎn)品的好與壞不僅僅需要考慮材料自身是否具備優(yōu)良的力學(xué)性能，更重要的是能否充分利用材料的特點(diǎn)采取最適合的加工成型方法。因此，工藝的發(fā)展從根本上決定了材料成型的質(zhì)量。材料成型及控制（control)工程通過(tōng guò)分析(Analyse)材料的宏觀形狀、微觀結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能等研究熱加工過程中相關(guān)生產(chǎn)工藝，從而進(jìn)行成型工藝主要分為鑄造、焊接和鍛壓三個(gè)方向。 123,123

　　一、鑄造工藝
     鑄造通俗地說是液態(tài)金屬凝固的過程，這是一種使用范圍極其廣的成型工藝，不受鑄件尺寸、形狀及合金材料的限制。其技術(shù)關(guān)鍵（解釋:比喻事物的重要組成部分)就在于凝固組織的形成于控制、鑄造缺陷的防止與控制及鑄件尺寸精度與表面粗糙度的控制。
現(xiàn)階段，隨著鑄造工藝在凝固理論、凝固技術(shù)及低壓鑄造、陶瓷鑄造、連續(xù)鑄造等技術(shù)已日漸成熟。
     隨著人們對鑄造質(zhì)量、鑄造精度、鑄造成本和鑄造自動(dòng)化等要求的提高，精密鑄造技術(shù)、連續(xù)鑄造技術(shù)、特種鑄造技術(shù)、鑄造自動(dòng)化和鑄造成型模擬技術(shù)等得到了迅速發(fā)展，鑄造技術(shù)正朝著精密化、大型化、高質(zhì)量、自動(dòng)化和清潔化的方向發(fā)展，必將對傳統(tǒng)工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步有著極大的推動(dòng)作用，同時(shí)也為高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。碳纖維制品由于碳纖維擁有極高的材質(zhì)特性，因此碳纖維制品的強(qiáng)度大，硬度高，遠(yuǎn)超過同體積同重量的金屬材質(zhì)。因此，碳纖維制品在航空、航海、軍工等高科技工業(yè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。也正是因?yàn)槿绱?，此前世界上碳纖維技術(shù)發(fā)達(dá)的國家（美國、德國、日本、韓國），對于向中國輸出碳纖維產(chǎn)品和技術(shù)，保持著極其謹(jǐn)慎的態(tài)度。即使在目前，我國碳纖維以及碳纖維制品的進(jìn)口，還受到發(fā)達(dá)國家的嚴(yán)格控制。如圖1-1為某小型渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)靜子葉片，采用精密鑄造。 123,123

　　二、焊接工藝
     焊接作為現(xiàn)代工程技術(shù)的重要組成部分，是材料成型中必不可少的工藝手段，主要可分為熔焊、固相焊和釬焊。焊接工藝可謂是真正意義上的在生產(chǎn)實(shí)踐中為滿足工業(yè)需求而不斷完善和發(fā)展起來的。
     比如，汽車工業(yè)推動(dòng)了電阻焊和二氧化（oxidation)碳?xì)怏w保護(hù)焊的工藝發(fā)展，船舶制造業(yè)推動(dòng)了埋弧焊的發(fā)展等。
隨著焊接工藝的日益進(jìn)步，它已不再是單一的金屬材料連接技術(shù)，而延伸向陶瓷(原料:非金屬礦物)材料、生物組織、高分子材料等多個(gè)領(lǐng)域。
為適應(yīng)高質(zhì)、高效的生產(chǎn)趨勢，近年來焊接機(jī)械化、自動(dòng)化、智能(intelligence)化正以驚人的速度迅猛崛起，成為今后焊接工藝的重點(diǎn)發(fā)展趨勢。碳纖維制品就是指以碳纖維預(yù)浸布為原材料，通過不同的加工方法，加工成為能夠滿足使用要求的材料制品。

　　三、鍛壓工藝 123456
     鍛壓實(shí)質(zhì)是材料的塑性成型過程，這與材料自身的塑性變形能力與外部應(yīng)力等有著密切聯(lián)系。它可以應(yīng)用于大批量的生產(chǎn)，顯然其發(fā)展趨勢著重于高速自動(dòng)化生產(chǎn)，以達(dá)到高效規(guī)?；a(chǎn)。在信息化高速發(fā)展的現(xiàn)今，計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)逐步彰顯(鮮明地顯示 )出其重要作用。利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造模具及實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的模擬化，極大地縮短了工業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)周期，從而減少了大量的人工投入，提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)效率(efficiency)和質(zhì)量。

　　四、材料成型加工技術(shù)的作用及地位
     以鑄造、鍛造、焊接等工藝為代表的材料(Material)成形加工技術(shù)是制造業(yè)中的主要加工方法,材料成型加工技術(shù)與科學(xué)則是材料科學(xué)與工程的重要內(nèi)容,它對國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及國防力量的增強(qiáng)均有十分重要的作用。據(jù)統(tǒng)計(jì),全世界75%的鋼材經(jīng)塑性加工成型,45%的金屬結(jié)構(gòu)用焊接成型。2001年,我國鑄件產(chǎn)量已達(dá)1200萬噸,位居世界第二。 123,123
     材料成型加工技術(shù)是汽車、機(jī)械、能源、石化、造船等支柱產(chǎn)業(yè)及國防工業(yè)的關(guān)鍵基礎(chǔ)加工技術(shù)。例如,長江三峽水輪機(jī)的葉輪高5.5米、直徑10.6米、重520噸,只有采用鑄、焊復(fù)合技術(shù)才能制造,目前尚依賴進(jìn)口。例如,無論軍用或民用飛機(jī)中的燃?xì)廨啓C(jī)葉片國外都已采有新一代高溫合金單晶體熔模鑄造技術(shù)。又例如,目前汽車重量的65%以上仍由鋼鐵材料、鋁（Al)合金及鎂合金等通過鑄造、鍛壓、焊接等加工方法而成型。我國在這些前沿核心或關(guān)鍵技術(shù)方面還有較大的差距。因此,面對市場(shì chǎng)經(jīng)濟(jì)及參與全球競爭,在振興制造業(yè)的同時(shí),必須加強(qiáng)材料成型加工技術(shù)與科學(xué)的基礎(chǔ)理論和工程應(yīng)用研究（research)。

　　五、材料成型加工技術(shù)發(fā)展趨勢
     制造業(yè)在過去的二十年中發(fā)生了巨大變化,這種變化還會延續(xù)。高速發(fā)展的工業(yè)技術(shù)要求材料(Material)成型加工技術(shù)的精確化、輕量化、集成化;激烈的國際競爭要求產(chǎn)品性能高、流程短、成本低;日益惡化的環(huán)境則要求材料成型加工消耗能源低、污染少。21世紀(jì)高新技術(shù)的出現(xiàn)將進(jìn)一步導(dǎo)致材料成型加工技術(shù)與科學(xué)的進(jìn)步與變革,包括(bāo kuò):全新的成型加工方法與工藝及傳統(tǒng)加工方法的升級與革新。

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     近年來出現(xiàn)了很多新的精確鑄造成型技術(shù)。例如,在汽車工業(yè)出現(xiàn)了可控壓力鑄造、消失模鑄造及壓力鑄造等制造新一代汽車發(fā)動(dòng)機(jī)（Engine）薄壁鋁（Al)合金缸體鑄件的新方法。出現(xiàn)了液壓塑性成型、精密鍛造、攪拌磨擦焊、鎂及鋁合金半固態(tài)成型、鈦合金成型加工等新技術(shù)。用定向凝固熔模鑄造生產(chǎn)高溫合金單晶體燃?xì)廨啓C(jī)葉片則是精確鑄造成型技術(shù)在航空工業(yè)中應(yīng)用的杰出體現(xiàn)。隨著金屬基復(fù)合材料、金屬間化合物材料及陶瓷材料等各種新材料的研究與開發(fā),新的制備成型加工方法不斷出現(xiàn),而材料制備和成型加工一體化則是重要的發(fā)展趨勢（trend)。例如,材料電磁成型加工、激光直接成型加工技術(shù)、金屬基復(fù)合材料液態(tài)噴射成型技術(shù)等等。

　　六、材料成型加工過程模擬及仿真
     隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,計(jì)算材料科學(xué)已成為一門的交叉學(xué)科,成為除實(shí)驗(yàn)和理論外解決材料科學(xué)中實(shí)際問題的重要研究方法,基于知識的材料成型加工過程模擬與仿真已成為材料科學(xué)的前沿研究領(lǐng)域。據(jù)報(bào)道,模擬仿真技術(shù)可提高產(chǎn)品(Product)質(zhì)量5-15倍、增加材料出品率25%、降低成本10%-30%、縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)和試制周期30%-60%。經(jīng)過幾十年的不斷發(fā)展,鑄造及鍛造宏觀模擬技術(shù)已在工程中應(yīng)用,并有很多商品化軟件。當(dāng)前,高性能、高保真和高效率(efficiency)是成型加工過程模擬與仿真的努力目標(biāo),而微觀組織模擬(從毫米到微米尺度)則是新的研究熱點(diǎn)。并行工程是以集成、并行的方式設(shè)計(jì)產(chǎn)品及其相關(guān)過程(包括加工制造過程),力求使產(chǎn)品開發(fā)人員在設(shè)計(jì)一開始就考慮到產(chǎn)品整個(gè)生命周期中從概念(Idea)形成到產(chǎn)品報(bào)廢處理所有因素(包括質(zhì)量、成本、進(jìn)度計(jì)劃和用戶要求)。在設(shè)計(jì)階段同時(shí)進(jìn)行工藝CA 123456
　　D、成型加工過程的計(jì)算機(jī)輔助工程分析(CAE)及模具（稱號：工業(yè)之母）與產(chǎn)品的制造過程仿真(CAM),以取得最優(yōu)的效果。美國通用汽車公司采用并行工程及CAE技術(shù),每年節(jié)省(spare)產(chǎn)品研究（research)開發(fā)費(fèi)用達(dá)數(shù)百萬美元。
七、總結(jié)
     縱觀材料成型工藝的技術(shù)與發(fā)展，工業(yè)產(chǎn)業(yè)的需求是推動(dòng)其技術(shù)進(jìn)步的重要?jiǎng)恿?，而激光技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、新材料技術(shù)及其它先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展賦予了材料成型技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用前景：
     一是高效。隨著信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備的升級換代，材料成型技術(shù)的自動(dòng)化程度越來越高，材料成型技術(shù)高度速成化趨勢越發(fā)明顯，而這些技術(shù)的發(fā)展，無疑將為產(chǎn)品的高度速成帶來新的可能（maybe)。
     二是環(huán)保。隨著環(huán)保意識的不斷增強(qiáng)，人們在研制新型材料的動(dòng)力和能力將變得越發(fā)強(qiáng)勁，新型環(huán)保材料將得到越來越廣泛的應(yīng)用，這將從根本上推生新的材料成型技術(shù)的誕生。 內(nèi)容來自123456
     三是節(jié)能。規(guī)?；a(chǎn)無疑能將工件成本降低（reduce)至新低，高度智能化帶來產(chǎn)品的高節(jié)能性。隨著智能理論的逐步完善，材料成型技術(shù)高度節(jié)能性趨勢越發(fā)明顯，而這一技術(shù)的發(fā)展，無疑將為產(chǎn)品的高節(jié)能性帶來新的希望。
     綜上所述，社會的可持續(xù)發(fā)展，必然離不開資源環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。就材料(Material)成型行業(yè)來說，我個(gè)人認(rèn)為，未來的發(fā)展不僅僅要著重于生產(chǎn)的自動(dòng)化、高效化和產(chǎn)品的高性能化，更應(yīng)強(qiáng)調(diào)其生產(chǎn)過程中的能源消耗、污染排放和產(chǎn)品的使用安全性等問題。生產(chǎn)過程中的能源消耗、污染排放和產(chǎn)品的使用安全性等問題。承載力等完美結(jié)合，形成真正意義上的高效、環(huán)保、節(jié)能的新型生產(chǎn)工藝。
 
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