材料加工前沿講座

1、.材料加工前沿講座學(xué)習(xí)報(bào)告院系：研究生學(xué)院材料系班級(jí)： 1003學(xué)號(hào)： S20100238姓名： 雷尚軍 2011/6/15講座一：快速原型制造技術(shù) 一、快速原型制造技術(shù)的產(chǎn)生 全球市場一體化、制造業(yè)競爭激烈，產(chǎn)品的開發(fā)速度成為市場競爭的主要矛盾。 從技術(shù)發(fā)展角度，計(jì)算機(jī)、CAD、材料、激光等技術(shù)的發(fā)展和普及為新的制造技術(shù)的產(chǎn)生奠定了基礎(chǔ)。 快速原型制造技術(shù)于20世紀(jì)80年代后期產(chǎn)生于美國，并很快擴(kuò)展到日本及歐洲，與20世紀(jì)90年代初引入我國，是近二十年制造領(lǐng)域的一項(xiàng)重大突破。 借助計(jì)算機(jī)、激光、精密傳動(dòng)、數(shù)控技術(shù)等現(xiàn)代手段，將CAD和CAM集成于一體，根據(jù)計(jì)算機(jī)建立的三維模型，能在很短的時(shí)間

2、內(nèi)直接制造出產(chǎn)品樣本，使設(shè)計(jì)工作進(jìn)入一種全新的境界。 改善了設(shè)計(jì)過程中的人機(jī)交流，縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期，加快了產(chǎn)品更新?lián)Q代速度，降低企業(yè)投資新產(chǎn)品的風(fēng)險(xiǎn)。二、快速原型制造技術(shù)的基本原理 傳統(tǒng)的零件加工過程是先制造毛坯，然后經(jīng)過切削加工，從毛坯上去除多余的材料得到零件的形狀和尺寸，這種方法稱之為材料去除制造?？焖僭椭圃旒夹g(shù)徹底擺脫了傳統(tǒng)的“去除”加工法，而是基于“材料逐層堆積”的制造理念，將復(fù)雜的三維加工分解為簡單的材料二維添加的組合過程，它能在CAD模型的直接驅(qū)動(dòng)下，快速制造任意復(fù)雜形狀的三維實(shí)體，是一種全新的制造技術(shù)。其成型過程為：(1) 建立零件的三維CAD模型(2) 模型Z向離散（分層）

3、(3) 逐層堆積制造快速原型工藝流程三、快速原型制造技術(shù)的的典型方法1、光固化成型工藝（Sterelithography Apparatus）又稱為立體光刻，簡稱SLA，用特定波長與強(qiáng)度的激光聚焦到光固化材料表面,使之由點(diǎn)到線,由線到面順序凝固,完成一個(gè)層面的繪圖作業(yè),然后升降臺(tái)在垂直方向移動(dòng)一個(gè)層片的高度,再固化另一個(gè)層面.這樣層層疊加構(gòu)成一個(gè)三維實(shí)體.使用材料：液態(tài)光敏樹脂SLA成形工藝原理圖2、疊層實(shí)體制造工藝（Laminated Object Manufacturing簡稱LOM）又稱分層實(shí)體制造，使用材料：片材，例如紙、塑料薄膜等。疊層實(shí)體制造工藝原理圖3、選擇性激光燒結(jié)工藝（Sel

4、ective Laser Sintering簡稱SLS）又稱選區(qū)激光燒結(jié)，加工時(shí)，首先將粉末預(yù)熱到稍低于其熔點(diǎn)的溫度，然后在刮平棍子的作用下將粉末鋪平；激光束在計(jì)算機(jī)控制下根據(jù)分層截面信息進(jìn)行有選擇地?zé)Y(jié)，一層完成后再進(jìn)行下一層燒結(jié)，全部燒結(jié)完后去掉多余的粉末，則就可以得到一燒結(jié)好的零件。使用材料：粉末狀材料選擇性激光燒結(jié)工藝原理圖講座二：脈沖磁場對(duì)金屬凝固組織和凝固過程的影響磁場影響凝固組織的作用：1.1、穩(wěn)恒磁場的作用 在金屬凝固過程中，穩(wěn)恒磁場可以用來控制金屬熔體的對(duì)流，從而改善金屬凝固組織。Nkada等利用穩(wěn)恒磁場來均勻鑄錠中心部半凝固區(qū)域的流速，成功地達(dá)到了減少V偏析和空孔的目的。Y

5、.Ebisu也利用穩(wěn)恒磁場來減少鋼的連鑄錠的V偏析和空孔，并獲得了被稱為“E-Process”的專利技術(shù)。楊森等研究了磁場強(qiáng)度為2.0104A/m橫向均勻靜磁場對(duì)Al-Bi偏晶合金定向凝固的影響，橫向均勻磁場可以有效地抑制定向凝固過程中熔體的對(duì)流，使偏晶系A(chǔ)l6.5Bi合金纖維組織間距和纖維直徑減少.1.2、穩(wěn)恒磁場的作用機(jī)制 在穩(wěn)恒磁場作用下，熔體內(nèi)部將產(chǎn)生感生電流，從而產(chǎn)生Lorentz力抑制熔體的對(duì)流，使其對(duì)熔體沒有攪拌作用。對(duì)于宏觀組織，由于液態(tài)金屬的對(duì)流削弱，這就降低了金屬熔體的降溫速率，保持了凝固界面較高的溫度梯度，利于柱狀晶的生長；對(duì)于微觀組織，則使枝晶橫向生長受到抑制，枝晶分支

6、的發(fā)展也受到抑制。同時(shí)，穩(wěn)恒磁場產(chǎn)生的電磁力有可能導(dǎo)致鐵磁質(zhì)顆粒的偏聚，偏聚層的厚度隨磁感應(yīng)強(qiáng)度的增大而增加。2.1、交變磁場的作用1965年，Asai S.就對(duì)磁場作用下的金屬凝固進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)在金屬凝固過程中施加一個(gè)交變磁場可以細(xì)化晶粒，縮小柱狀晶區(qū)；單一直流磁場作用于凝固體系時(shí)反而擴(kuò)大了柱狀晶區(qū)，并預(yù)言只有同時(shí)應(yīng)用電場和磁場時(shí)凝固組織才能明顯細(xì)化。1983年，Bassyoun對(duì)此提出異議，并用實(shí)驗(yàn)證明當(dāng)磁場強(qiáng)度為0.0270.033T時(shí)單一的交變磁場同樣能夠明顯細(xì)化晶粒。葛豐德認(rèn)為細(xì)化效果不僅僅取決于磁感應(yīng)強(qiáng)度，還與電流強(qiáng)度、電流波形及頻率等因素有關(guān)。同時(shí)大量研究表明旋轉(zhuǎn)磁場不僅可以改

7、善合金的比重偏析，細(xì)化組織，而且對(duì)凝固補(bǔ)縮也有良好的作用。2.2、交變磁場的作用機(jī)制熔體與交變磁場相互作用將產(chǎn)生感應(yīng)電流，磁場與感應(yīng)電流之間發(fā)生電磁作用，產(chǎn)生電磁力，從而在熔體內(nèi)產(chǎn)生規(guī)則的波動(dòng)，使長大的晶粒破碎，形成新的細(xì)小晶粒，細(xì)化了凝固組織。Radjai等對(duì)液態(tài)金屬同時(shí)施加靜磁場和交流電的作用，在液態(tài)金屬內(nèi)誘發(fā)高強(qiáng)度的電磁振動(dòng)，引起空化現(xiàn)象，從而使金屬凝固組織發(fā)生了顯著細(xì)化。王強(qiáng)等先后提出了運(yùn)用交流磁場、高強(qiáng)度靜磁場和交流電流、高強(qiáng)度靜磁場和交流磁場三種方法在液體金屬內(nèi)生成高頻電磁力，并利用這種電磁力的局部作用，在所要求處理的金屬全域內(nèi)生成電磁超聲波的方法。但是，余建波強(qiáng)磁場和交流電疊加的

8、對(duì)純鋁凝固組織的影響發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)中空化效應(yīng)不是細(xì)化的主要原因，磁場和交流電疊加產(chǎn)生的振蕩力在晶粒細(xì)化中發(fā)揮主要作用。3.1、脈沖磁場的作用訾炳濤等首次研究了強(qiáng)脈沖磁場對(duì)金屬凝固組織的影響，通過對(duì)LY12鋁合金研究發(fā)現(xiàn)，磁壓強(qiáng)引起的熔體振蕩導(dǎo)致晶粒明顯細(xì)化、球化，且隨著磁壓強(qiáng)的增加，細(xì)化效果愈明顯。班春燕等研究了脈沖磁場對(duì)組織細(xì)化的影響，表明在脈沖磁場的作用下，劇烈的強(qiáng)迫對(duì)流促進(jìn)晶粒從型壁上游離，大大增加了金屬熔體的形核率。3.2、脈沖磁場的作用機(jī)制脈沖磁場使熔體內(nèi)產(chǎn)生脈沖渦流，磁場和渦流之間的交互作用產(chǎn)生Lorentz力和磁壓強(qiáng)，且其強(qiáng)度遠(yuǎn)大于金屬熔體的動(dòng)力壓強(qiáng)，這就使金屬熔體產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng)。這

9、種振動(dòng)不僅增加了熔體的過冷度，提高了形核率；而且在熔體內(nèi)造成了強(qiáng)迫對(duì)流，使凝固過程中樹枝晶折斷破碎，形成新的游離晶核分布于熔體各處。4、磁場對(duì)原位反應(yīng)過程的影響：陸模文、胡文祥認(rèn)為，磁場不僅能改變化學(xué)反應(yīng)的速率，而且能夠影響化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)率，甚至通過選擇合適的反應(yīng)條件，還能控制反應(yīng)途徑，改變反應(yīng)產(chǎn)物的構(gòu)成，決定某些反應(yīng)的發(fā)生與否。本課題組前期也發(fā)現(xiàn)類似規(guī)律。李金華從物質(zhì)結(jié)構(gòu)的的磁力鍵分析磁化學(xué)反應(yīng)過程，并認(rèn)為外加磁場能改變物質(zhì)的磁力鍵，有的能使鍵能增強(qiáng)，有的使鍵角增大，有的使單鍵和雙鍵發(fā)生共振生成共振雜化體。王強(qiáng)等研究了Al-Si、Al-Cu合金中溶質(zhì)組元的分布狀態(tài)，認(rèn)為由于磁化率和密度的差異導(dǎo)

10、致鋁合金中溶質(zhì)組元的不同分布狀態(tài)。講座三：板型質(zhì)量及板型控制技術(shù) 目前，HC軋機(jī)已發(fā)展了多種機(jī)型。我們所說的中間輥移動(dòng)的HC軋機(jī)，也稱為HCM六輥軋機(jī)。此外，還有工作輥移動(dòng)的HCW四輥軋機(jī)，以及工作輥和中間輥都移動(dòng)的HCWM六輥軋機(jī)。HC軋機(jī)的主要特點(diǎn)是：（1）通過軋輥的軸向移動(dòng)，消除了板寬以外輥身間的有害接觸部分，提高了輥縫剛度；（2）由于工作輥一端是懸臂的，在彎輥力作用下，工作輥邊部變形明顯增加。如果對(duì)彎控制板形能力的要求不變時(shí)，則在HC軋機(jī)上可選用較小的彎輥力，這就提高了工作輥軸承的使用壽命并降低了軋機(jī)的作用載荷；（3）由于可通過彎輥力和軋輥軸向移動(dòng)量兩種手段進(jìn)行調(diào)整，使軋機(jī)具有良好的板

11、形控制能力；（4）能采用較小的工作輥直徑，實(shí)現(xiàn)大壓下軋制；（5）工作輥和支承輥都可采用圓柱形輥?zhàn)?，減小了磨輥工序，節(jié)約了能耗。這種軋機(jī)典型應(yīng)用如寶鋼1550冷軋酸洗連軋機(jī)組。軋輥凸度邊續(xù)可變軋機(jī)-CVC(Continuously Variable Crown)軋機(jī) CVC軋機(jī)的基本特征是：（1）軋輥(工作輥)的原始輥型為S形曲線呈瓶狀，上下軋輥互相錯(cuò)位1800布置；（2）帶S形曲線的軋輥具有軋輥軸向抽動(dòng)裝置。雖然CVC軋機(jī)與HC軋機(jī)一樣有軋輥軸向抽動(dòng)裝置，但其目的和板形控制的基本原理是不同的。HC軋機(jī)是為了消除輥間的有害接觸部分來提高輥縫剛度，以實(shí)現(xiàn)板形調(diào)整的，是剛性輥縫型。CVC軋機(jī)則是通過

12、軋輥軸向抽動(dòng)裝置來改變S形曲線形成的原始輥縫形狀來實(shí)現(xiàn)板形控制的，是柔性輥縫型。當(dāng)上下軋輥對(duì)稱布置時(shí)，輥縫各部分高度相同。如果上軋輥向右移動(dòng)，下軋輥以相同的移動(dòng)量向左移動(dòng)，則輥縫中部高度變小。反之，上輥向左移動(dòng)，下輥以相同的移動(dòng)量向右移動(dòng)，輥縫中部高度變大。軋輥成對(duì)交叉軋機(jī)-PC(Paired Crossed Roll)軋機(jī)PC軋機(jī)的主要特點(diǎn)是軋輥“成對(duì)交叉”。上下軋輥的軸線交叉后，軋輥輥縫將發(fā)生變化（如圖3所示）。離軋輥軸線相交點(diǎn)愈遠(yuǎn)，其輥縫就變得愈大，而且輥縫的變化也與軋輥軸線交叉角有關(guān)。PC軋機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是：（1）有較大的軋輥凸度控制能力，軋輥軸線交叉角可在001.50范圍內(nèi)調(diào)整，最大的軋輥凸度可達(dá)100m，居所有軋機(jī)之冠，如配以強(qiáng)力彎輥裝置也能獲得良好的平直度板帶；（2）能有效地控制板帶邊部減??；（3）軋輥輥型簡單，節(jié)省了軋輥備件量并便于軋輥管理。由于