先進(jìn)材料成形技術(shù)與理論部分試題總結(jié)

1、先進(jìn)材料成形技術(shù)與理論部分試題總結(jié)簡(jiǎn)答題1簡(jiǎn)述金屬塑性成形的原理。利用金屬的塑性，通過(guò)外力使金屬發(fā)生塑性變形，成形出具有所要求形狀、尺寸和性能的金屬工件。通常也稱為金屬壓力加工或金屬塑性加工。2簡(jiǎn)述金屬塑性成形的種類及特點(diǎn)。改善組織、提高性能。材料利用率高。可以達(dá)到較高的成形精度。具有很高的生產(chǎn)率。（）體積成形l 體積成形所用的坯料一般為棒材或扁坯。l 坯料經(jīng)受很大的塑性變形，其形狀或橫截面以及表面積與體積之比發(fā)生顯著變化。l 基本上不發(fā)生彈性恢復(fù)現(xiàn)象。l 典型的工藝有擠壓、軋制、拉拔、鍛造等。（）板料成形l 板料成形所用坯料是各種板材或用板材預(yù)先加工成的中間坯料。l 板坯的形狀發(fā)生顯著變化，

2、但其橫截面形狀基本上不變。l 彈性變形在總變形中所占比例是比較大的，成形后會(huì)發(fā)生彈性回復(fù)或回彈現(xiàn)象。l 典型工藝有拉延、沖裁、彎曲。（3）管材成形 ？3. 簡(jiǎn)述金屬塑性成形的發(fā)展方向、技術(shù)現(xiàn)狀、最新進(jìn)展。金屬塑性成形技術(shù)的現(xiàn)狀：l 塑性成形的基礎(chǔ)理論已基本形成。 包括位錯(cuò)理論、Tresca、Mises屈服準(zhǔn)則、滑移線理論、主應(yīng)力法、上限元法以及大變形彈塑性和剛塑性有限元理論等。l 以有限元為核心的塑性成形數(shù)值仿真技術(shù)日趨成熟，為人們認(rèn)識(shí)金屬塑性成形過(guò)程的本質(zhì)規(guī)律提供了新途徑，為實(shí)現(xiàn)塑性成形領(lǐng)域的虛擬制造提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。l 計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)(CAD CAE CAM)在塑性成形領(lǐng)域的應(yīng)用不斷

3、深入，使制件質(zhì)量提高，制造周期下降。l 新的成形方法不斷出現(xiàn)并得到成功應(yīng)用，如超塑性成形、爆炸成形等。金屬塑性成形技術(shù)的最新進(jìn)展：l 微成形（100mm以內(nèi)） 醫(yī)療器械、傳感器、電子器件等l 內(nèi)高壓成形l 可變輪廓模具（柔性模具）成形l 粘性介質(zhì)壓力成形（ Viscous Pressure Forming ，VPF） 壓力介質(zhì)不再是液體或固體，而是如熔融的玻璃等物質(zhì)金屬塑性成形技術(shù)的發(fā)展方向：數(shù)字化技術(shù)貫穿塑性成形全過(guò)程（產(chǎn)品設(shè)計(jì)、分析和制造過(guò)程），且以系統(tǒng)工程為理論基礎(chǔ)的技術(shù)體系，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔生產(chǎn)。1.設(shè)計(jì)數(shù)字化技術(shù)：p 設(shè)計(jì)雖然只占產(chǎn)品生命周期成本的5%15%，但決定了70%

4、75%以上的產(chǎn)品成本和80%左右的產(chǎn)品質(zhì)量和性能。p 上游設(shè)計(jì)失誤將以110的比例向下游逐級(jí)放大?？梢?jiàn)設(shè)計(jì)、尤其是早期概念設(shè)計(jì)是產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中最為重要的一環(huán)。2.基于知識(shí)的工程設(shè)計(jì)，KBEp 提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力為目標(biāo)。通過(guò)知識(shí)的繼承、繁衍、集成和管理，建立各領(lǐng)域異構(gòu)知識(shí)系統(tǒng)和多種描述形式知識(shí)集成的分布式開(kāi)放設(shè)計(jì)環(huán)境，并獲得創(chuàng)新能力的工程設(shè)計(jì)方法。p 處理多領(lǐng)域知識(shí)和多種描述形式的知識(shí)，是集成化的大規(guī)模知識(shí)處理環(huán)境。p 面向整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程，甚至是產(chǎn)品全生命周期的各異構(gòu)系統(tǒng)的集成，是一種開(kāi)放的體系結(jié)構(gòu)。p 涉及多領(lǐng)域、多學(xué)科知識(shí)范疇，模擬和協(xié)助專家群體的推理決策活動(dòng)，具有分布、分層、并行特點(diǎn)。KBE研究

5、的重點(diǎn)p (1)基于知識(shí)的產(chǎn)品建模:p 將專家的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計(jì)過(guò)程的有關(guān)知識(shí)，表示在產(chǎn)品信息模型中，為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)智能化、自動(dòng)化提供有力的信息。p (2)工程知識(shí)的融合和繁衍技術(shù):p 用數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)p 用機(jī)器學(xué)習(xí)的方法來(lái)分析數(shù)據(jù)，挖掘大量數(shù)據(jù)背后的知識(shí)3. 反求工程是產(chǎn)品數(shù)字化的重要手段之一，是數(shù)字化塑性成形技術(shù)的重要環(huán)節(jié)。消化吸收國(guó)外模具設(shè)計(jì)的先進(jìn)技術(shù)，提高我國(guó)的模具設(shè)計(jì)水平具有重要的意義。4.分析數(shù)字化技術(shù)數(shù)字化模擬金屬塑性成形過(guò)程的機(jī)理非常復(fù)雜，傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)基于經(jīng)驗(yàn)的多反復(fù)性過(guò)程，導(dǎo)致了模具開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)，成本高。為了滿足快速的市場(chǎng)響應(yīng)，實(shí)施塑性成形過(guò)程數(shù)值模擬行之有效。5.分析

6、數(shù)字化技術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)n 實(shí)際制造過(guò)程在計(jì)算機(jī)上的本質(zhì)實(shí)現(xiàn)。n 從根本上改變了設(shè)計(jì)、試制、修改設(shè)計(jì)和規(guī)模生產(chǎn)的傳統(tǒng)制造模式。6.制造數(shù)字化技術(shù)高速加工重要目標(biāo)是縮短加工時(shí)間、減少?gòu)?fù)雜形狀和難加工材料的加工工序、最大限度地實(shí)現(xiàn)高精度和高質(zhì)量。7.制造數(shù)字化技術(shù)快速原型無(wú)需任何工裝夾具和模具，快速制造任意復(fù)雜結(jié)構(gòu)制件。4. 材料加工成形新方法？消失模精密鑄造技術(shù)；半固態(tài)鑄造；鋁鎂合金材料及精密成形技術(shù)；計(jì)算機(jī)模擬仿真技術(shù)；大型裝備及零部件制造技術(shù)；超塑性成形；緊密模鍛技術(shù)與裝備；精密沖裁；板料成形；快速成形；攪拌摩擦焊；焊接自動(dòng)化；等離子束焊；激光焊接；其它復(fù)合成形方法：連鑄連軋、鑄（焊）鍛一體化、快

7、速凝固成形（噴射沉積）、電渣熔鑄、粉末注射成形5. 簡(jiǎn)述電子束熔焊時(shí)小孔形成的過(guò)程及其維持動(dòng)態(tài)平衡的條件。電子束焊中存在小孔效應(yīng)。小孔的形成過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的高溫流體動(dòng)力學(xué)過(guò)程。高功率密度的電子束轟擊焊件，使焊件表面材料熔化并伴隨著液態(tài)金屬的蒸發(fā)，產(chǎn)生金屬蒸氣流。金屬蒸氣流的反沖壓力使液態(tài)金屬面下凹，經(jīng)過(guò)一系列的循環(huán)，形成細(xì)長(zhǎng)的孔，隨著電子束功率密度的增加，金屬蒸氣量增多，液態(tài)金屬被壓凹的程度也增加，并形成一個(gè)通道。在穩(wěn)定的電子束焊接過(guò)程（輸人參數(shù)和焊接條件不變）中，一般認(rèn)為小孔基本上保持穩(wěn)定，處于一個(gè)近似準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)狀態(tài)。這種狀態(tài)是小孔內(nèi)的幾種力作用平衡的結(jié)果。當(dāng)電子束加熱時(shí)作用于液態(tài)金屬的力為：電

8、子束的壓力和金屬蒸氣反作用壓力，這些力使液態(tài)金屬下凹；熔化金屬表面張力和凹陷底部的流體靜壓力力圖拉平液體表面，其中電子束的壓力值很小，因而可忽略不計(jì)。根據(jù)力的平衡條件最后推導(dǎo)出力學(xué)平衡方程式為：6. 列舉8中以上成形加工工藝創(chuàng)新性思維方法。1） 逆向思維：有模無(wú)模 受迫成形自由成形 軟模硬模 生長(zhǎng)去除 高效/短流程成型漸進(jìn)成型 滿密度多孔材 單晶體細(xì)晶非晶 2） 組合創(chuàng)造：有模與無(wú)模 軟模與硬模 生長(zhǎng)與去除 造型與空間運(yùn)動(dòng) 能量復(fù)合 過(guò)程復(fù)合：鍛軋復(fù)合、合成制備成形一體化 材料功能復(fù)合 3）發(fā)散思維：軋制板型控制中軋輥的配置4）聯(lián)想：從宇宙、自然和生命現(xiàn)象、行為與機(jī)制及相關(guān)科學(xué)技術(shù)中尋求啟示

9、類比：仿生制造 移植：組織工程 5）主體附加：非勻質(zhì)材料添加成型 6）變形/演繹：快速原型技術(shù)的派生、零件/型材軋制 7）模擬：智能制造、仿生機(jī)械 8）精簡(jiǎn)：鑄軋、半固態(tài)成形 9）回歸原點(diǎn)法：快速原型、無(wú)模板金、微生物制造 ？8. 材料成形復(fù)合化的特點(diǎn)體現(xiàn)在哪幾方面。生產(chǎn)的連續(xù)化，產(chǎn)品多樣化，材料制備與成形的一體化，成形與精密加工復(fù)合化，資源合理利用（答案瞎想的不可信！）（沒(méi)有找到相關(guān)答案）分析題1.請(qǐng)分析如下三種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并設(shè)計(jì)合理的金屬零件塑性成形工藝。1.關(guān)于中心軸對(duì)稱的空心零件，采用正擠壓，正擠壓時(shí)，金屬的流動(dòng)方向與凸模的運(yùn)動(dòng)方向一致。正擠壓可以制造各種形狀的實(shí)心件和空心件。2.大型閥

10、體，采用多向模鍛，多向模鍛是在幾個(gè)方面同時(shí)對(duì)坯料進(jìn)行鍛造的一種工藝，主要用于生產(chǎn)外形復(fù)雜的中空鍛件。第I階段基本形成階段第I階段金屬的變形流動(dòng)特點(diǎn)主要是反擠鐓粗成形和徑向擠壓成形。第II階段充滿階段 由第I階段結(jié)束到金屬完全充滿模腔為止為第II階段，此階段的變形量很小，但此階段結(jié)束時(shí)的變形力比第I階段未可增大2-3倍。第III階段形成飛邊階段此時(shí)坯料已極少變形，只是在極大的模壓力作用下，沖頭附近的金屬有少量變形，并逆著沖頭運(yùn)動(dòng)的方向流動(dòng)，形成縱向飛邊。如果此時(shí)凹模的臺(tái)模力不夠大，還可能沿凹模分模面處形成橫向飛邊。此階段的變形力急劇增大。3.變化圓截面實(shí)心軸，采用徑向鍛造，徑向鍛造是在自由鍛拔長(zhǎng)

11、的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，用于長(zhǎng)軸類件鍛造。利用分布于坯料橫截面周?chē)膬蓚€(gè)或兩個(gè)以上的錘頭，對(duì)坯料進(jìn)行高頻率同步鍛打。在鍛造圓截面工件時(shí)，坯料與錘頭既有相對(duì)的軸向運(yùn)動(dòng)，又有相對(duì)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。2.航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片，要求葉片單向力學(xué)性能好，表面與尺寸精度高，通常利用哪些鑄造方法與工藝成形？簡(jiǎn)述其原理與特點(diǎn)。1.定向凝固技術(shù)：在熔模鑄造型殼中建立特定方向的溫度梯度，使熔融合金沿著與熱流相反的方向按照要求的結(jié)晶取向凝固的一種鑄造工藝。鑄件定向凝固需要兩個(gè)條件：首先，熱流向單一方向流動(dòng)并垂直于生長(zhǎng)中的固-液界面；其次,晶體生長(zhǎng)前方的熔液中沒(méi)有穩(wěn)定的結(jié)晶核心。傳統(tǒng)定向凝固技術(shù)：功率降低法；高速凝固法；液態(tài)金屬冷卻法

12、。新型定向凝固技術(shù)：區(qū)域熔化液態(tài)金屬冷卻法；深過(guò)冷定向凝固；電磁約束成形定向凝固技術(shù)；激光超高溫溫度梯度快速定向凝固。2.真空熔煉技術(shù)：金屬在真空狀態(tài)下的熔煉工藝叫真空熔煉，由真空爐、抽真空設(shè)備組成，可熔煉易氧化合金，如鈦合金。真空熔煉可顯著降低高溫合金中有害于力學(xué)性能的雜質(zhì)和氣體含量，而且可以精確控制合金成分，使合金性能穩(wěn)定。3.熔模鑄造工藝：熔模鑄造又稱失臘法。失臘法是用臘制作所要鑄成器物的模子，然后在臘模上涂以泥漿，這就是泥模。泥模晾干后，在焙燒成陶模。一經(jīng)焙燒，臘模全部熔化流失，只剩陶模。一般制泥模時(shí)就留下了澆注口，再?gòu)臐沧⒖诠嗳脬~液，冷卻后，所需的器物就制成了。國(guó)內(nèi)外熔模鑄造技術(shù)的發(fā)

13、展使鑄造葉片不斷進(jìn)步，從最初的實(shí)心葉片到空心葉片，從有加工余量葉片到無(wú)余量葉片，再到定向(單晶)空心無(wú)余量葉片，葉片的外形和內(nèi)腔也越來(lái)越復(fù)雜；空心氣冷葉片的出現(xiàn)既減輕了葉片重量，又提高了葉片的承溫能力。 4.超塑性成形技術(shù)制造，并采用擴(kuò)散連接組裝材料在一定的內(nèi)部條件（如晶粒形狀及尺寸、相變等）和外部條件（如溫度、應(yīng)變速率等）下，呈現(xiàn)出異常低的變形抗力、超常高的流變性能（如大的延伸率）的現(xiàn)象。超塑性成形的基本特點(diǎn)：拉伸試驗(yàn)延伸率可達(dá)百分之幾百，甚至百分之幾千；拉伸試驗(yàn)時(shí)，試樣均勻變形，在宏觀上不出現(xiàn)縮頸現(xiàn)象；拉伸試驗(yàn)時(shí)，流動(dòng)應(yīng)力很低；成形過(guò)程中基本上沒(méi)有加工硬化現(xiàn)象，所以超塑性合金的流動(dòng)性和填充

14、性好，容易成形。3.與熔化焊相比，分析鋁合金的攪拌摩擦焊的優(yōu)點(diǎn)。（1） 摩擦焊可以降低制造成本-攪拌摩擦焊是一種簡(jiǎn)單、高效、節(jié)能、沒(méi)有焊接消耗的連接方法。攪拌摩擦焊可以利用現(xiàn)有的通用機(jī)床技術(shù)（如銑床技術(shù)）來(lái)實(shí)現(xiàn)焊接；攪拌摩擦焊可以節(jié)約能源；焊接過(guò)程不需要填充焊絲和保護(hù)氣；焊前不需要開(kāi)坡口和對(duì)材料表面的氧化層等作特殊的處理；攪拌摩擦焊是一種純機(jī)械化的焊接技術(shù)，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和工業(yè)產(chǎn)品的批量化制造；攪拌摩擦焊是一種固相焊接，焊接過(guò)程中沒(méi)有熔化，可以實(shí)現(xiàn)全位置焊接。 （2）攪拌摩擦焊為新產(chǎn)品、新結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供了可能-對(duì)于鋁合金材料，優(yōu)良的攪拌摩擦焊固相接頭和高可靠性和重復(fù)性的焊接過(guò)程可以促進(jìn)現(xiàn)有工業(yè)

15、產(chǎn)品的改進(jìn)以及鋁合金材料在其他工業(yè)產(chǎn)品中的應(yīng)用和創(chuàng)新。例如以前熔焊不能連接的熱敏感性很強(qiáng)的硬鋁、超硬鋁等材料可以用攪拌摩擦焊得到可靠連接；攪拌摩擦焊可以提高熱處理鋁合金的接頭強(qiáng)度；攪拌摩擦焊沒(méi)有氣孔出現(xiàn)的可能性；固相聯(lián)接方法可以防止鋁基復(fù)合材料等的合金和強(qiáng)化相的析出和破壞；攪拌摩擦焊可以實(shí)現(xiàn)鑄造/鍛壓以及鑄造/擠壓等不同材料狀態(tài)的焊接；較小的焊接變形可以實(shí)現(xiàn)精密鋁合金零部件的制造用攪拌摩擦焊實(shí)現(xiàn)小尺寸擠壓形材的連接，可以用來(lái)制造大尺寸的船舶夾板、列車(chē)壁板、卡車(chē)箱體等。 （3）攪拌摩擦焊具有可靠的質(zhì)量保證-攪拌摩擦焊是一種完全機(jī)械化的連接技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)焊接過(guò)程以及焊接能量輸入的精確控制。攪拌摩擦

16、焊的焊接質(zhì)量完全由攪拌頭的形狀和焊接參數(shù)決定，所以可以實(shí)現(xiàn)精密的過(guò)程監(jiān)控；由于焊接過(guò)程的機(jī)械性，所以可以實(shí)現(xiàn)焊接參數(shù)的數(shù)字化輸入、控制和紀(jì)錄；由于攪拌摩擦焊方法的優(yōu)越性，被焊接工件不需要緊密的接觸。（4） 攪拌摩擦焊是一種安全的焊接方法-攪拌摩擦焊是一種機(jī)械化的焊接方法，只需要簡(jiǎn)單的普通機(jī)床設(shè)備操作防護(hù)。與熔焊方法相比，攪拌摩擦焊過(guò)程沒(méi)有飛濺、煙塵、以及弧光輻射等對(duì)人體的危害；焊接過(guò)程不需要電流、電壓的參與，沒(méi)有高的觸電危險(xiǎn)等。4.結(jié)合自己的研究課題論述成形加工復(fù)合化方法的創(chuàng)新管理，基本工藝要點(diǎn)，應(yīng)用領(lǐng)域。半固態(tài)鑄造技術(shù)：半固態(tài)鑄造技術(shù)是由傳統(tǒng)的金屬（液態(tài)）鑄造技術(shù)及（固態(tài)）鍛壓技術(shù)融合而成的

17、新型成形技術(shù)。將組織與成形聯(lián)系在一起的（一體化）技術(shù)。在液態(tài)金屬的凝固過(guò)程中進(jìn)行強(qiáng)烈的攪動(dòng)，使普通鑄造易于形成的樹(shù)枝晶網(wǎng)絡(luò)骨架被打碎而形成分散的顆粒狀組織形態(tài)，從而制得半固態(tài)金屬液，然后將其壓鑄成坯料或鑄件。與傳統(tǒng)壓力鑄造成形相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)： 成形溫度低（Al合金至少可降低120），延長(zhǎng)模具的壽命，節(jié)約能源，改善生產(chǎn)條件和環(huán)境，提高鑄件質(zhì)量（減少氣孔和凝固收縮），減少加工余量，增加壓鑄合金的范圍，鑄件的組織性能優(yōu)越，等等存在的問(wèn)題主要是：半固態(tài)金屬坯料成本高（坯料的成本占零件的成本約50%），二次加熱能耗大，工藝過(guò)程復(fù)雜，固相率不易控制，性能優(yōu)越不明顯，等等 。應(yīng)用：（航空航天、汽車(chē)、計(jì)算

18、機(jī)及通訊設(shè)備）由于未能根本解決流變鑄造中的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題（半固態(tài)漿料的保存、輸送問(wèn)題），目前實(shí)際應(yīng)用較少。在國(guó)外，目前普遍應(yīng)用的是觸變鑄造5.請(qǐng)論述管材液壓成形及板材液壓成形的工藝過(guò)程、特點(diǎn)及適用范圍。管材液壓成形工藝過(guò)程：p 首先，將原料(直管或預(yù)先彎曲鋼管)放入底模，然后管件兩端的沖頭在液壓缸的作用下壓入，將管件內(nèi)部密閉，沖頭內(nèi)有液體通道，液體不斷流入管件；此時(shí)，上模向下移動(dòng)與下模共同形成封閉的模腔；最后，高壓泵與閥門(mén)控制液體壓力不斷增大，沖頭向內(nèi)推動(dòng)管件,管壁逐漸貼近模具變形,最終得到所需形狀的產(chǎn)品。p 如果零件較為復(fù)雜，還需在成形前進(jìn)行預(yù)成形將管坯彎曲或沖壓成與最終零件較為近似的形狀，接下來(lái)退火以消除預(yù)成形所帶來(lái)的殘余應(yīng)力；在管坯最終成形后，還需要進(jìn)行一些后處理，如切除廢料或表面處理等。板材液壓成形工藝過(guò)程：在板材液壓成形中，應(yīng)用最為廣泛、也最為成熟的是對(duì)向液壓拉深技術(shù)。將板料放