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1、塑性成形技术的若干发展趋势论文塑性成形技术的若干发展趋势论文一、历史沿革 从人类社会的发展和历史进程的宏观来看，材料是人类赖以生存和发展的物质基础，也是社会现代化的物质基础和先导。而材料和材料技术的进步和发展，首先应归功于金属材料制备和成型加工技术的发展。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发展，而由铜器时代进入到铁器时代，得益于铁的规模冶炼技术、锻造技术的进步和发展（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”逐渐发展成为“冶金学”，人类开始注重从“科学”的角度来研究
2、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 的制备加工技术，精确控制组织，大幅度提高材料的性能，达到减少材料用量、节省资源和能源的目的。新材料的研究、开发与应用，综合反应了一个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发展，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发展。传统结构材料向高性能“，复合
3、化，结构功能一体化发展，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基础研究，并综合利用相关学科基础理论和科技发展成果，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发展的需求。因此，材料先进制备与成型加工技术发展，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发展，具有十分重要的作用，也是国民经济和社会可持续发展的重大需求。二、发展前景 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
4、和纳米技术领域。精密化已成为材料成形加工技术发展的重要特征，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发展。“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大程度上实现了近净成形。发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、更韧及成本低、周期短、质量高的方向发展。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则是近无缺陷、零缺陷成
5、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、锻件奠定基础，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 随着全球化市场的激烈竞争，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
6、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，以离散堆积原理为基础和特征，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，故制造速度比传统方法快得多。到 2000 年，全世界已有 6700 多台不同类型的 RP*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发展。计算机模拟仿真技术是信息技术综合应用发展的结果，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
7、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。*RP
8、系统的发展情况 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 SLA?50机型的先驱。接下来是 1991年，美国 Helisys 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
9、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，麻省理工学院发明该技术并注册专利，然后授权给 Soligen 公司。1994 年 Sanders 公司推出 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
10、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
11、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。其中以各种形式的激光加工技术发展最为迅速。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。有不同种类的激光表
12、面改性处理方法 如热处理、表面修整、表面熔覆及合金化等，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
13、方向发展。清洁生产技术是协调工业发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 世纪制造业发展的重要特征。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发展趋势。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 技术提供了发展空间。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应集成制造系统，将为 RP 的发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）的发展方向，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发展，推动材料成形技术的在社会生活中的应用，为人类的发展作出应有贡献。