材料加工前沿講座

1、 材料加工前沿講座學習報告院系：研究生學院材料系班級： 1003學號： S20100238某： 雷尚軍2011/6/15講座一：快速原型制造技術一、快速原型制造技術的產生Ø 全球市場一體化、制造業(yè)競爭激烈，產品的開發(fā)速度成為市場競爭的主要矛盾。Ø 從技術發(fā)展角度，計算機、CAD、材料、激光等技術的發(fā)展和普及為新的制造技術的產生奠定了基礎。Ø 快速原型制造技術于20世紀80年代后期產生于美國，并很快擴展到日本及歐洲，與20世紀90年代初引入我國，是近二十年制造領域的一項重大突破。Ø 借助計算機、激光、精密傳動、數(shù)控技術等現(xiàn)代手段，將CAD和CAM集成于一體

2、，根據(jù)計算機建立的三維模型，能在很短的時間內直接制造出產品樣本，使設計工作進入一種全新的境界。Ø 改善了設計過程中的人機交流，縮短了產品開發(fā)周期，加快了產品更新?lián)Q代速度，降低企業(yè)投資新產品的風險。二、快速原型制造技術的基本原理 傳統(tǒng)的零件加工過程是先制造毛坯，然后經過切削加工，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。快速原型制造技術徹底擺脫了傳統(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模型的直接驅動下，快速制造任意復雜形狀的三維實體，是一種全新的制造技術。其成型過程為：(1)

3、 建立零件的三維CAD模型(2) 模型Z向離散（分層）(3) 逐層堆積制造快速原型工藝流程三、快速原型制造技術的的典型方法1、光固化成型工藝（Sterelithography Apparatus）又稱為立體光刻，簡稱SLA，用特定波長與強度的激光聚焦到光固化材料表面,使之由點到線,由線到面順序凝固,完成一個層面的繪圖作業(yè),然后升降臺在垂直方向移動一個層片的高度,再固化另一個層面.這樣層層疊加構成一個三維實體.使用材料：液態(tài)光敏樹脂SLA成形工藝原理圖2、疊層實體制造工藝（Laminated Object Manufacturing簡稱LOM）又稱分層實體制造，使用材料：片材，例如紙、塑料薄膜等

4、。疊層實體制造工藝原理圖3、選擇性激光燒結工藝（Selective Laser Sintering簡稱SLS）又稱選區(qū)激光燒結，加工時，首先將粉末預熱到稍低于其熔點的溫度，然后在刮平棍子的作用下將粉末鋪平；激光束在計算機控制下根據(jù)分層截面信息進行有選擇地燒結，一層完成后再進行下一層燒結，全部燒結完后去掉多余的粉末，則就可以得到一燒結好的零件。使用材料：粉末狀材料選擇性激光燒結工藝原理圖講座二：脈沖磁場對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

5、固區(qū)域的流速，成功地達到了減少V偏析和空孔的目的。Y.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。楊森等研究了磁場強度為2.0×104A/m橫向均勻靜磁場對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流，使偏晶系Al6.5Bi合金纖維組織間距和纖維直徑減少.1.2、穩(wěn)恒磁場的作用機制在穩(wěn)恒磁場作用下，熔體內部將產生感生電流，從而產生Lorentz力抑制熔體的對流，使其對熔體沒有攪拌作用。對于宏觀組織，由于液態(tài)金屬的對流削弱，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

6、柱狀晶的生長；對于微觀組織，則使枝晶橫向生長受到抑制，枝晶分支的發(fā)展也受到抑制。同時，穩(wěn)恒磁場產生的電磁力有可能導致鐵磁質顆粒的偏聚，偏聚層的厚度隨磁感應強度的增大而增加。2.1、交變磁場的作用1965年，Asai S.就對磁場作用下的金屬凝固進行了研究，發(fā)現(xiàn)在金屬凝固過程中施加一個交變磁場可以細化晶粒，縮小柱狀晶區(qū)；單一直流磁場作用于凝固體系時反而擴大了柱狀晶區(qū)，并預言只有同時應用電場和磁場時凝固組織才能明顯細化。1983年，Bassyoun對此提出異議，并用實驗證明當磁場強度為0.0270.033T時單一的交變磁場同樣能夠明顯細化晶粒。葛豐德認為細化效果不僅僅取決于磁感應強度，還與電流強度

7、、電流波形及頻率等因素有關。同時大量研究表明旋轉磁場不僅可以改善合金的比重偏析，細化組織，而且對凝固補縮也有良好的作用。2.2、交變磁場的作用機制熔體與交變磁場相互作用將產生感應電流，磁場與感應電流之間發(fā)生電磁作用，產生電磁力，從而在熔體內產生規(guī)則的波動，使長大的晶粒破碎，形成新的細小晶粒，細化了凝固組織。Radjai等對液態(tài)金屬同時施加靜磁場和交流電的作用，在液態(tài)金屬內誘發(fā)高強度的電磁振動，引起空化現(xiàn)象，從而使金屬凝固組織發(fā)生了顯著細化。王強等先后提出了運用交流磁場、高強度靜磁場和交流電流、高強度靜磁場和交流磁場三種方法在液體金屬內生成高頻電磁力，并利用這種電磁力的局部作用，在所要求處理的金

8、屬全域內生成電磁超聲波的方法。但是，余建波強磁場和交流電疊加的對純鋁凝固組織的影響發(fā)現(xiàn)，實驗中空化效應不是細化的主要原因，磁場和交流電疊加產生的振蕩力在晶粒細化中發(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脈沖磁場對金屬凝固組織的影響，通過對LY12鋁合金研究發(fā)現(xiàn)，磁壓強引起的熔體振蕩導致晶粒明顯細化、球化，且隨著磁壓強的增加，細化效果愈明顯。班春燕等研究了脈沖磁場對組織細化的影響，表明在脈沖磁場的作用下，劇烈的強迫對流促進晶粒從型壁上游離，大大增加了金屬熔體的形核率。3.2、脈沖磁場的作用機制脈沖磁場使熔體內產生脈沖渦流，磁場和渦流之間的交互作用產生Lorentz力和磁壓強，且其

9、強度遠大于金屬熔體的動力壓強，這就使金屬熔體產生強烈的振動。這種振動不僅增加了熔體的過冷度，提高了形核率；而且在熔體內造成了強迫對流，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、磁場對原位反應過程的影響：陸模文、胡文祥認為，磁場不僅能改變化學反應的速率，而且能夠影響化學反應的產率，甚至通過選擇合適的反應條件，還能控制反應途徑，改變反應產物的構成，決定某些反應的發(fā)生與否。本課題組前期也發(fā)現(xiàn)類似規(guī)律。李某從物質結構的的磁力鍵分析磁化學反應過程，并認為外加磁場能改變物質的磁力鍵，有的能使鍵能增強，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。王強等研究了Al-Si、Al

10、-Cu合金中溶質組元的分布狀態(tài)，認為由于磁化率和密度的差異導致鋁合金中溶質組元的不同分布狀態(tài)。講座三：板型質量及板型控制技術目前，HC軋機已發(fā)展了多種機型。我們所說的中間輥移動的HC軋機，也稱為HCM六輥軋機。此外，還有工作輥移動的HCW四輥軋機，以及工作輥和中間輥都移動的HCWM六輥軋機。HC軋機的主要特點是：（1）通過軋輥的軸向移動，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。如果對彎控制板形能力的要求不變時，則在HC軋機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的作用載荷；（3）由于可通過

11、彎輥力和軋輥軸向移動量兩種手段進行調整，使軋機具有良好的板形控制能力；（4）能采用較小的工作輥直徑，實現(xiàn)大壓下軋制；（5）工作輥和支承輥都可采用圓柱形輥子，減小了磨輥工序，節(jié)約了能耗。這種軋機典型應用如寶鋼1550冷軋酸洗連軋機組。軋輥凸度邊續(xù)可變軋機-CVC(Continuously Variable Crown)軋機 CVC軋機的基本特征是：（1）軋輥(工作輥)的原始輥型為S形曲線呈瓶狀，上下軋輥互相錯位1800布置；（2）帶S形曲線的軋輥具有軋輥軸向抽動裝置。雖然CVC軋機與HC軋機一樣有軋輥軸向抽動裝置，但其目的和板形控制的基本原理是不同的。HC軋機是為了消除輥間的有害接觸部分來提高輥

12、縫剛度，以實現(xiàn)板形調整的，是剛性輥縫型。CVC軋機則是通過軋輥軸向抽動裝置來改變S形曲線形成的原始輥縫形狀來實現(xiàn)板形控制的，是柔性輥縫型。當上下軋輥對稱布置時，輥縫各部分高度相同。如果上軋輥向右移動，下軋輥以相同的移動量向左移動，則輥縫中部高度變小。反之，上輥向左移動，下輥以相同的移動量向右移動，輥縫中部高度變大。軋輥成對交叉軋機-PC(Paired Crossed Roll)軋機PC軋機的主要特點是軋輥“成對交叉”。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）。離軋輥軸線相交點愈遠，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。PC軋機的優(yōu)點是：（1）有較大的軋輥凸度控制能力，軋輥軸線交叉角可在001.50X圍內調整，最大的軋輥凸度可達100m，居所有軋機之冠，如配以強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P